閥門定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-展示頁(yè)
2024-08-18 07:08本頁(yè)面
【正文】 理框如圖31。該控制系統(tǒng)的操縱變量是閥門定位器去執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)[1]。閥門定位器是控制閥的主要附件它將閥桿位移信號(hào)作為輸入的反饋測(cè)量信號(hào),以控制器輸出信號(hào)作為設(shè)定信號(hào)，進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有偏差時(shí)，改變其到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，建立了閥桿位移量與控制器輸出信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 智能閥門定位器閥門定位器按其結(jié)構(gòu)形式和工作原理可以分成氣動(dòng)閥門定位器、電－氣閥門定位器和智能式閥門定位器。閥門可用于控制空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品、液態(tài)金屬和放射性介質(zhì)等各種類型流體的流動(dòng)。 閥門介紹閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。這三個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作，并對(duì)被控量(3)實(shí)時(shí)控制:根據(jù)決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。(2)實(shí)時(shí)決策:對(duì)采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過(guò)程。(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:對(duì)被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)，并輸入給計(jì)算機(jī)。由于過(guò)程控制一般都是實(shí)時(shí)控制，有時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)速度的要求不高，但要求可靠性高、響應(yīng)及時(shí)。氣缸驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)鍵盤輸入位置傳感器調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)閥1A/D轉(zhuǎn)換圖21 閥門定位控制系統(tǒng)示意圖3 閥門定位的相關(guān)原理 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件組成和軟件組成。采用功能鍵實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)以及復(fù)位。 設(shè)計(jì)思路利用位置傳感器檢測(cè)位置，反饋到單片機(jī)中作為反饋模擬信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)PID控制算法進(jìn)行信號(hào)處理后輸出一定寬度的脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥并實(shí)現(xiàn)定位反饋控制。(2)要求具有調(diào)節(jié)閥線圈的故障診斷功能。2 課題分析 課題要求利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)閥門定位的單片機(jī)控制系統(tǒng)，見(jiàn)圖21，通過(guò)位置傳感器檢測(cè)氣缸位置，再進(jìn)行控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。這一系統(tǒng)的行程檢測(cè)裝置可以采用非接觸式位置傳感器，很適合需要在惡劣現(xiàn)場(chǎng)使用的廠家。因?yàn)橹悄芏ㄎ黄鞯奈恢梅答佋请娢黄鳎y位信息是用電信號(hào)傳遞的，并且可以在CPU中對(duì)閥門的特征進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定。這一系統(tǒng)具有智能通訊和現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)即便于維修人員對(duì)定位器工作情況進(jìn)行檢查維修。智能定位器只有在減小輸出壓力時(shí)，才向外排氣，因此在大部分時(shí)間內(nèi)處于非耗氣狀態(tài)。這一系統(tǒng)的定位器的耗氣量極小。組態(tài)簡(jiǎn)便、靈活，可以非常方便的設(shè)定閥門正反作用，流量特性，行程限定或分程操作等功能。對(duì)于使用本系統(tǒng)的廠家來(lái)說(shuō)，這一系統(tǒng)的應(yīng)用可極大的節(jié)省生產(chǎn)資源，提高生產(chǎn)效率，降低能耗及原材料損耗，對(duì)廠家減耗增效有很好的助推作用。由于微處理的使用，可以使定位器的調(diào)校以及適用范圍有大的改善。本課題的研究緊密結(jié)合我國(guó)新一代智能氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的核心技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，代表了傳統(tǒng)氣動(dòng)儀表的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)。這樣，相對(duì)傳統(tǒng)閥門定位器，該智能閥門定位器不僅體現(xiàn)出精度提高，能耗降低，功能增多等優(yōu)點(diǎn)，而且它能集合一定人類的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，具有一定的思維能力，符合過(guò)程控制的發(fā)展需要。 智能閥門定位器集合了機(jī)械、電子、通訊以及控制理論知識(shí)和相關(guān)軟件知識(shí)，是一個(gè)跨學(xué)科的智能產(chǎn)品。目前定位器的研究熱點(diǎn)主要在于智能閥門定位器，國(guó)外一些大公司，如西門子、費(fèi)希爾羅斯蒙特等，已相繼有產(chǎn)品推出，國(guó)內(nèi)這方面起步較晚。過(guò)程控制的質(zhì)量很大程度上決定于過(guò)程控制儀表，它包括變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器以及各種輔助控制裝置。由于硬件難以實(shí)現(xiàn)，本文選擇Proteus軟件進(jìn)行仿真，不僅簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程也便于修改和調(diào)試。利用電位計(jì)反映實(shí)際閥位值，控制單片機(jī)通過(guò)A/D采集實(shí)際閥位值和鍵入的設(shè)定閥位值算出偏差，并且按PID（比例微分積分控制算法）控制調(diào)節(jié)閥位達(dá)到設(shè)定值。本文講述了智能閥門定位系統(tǒng)的相關(guān)原理。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)閥門定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGN OF VALVE POSITION CONTROL SYSTEM學(xué)生姓名劉慶學(xué)院名稱信電工程學(xué)院學(xué)號(hào)20120501157班級(jí)12電氣1專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師曹言敬2015年7月10日 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文摘要閥門定位器作為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主要附件之一，可以改善閥門特性、提高控制的精度、速度和增加控制的靈活性。智能閥門定位器數(shù)字化、通信化、智能化以及支持現(xiàn)場(chǎng)總線的特性，給工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)帶來(lái)了深刻的變革，代表了氣動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展方向。以單片機(jī)為核心，加上A/D、D/A（模數(shù)、數(shù)模）轉(zhuǎn)換接口，使三位氣動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，構(gòu)成智能閥位控制系統(tǒng)。智能閥門定位器使得調(diào)節(jié)閥變得更易于控制，更精確，同時(shí)簡(jiǎn)化了高性能控制回路的設(shè)計(jì)，使得控制回路的執(zhí)行更加緊湊。關(guān)鍵詞 閥門定位器；PID；A/D轉(zhuǎn)換器目 錄1 緒論 1 課程背景 1 課程意義 12 課題分析 3 課題要求 3 設(shè)計(jì)要求 3 設(shè)計(jì)思路 33 閥門定位的相關(guān)原理 4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 4 閥門介紹 4 智能閥門定位器 4 閥門定位器作用原理 5 系統(tǒng)工作原理 5 系統(tǒng)的控制要求 64 軟件算法設(shè)計(jì) 7 方案選擇 7 控制算法選擇 7 PID控制算法 7 PID算法詳解 8 10 PID參數(shù)整定 10 報(bào)警觸發(fā)條件 125 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 13 系統(tǒng)硬件的配置及組成原理 13 A/D轉(zhuǎn)換電路 16 鍵盤，顯示器接口芯片 17 時(shí)鐘報(bào)警電路 196 閥門定位控制系統(tǒng)仿真 20結(jié)論 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24附錄 25271 緒論 課程背景生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制簡(jiǎn)稱過(guò)程控制，它在工業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位。本文討論的一種輔助控制儀表——閥門定位器，是各國(guó)競(jìng)相研究的對(duì)象，它在一定程度上決定了過(guò)程控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)，且隨著過(guò)程控制水平的發(fā)展，定位器也必須不斷發(fā)展以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)對(duì)過(guò)程控制的要求。國(guó)內(nèi)目前普遍使用的電氣閥門定位器采用的是機(jī)械式力平衡原理，存在一些不足且不能滿足過(guò)程控制發(fā)展的需要，而由國(guó)外進(jìn)口的智能型定位器價(jià)格昂貴，因此研究設(shè)計(jì)智能型電氣閥門定位器是十分必要的。本課題研制的主要對(duì)象是智能閥門定位器的控制系統(tǒng)，它通過(guò)采集從調(diào)節(jié)器來(lái)的設(shè)定閥門開(kāi)度信號(hào)和反饋回來(lái)的實(shí)際閥門開(kāi)度信號(hào)，在經(jīng)過(guò)偏差與偏差變化率的計(jì)算后，通過(guò)模糊運(yùn)算與決策輸出相應(yīng)的控制信號(hào)去控制壓電閥的開(kāi)啟時(shí)間，從而控制進(jìn)入調(diào)節(jié)閥氣室的進(jìn)氣量，以此推動(dòng)閥芯動(dòng)作并準(zhǔn)確定位。隨著智能、網(wǎng)絡(luò)、通信和控制/管理綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的智能化要求日益迫切。 課程意義本課題所設(shè)計(jì)的智能閥門定位器系統(tǒng)由于使用新型控制元件如導(dǎo)電塑料和壓電閥，可以使閥門定位達(dá)到很高精度；又由于采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可在各種惡劣條件下使用并且使用壽命長(zhǎng)，故障率低，這兩點(diǎn)從根本上提高
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