阀门定位控制系统设计要点.doc

计算机控制系统 课程设计说明书 阀门定位控制系统设计 DESIGN OF VALVE POSITION CONTROL SYSTEM 学生姓名 刘庆 学院名称 信电工程学院 学号 20120501157 班级 12电气1 专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 曹言敬 2015年 7月 10日 摘要 阀门定位器作为气动调节阀的主要附件之一，可以改善阀门特性、提高控制的精度、速度和增加控制的灵活性。智能阀门定位器数字化、通信化、智能化以及支持现场总线的特性，给工业自动化生产带来了深刻的变革，代表了气动执行器技术的发展方向。 本文讲述了智能阀门定位系统的相关原理。以单片机为核心，加上A/D、D/A（模数、数模）转换接口，使三位气动放大器驱动气动执行机构，构成智能阀位控制系统。利用电位计反映实际阀位值，控制单片机通过A/D采集实际阀位值和键入的设定阀位值算出偏差，并且按PID（比例微分积分控制算法）控制调节阀位达到设定值。智能阀门定位器使得调节阀变得更易于控制，更精确，同时简化了高性能控制回路的设计，使得控制回路的执行更加紧凑。由于硬件难以实现，本文选择Proteus软件进行仿真，不仅简化设计流程也便于修改和调试。 关键词 阀门定位器；PID；A/D转换器 目 录 1 绪论 1 1.1 课程背景 1 1.2 课程意义 1 2 课题分析 3 2.1 课题要求 3 2.2 设计要求 3 2.3 设计思路 3 3 阀门定位的相关原理 4 3.1 计算机控制系统的工作原理 4 3.2 阀门介绍 4 3.3 智能阀门定位器 4 3.4 阀门定位器作用原理 5 3.5 系统工作原理 5 3.6 系统的控制要求 6 4 软件算法设计 7 4.1 方案选择 7 4.2 控制算法选择 7 4.2.1 PID控制算法 7 4.2.2 PID算法详解 8 4.3调节阀开度显示的设计 10 4.4 PID参数定 10 4.5 报警触发条件 12 5 系统总体设计方案 13 5.1 系统硬件的配置及组成原理 13 5.2 A/D转换电路 16 5.3 键盘，显示器接口芯片 17 5.4 时钟报警电路 19 6 阀门定位控制系统仿真 20 结论 22 致谢 23 参考文献 24 附录 25 1 绪论 1.1 课程背景 生产过程的自动控制简称过程控制，它在工业生产中占有极其重要的地位。过程控制的质量很大程度上决定于过程控制仪表，它包括变送器、调节器、执行器以及各种辅助控制装置。本文讨论的一种辅助控制仪表——阀门定位器，是各国竞相研究的对象，它在一定程度上决定了过程控制的调节品质，且随着过程控制水平的发展，定位器也必须不断发展以满足现代生产对过程控制的要求。目前定位器的研究热点主要在于智能阀门定位器，国外一些大公司，如西门子、费希尔-罗斯蒙特等，已相继有产品推出，国内这方面起步较晚。国内目前普遍使用的电气阀门定位器采用的是机械式力平衡原理，存在一些不足且不能满足过程控制发展的需要，而由国外进口的智能型定位器价格昂贵，因此研究设计智能型电气阀门定位器是十分必要的。 智能阀门定位器集合了机械、电子、通讯以及控制理论知识和相关软件知识，是一个跨学科的智能产品。本课题研制的主要对象是智能阀门定位器的控制系统，它通过采集从调节器来的设定阀门开度信号和反馈回来的实际阀门开度信号，在经过偏差与偏差变化率的计算后，通过模糊运算与决策输出相应的控制信号去控制压电阀的开启时间，从而控制进入调节阀气室的进气量，以此推动阀芯动作并准确定位。这样，相对传统阀门定位器，该智能阀门定位器不仅体现出精度提高，能耗降低，功能增多等优点，而且它能集合一定人类的经验知识，具有一定的思维能力，符合过程控制的发展需要。随着智能、网络、通信和控制/管理综合自动化技术的发展，工业控制现场对气动调节阀的智能化要求日益迫切。本课题的研究紧密结合我国新一代智能气动调节阀的核心技术攻关和产品的更新换代，代表了传统气动仪表的智能化、网络化发展趋势。 1.2 课程意义 本课题所设计的智能阀门定位器系统由于使用新型控制元件如导电塑料和压电阀，可以使阀门定位达到很高精度；又由于采用气动执行机构，可在各种恶劣条件下使用并且使用寿命长，故障率低，这两点从根本上提高了产品的质量。 由于微处理的使用，可以使定位器的调校以及适用范围有大的改善。对于生产商来说，这一系统市场前景广阔，价值高，利润大。对于使用本系统的厂家来说，这一系统的应用可极大的节省生产资源，提高生产效率，降低能耗及原材料损耗，对厂家减耗增效有很好的助推作用。 这一系统可以进行自动调校。组态简便、灵活，可以非常方便的设定阀门正反作用，流量特性，行程限定或分程操作等功能。对使用厂家来说即简化了设备安装调