锅炉液位检测doc.docx

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锅炉液位检测doc

评语：

成绩：

签名：

日期：

淮海工学院

课程设计报告书

课程名称：

专业综合课程设计

题目：

锅炉液位控制系统设计

系（院）：

电子工程学院

学期：

2011-2012-1

专业班级：

自动化082

姓名：

张远远

学号：

030851232

1引言

我国锅炉现有制造企业1000多家，厂点太多，产品雷同度大，大多没有形成规模生产。

2001年产量超过1000蒸吨的只有18家，它们当年共计生产锅炉37613蒸吨，却占当年全国工业锅炉总产量的44%。

而C、D级企业的锅炉年产量平均不过50蒸吨，可见工业锅炉生产集中度不高。

锅炉微机控制，是近年来的一项新技术，锅炉参数监控，是过程控制的典型实例。

锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。

提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。

设锅炉控制系统的原理框图如下。

图1控制系统原理图

控制系统原理图如图1所示，设广义被控对象的传递函数为

，

。

被控对象简图如图2所示。

图2锅炉液位示意图

在工业生产过程中，被控对象除了具有容积迟延外，往往不同程度地存在纯迟延。

具有纯迟延的过程被公认为是较难控制的过程，时滞过程控制一直是

关注的课题之一。

此次课程设计采用大林算法对上述问题进行解答。

2课程设计目的

1.在学习微机原理、单片机原理及应用、DSP原理及应用、计算机控制技术、控制理论与系统的基础上，掌握控制系统的设计方法与步骤；

2.解控制系统构造的特点、组成和接口电路；

3.掌握计算机控制系统的软、硬件设计基本方法；

4.在计算机控制系统设计的基础上，利用MATLAB语言对控制器进行仿真设计。

3课程设计要求

◇完成汽包液位控制的整体设计并画出整体设计框图

◇完成汽包液位控制系统的硬件电路设计

►接口电路和I/O通道的扩充►组合逻辑或时序逻辑电路

►供电电源►光电隔离

►电平转换►驱动放大电路等

►A/D、D/A转换►多相流流量检测

►自动、手动切换►报警电路

►紧急故障停车电路►键盘显示电路（人机交互）

◇完成汽包液位控制系统的软件设计

►确定具体要求►软件规划

►程序流程编制►算法仿真

4输入输出通道

4.1输入通道

模拟量输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、液位等模拟量信号转换成计算机可以接受的数字量信号。

本设计中所用的传感器类型为DBYG扩散硅压力变送器；信号调理电路的设计主要是根据传感器输出的信号的具体情况而有所不同，本设计中的传感器输出的是电流信号，所以需要用信号调理电路的I/V变换电路实现电流信号和电压信号的转换。

图3I/V转换电路

图中电路可以把传感器输出的4~20mA电流转换成1~5V电压，然后再连接到ADC0809芯片。

ADC0809的时钟是利用8031提供的地址锁存允许信号ALE经D触发器二分频后获得。

由于ADC0809具有输出三态锁存器，故其数据输出引脚直接与数据总线相连。

地址选通输入端A、B、C分别与地址总线的低三位A0、A1、A2相连，用以选通IN0~IN7中的一个通道。

将P2.7端口作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7信号控制ADC0809的地址锁存和转换启动，因为ALE和START连在了一起，所以ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换；在读取转换结果时，用单片机的读信号和P2.7引脚经一级或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。

图4ADC0809查询方式硬件接口

4.2输出通道

模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量信号转换成模拟电压或是电流信号，以便去驱动相应的执行机构，已达到控制目的。

这个任务主要由D/A转换器来完成。

图示为DAC0832和80C51单片机的双缓冲方式接口。

由于DAC0832中有锁存器，所以不需要其他接口芯片就可以和80C51数据总线相连，也不需要保持器，只要没有新的数据输入，它将保持原来的输出值。

为了得到双缓冲控制形式，用P2.6控制/CS，用P2.7控制/XFER，/WR同时控制/WR1和/WR2，输出锁存允许ILE接高电平。

可以看出数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步完成的。

图5DAC0832构成的输出电路

图6放大电路

经过D/A转换后的电压需要经过放大才能和电泵相连。

由图可知，Vn≈Vp=0，即同相端与反相端近似短路，Vp接地，称反相输入端“虚地”，反向放大器的增益为：

A=Vo/Vi=-Rf/R

5报警电路、键盘及显示电路

图7键盘、显示、报警电路

如图6所示，硬件电路是由8155并行扩展口构成的键盘、显示器接口电路。

4个LED显示器共阴极，8155PB口提供段选码，PA口提供位选码。

键盘位3×4矩阵键盘，其列输出由PA口提供，行输出由PC0~PC3提供。

LED的段、位信号均由8位集电极开

路输出的8718驱动器驱动。

LED采用软件译码动态扫描显示工作方式，键盘采用逐列扫描查询工作方式。

报警电路的工作过程是：

当单片机的P1.0口输出为低电平时，信号经过反相器变为高电平，蜂鸣器的另外一端接的是+5V电源，当蜂鸣器两端都为高电平时，蜂鸣器就会报警。

6大林算法及仿真

对于大多数工业对象，都具有较大的滞后，使控制系统的性能下降，稳定性降低，过渡过程特性变坏，引起超调和持续的振荡。

大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，从而是系统不产生超调，同时保证系统的稳定性。

大林算法要求在选择闭环脉冲传递函数时，采用相当于连续一阶惯性环节的脉冲传递函数来代替最少拍多项式。

6.1大林控制算法建模

设广义被控对象的传递函数为

，

。

由传递函数知，

。

连同临界保持器在内的系统广义被控对象的函数

由此可以求出广义对象的脉冲传递函数

按照大林算法就是设计一个数字控制器，使整个闭环系统的脉冲传递函数相当于一个带有纯滞后的一节惯性环节，设

可得

由上式可知，D（z）有3个极点：

，根据书上结论，z=1处的的极点不会引起振铃现象，所以引起振铃现象的极点为

另z=1，代入上式即可消除振铃现象，此时

控制系统结构图如下

图8控制系统结构图

6.2Simulink仿真

根据大林算法的设计步骤，设计出的数字控制器D（z）,将设计的数字控制器运用到下图。

图9大林算法控制系统simulink框图

图10大林算法控制系统仿真图

由图可知大约15s后，系统开始趋于稳定。

7系统软件流程设计

系统的软件流程图如下

图11系统的软件流程图

参考文献

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机械工业出版社.2009

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清华大学出版社,2003

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