太原理工造纸原料蒸煮过程.docx

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1、造纸原料蒸煮过程压力微机控制系统微型计算机控制技术课程设计学院：信息工程学院班级：自动化0501班学号：05001154姓名：尚伟指导教师：贾敏智目录一、工艺要求3二、系统的组成和工作原理4三、硬件电路51、压力变送及A/D转换电路52、D/A转换及隔离输出电路63、显示电路84 .上下限报警也路95 .控制系统的总电路图10四、数字控制器的设计11五、软件设计121、内存地址分配122、主程序流程图123、定时中断处理程序流程图144、AD转换自检程序流程图155 .DA转换自检程序流程图166 .RAM自检程序流程图167 .按键处理程序流程图188 .数字控制器流程图19六、程序清单20

2、1 .主程序202 .AD转换程序253 .标度变换程序274 .滤波程序275 .RAM自检程序296 .数字控制器程序307 .显示及按键处理程序318 .DA转换程序40七、系统调试41八、设计总结42九、参考文献42一、工艺要求造纸原料蒸煮过程压力微机控制系统蒸煮过程是制浆造纸生产中的关键工序之一，对于整个造纸生产过程中纸浆得率和纸的质量有很大影响，它要求根据原料的特点、纸浆的质量和生产设备的实际情况制定出合理的蒸煮工艺，确定装球量、用碱量、蒸煮温度和压力。造纸厂蒸煮车间有五个蒸球，依靠调节其进气量以到达控制蒸球工作压力和温度，调节喷料阀控制装料量。用微机控制技术实现该过程的自动控制，

3、要求蒸球的实际工作压力准确跟踪给定压力曲线。P个P1:低压保昼值P2:高压保压值.Tl:相转时间，T2:升低压时间，T3:低压保PlJlII持时间，T4:升高压时间，T5:高压保持时间装料控制系统示意图二、系统的组成和工作原理本压力控制系统的原理框图如下列图所示它采用Atmel公司的AT89S51单片机作为控制核心，AT89S5I是低功耗的8位CMoS单片机，具有8K字节在线可编程FlaSh存储器，内部有带看门狗。通过其ISP接口线可以方便地在线调试程序。A/D转换器采用具有8通道输入的ADC0809oDBY-I31型压力变送器将0-1.28MPa的压力信号转换为O-IOmA的电流输出，通过5

4、00Q也阻转化为0-5V的电压信号供应A/D转换器采样。单片机定时预定值为5s,用户可根据实际在调试时进行修改依次对5个蒸球的压力进行采样。采样值经过内部程序数字滤波后与给定值进行比拟给定值通过程序计算按照用户给定的压力曲线变化，得到的偏差信号经PlD算法程序后输出8位的阀门控制数字量。该数字量经D/A转换器AD558转换成O-IOV的电压信号，0-1OV的电压信号再经隔离放大器ICISO1002与工业现场隔离，输出4-20mA的标准电流信号控制蒸汽调节阀的开度。当蒸球的压力大于给定值时，偏差信号E=R-C小于零，经PlD运算后输出量减小，蒸汽调节阀的开度随之减小，从而使蒸球内的压力降低，重新

5、回到平衡状态。通过对PlD参数的整定可以使蒸球的实际工作压力准确跟踪给定压力曲线。三、硬件电路1、压力变送及A/D转换电路电路如下图：压力变送器为DBY/31型，其量程可调范围为0lMPa至03Mpa本系统中调整为01.28MpaADCO809的每个输入通道前对地接有一500。的电阻，用于将压力变送器送来的010mA电流信号转换为05V的电压信号，ADC0809八个输入通道的地址为FEOOHFE07H0单片机执行写总线指令后启动A/D转换，通过查询EOC的状态判断转换是否结束。执行读总线指令后将转换后的数据读入单片机内部。被测压力与输出量关系：压力（MpaJ输出数字量DBY-131压力变送00

6、.6351.275000000001000000011111111器性能指标：输出电流010mADC振幅0.1mm（双向）灵敏限0.1%供电电源220V50HZ负载电阻01.5kC消耗功率6W来回变差不大于根本误差的绝对值结构形式现场安装式工作条件环境温度：-10C55C仪表重量约15Kg相对湿度85%仪表管结头螺纹M201.5M18l.5工作振动频率25HzADC0809技术指标供电电源单一+5V模拟量输入范围0-5V分辨率8位最大不可调误差ILSB功耗15mW转换速度取决于芯片的时钟频率2、D/A转换及隔离输出电路D/A转换器采用8位电压输出型D/A转换器DACO832DACO832数/模

7、转换器的内部，具有两极输入数据缓冲器和一个R-2RT型电阻网络。即包括一个数据存放器、DAC存放器和D/A转换器三大局部。数据存放器和DAC存放器实现两次缓冲，故在揄出的同时，还可以接收一个数据，提高了转换速度。当多芯片工作时，可用同步信号实现各模拟量的同时输出。该器件采用先进的CMOS工艺，功耗低，输出漏电流误差小，主要特性有：输出电流线性度可在满量程下调节；转换时间为1US；数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；增益温度补偿为0.02%FSC:每次输入数字为8为二进数；功耗为20mW;逻辑电平与TTL兼容；单一电源供电，可在515V内。DACo832可工作在单，双缓冲器方式。单缓冲器方式

8、即输入存放器的信号和DAC存放器的信号同时控制，使一个数据直接写入DAC存放器。这种方式适用于只有一路模拟量揄出或几路模拟量不需要同步输出的系统；双缓冲器方式即输入存放器的信号和DAC存放器的信号分开控制，这种方式适用于几路模拟量需要同步揄出的系统。为了提高转换精度，可增加D/A转换器的位数。隔离放大器采用ISOlOo2,1So系列隔离放大器在同一芯片上提供了电源及信号的隔离，该混合集成芯片在同一芯片上集成了一个磁电耦合DC/DC变换电源及一个电流/也压输出的光也耦合隔离放大器。该芯片除为内部放大也路供电外，还可向外部输出一路隔离电压，供外部电路扩展使用。这一特点可方便地为外部电路基准电源及外

9、部放大电路或其他用户应用电路供也。输入及输出侧宽爬也距离及内部隔离措施使该芯片可提供30(X)VAC绝缘电压。ISO系列产品使用非常方便，几乎无需外部元件，即可实现信号电流源长线传输如图。3 .显示电路LED显示器LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件，常使用七段LED。这种显示块有共阴极与共阳极两种接法。N位LED显示器有N根位选线和8XN根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示器的亮暗。LED显示方式有静态显示方式因其占用I/O资源较多，故在位数较多时不采用和动态显示方式，如八位LED动态显示电路只需要两个8位I/O口。其中一个控制

10、段选码，另一个控制位选码。由于所有位的段选码皆由一个1/0控制，因此，在每个瞬间，八位LED只可能显示相同的字符，必须采用扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位显示该位应显示字符，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果。段选、位选码每送一次后延时l5ms0本控制系统的采用8255A进行DO犷展，而后接LED数码管电路加以显示，各数妈管含义及电路如下图：4 .上下限报警电路本控制系统的采用8255A进行DO扩展，报警输入信号由PA口输入，由PB输出以提示报警及正

11、常工作状态，电路如下图：5 .控制系统的总电路图四、数字控制器的设计本设计采用最小拍随动系统数字控制器因为GO(S) =1.25l + 25s所以G(Z)=Z三:悬=QZ)(厚-匚/)T=。，1 OS)=(l-Z-1)(- I-Z1-0.98Z175所以G(Z)=(IZ-)(匚亨0.25(1-0.92Z,)r.11.=：IAI-IJl-0.98Zl由式1-1知，该数字控制器为最少拍无波纹随动系统控制。假设输入为单位阶跃，取(Z)=Z7,所以G,(z)=l-(z)=1-Z”又取采样周期T=0.5s,得。(Z) =Ge(z)G(z)4Zl(l-0.98Z-l)(l-Z,)(l-0.92Z,)二 U

12、(Z)E(z)式 1-2从而有(4Z-,-3.92Z-2)E(z)=(1-1.92Z,-0.92Z2)t(z)由差分方程得控制器输出为：U(k)=4E(k-1)-3.92E(k-2)+1.92U(k-1)+0.92U(k-2)式1-3最少拍随动系统的误差为：E(k)=R(k)-C(k)其中E(Q分为：1)碱液设定值R(Q与实际输出碱液C/)之差2)水设定值R(k)与实际输出水C(Z)之差因为%L=1.5QK所以E(Z)水=R(Q水C(Z)水C(Z)为第k次采样时实际输出碱液或实际输出水五：软件设计主程序1 .内存地址分配2 .主程序流程图开始3 .定时中断处理程序流程图定时器中断处理程序4 .

13、AD转换自检右汗(17.AXD转换自检程序流程图5.6.DA轮RAM自检程序RAM自检科入口按键处理程序VRE亚(彳星序+设检查标志单元,设检查字AAH取标准码一A8.数字控制3ffMVA输、开始1.主程序初始化启动按钮按下？等指Z计算偏差E#incTuocD/A指示Q转W结果:、八、LW按键处理程序流程图设计数：设地址指针F-一11数字控制器流程图入口E(k)=R(k)-C(k)假序等待启动按钮信号灯点亮n产相等？等待启动信号MI75ieIIIfkWEfk-1V3.92E(k-2W1.921Kk-IHOO?.!Jfk-21动控制，且系统故障返回1#define PORT_4A8255#def

14、ine PORT_4B8255#define PORT_4C8255#define PORT_4COM8255 端#define PORT_OA8255#define PORT_OB8255#define PORT_OC8255#define PORT_OCOM8255 端#define ADC0809IN_0#define ADC0809IN_l#define ADC0809IN_2#define CHANNELS 3/DAC转换地址输出通道1输出通道2/碱液控制手动操作地址水控制手动操作地址定义水设定值地址定义碱液设定值地址定义上限报警设定值地址定义下限报警设定值地址XBYTE0X2000XBYTE0X3001XBYTE0X3002XBYTE0x5000XBYTE0x6000DBYTE0X60DBYTE0X61DBYTE0X62DBYTE0X63#defineuncharunsignedchar#defineunint