课程设计氨气处理控制系统.doc

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1、东北石油大学课 程 设 计课 程 控制系统综合实验 题 目 氨气处理控制系统 院 系 电气信息工程学院 专业班级 自动化08-2班 学生姓名 纪韩笑 学生学号 080601140204 指导教师 霍凤财 2010年 8 月 13日东北石油大学课程设计任务书课程 控制系统综合实验 题目 氨气处理控制系统 专业 自动化 姓名 纪韩笑 学号 080601140204 主要内容：通过运用组态王软件对氨气处理控制系统进行过程的分析和展示，制作主控界面，趋势界面，仪表界面来增加对过程控制的认识和理解。基本要求：（1）首先了解氨气处理控制系统，有一个全面大概的认识，对氨气处理控制系统进行工艺过程分析。（2）

2、通过认识各种仪表和传感器，制作氨气处理控制系统的总体系统设计。（3）通过组态王软件，制作氨气处理控制系统的主控界面，趋势界面和仪表界面。（4）总结全部的过程，对整个实验进行总结分析。参考资料：1张立臣.电技术概论M.北京:电子工业出版社,2006.2陶苏东,荀堂生,张盛智.电气设备及系统M.北京:中国电力出版社,2006.3曾朝阳.模拟集成电路设计M.北京:机械工业出版社,2005.4胡俊达.子电气设备工艺设计与制造技术M.北京:机械工业出版社,2004.5付家才.电气控制工程实践技术M.北京:化学工业出版社,2004.完成期限 2010.8.22010.8.13 指导教师 专业负责人 201

3、0年 7 月 12日目录第1章 氨气处理控制控制系统工艺分析. 11.1 氨气处理控制系统基本组成. 11.2 数字仪表的主要技术指标. 1第2章 氨气处理控制控制系统设计. 32.1 氨气处理控制系统仪表的选择. 32.2 氨气处理控制系统传感器的选择. 42.3 氨气处理控制系统控制方案分析. 4第3章 基于组态王的氨气处理控制系统监控程序设计. 63.1 氨气处理控制系统主控界面. 63.2 氨气处理控制系统趋势界面. 63.3 氨气处理控制系统仪表界面.6第4章 结论与体会. 7参考文献. 8附 录. 1第1章 氨气处理控制控制系统工艺分析1.1 氨气处理控制系统基本组成随着社会科学技

4、术的高速发展，资源短缺现象日益严重，尤其是与人类生存息息相关的水资源。随着我国信息产业的飞速发展,实现自来水收费管理的电子化、信息化及网络化已成为可能。氨气处理系统的智能化可以大大提高供水管理部门的工作效率，节约费用,用以改善供水设施，提高居民饮用水质量。本文以一种智能卡式氨气处理控制系统为研究对象，它结合了控制技术、计算机技术等多方面技术,是一种跨专业的电子信息化系统。智能氨气处理控制系统具体实现氨气处理的自动计量水流量、读写TM卡、控制阀门、显示报警等功能。控制系统电路由低功耗单片机、流量计、E2PROM存储电路、TM卡读写电路、LCD显示控制电路、阀门控制检测电路、电压检测电路等组成。当

5、用户将含有购水量等信息的TM卡插入氨气处理上卡座内时,控制阀在电控系统控制下开通供水通道。用户每用一个计量单位（10升）,计量电路便发出一组计量脉冲序列,该脉冲序列如经电控系统判定为有效,即可从已购水量中减去一个计量单位。当剩余水量达到报警值时,液晶汉字显示“请购水”;当水量为零时,控制阀自动关闭,水路即被切断,此时用户须重新持卡购水。在正常情况下,控制阀处于接通状态,只有当特殊事件发生时控制阀才从接通状态变为关闭状态。TM卡氨气处理控制系统由低功耗单片机、流量计量电路、E2PROM存储电路、TM卡读写电路、LCD显示控制电路、阀门控制检测电路、电压检测电路、实时时钟电路等组成。1.2 数字仪

6、表的主要技术指标 作为TM卡氨气处理控制系统核心部件的微控制器采用PHILIPS 51LPC系列中的P87LPC764单片机。这种单片机运行速度快、编程灵活、低功耗,自带4K字节OTP程序存储器、128字节的RAM,32字节用户代码区可用来存放序列码及设置参数,并且具有丰富的I/O功能和较强的中断能力,能够很好地满足TM卡氨气处理控制系统高集成度、低成本、低功耗的要求。在智能卡氨气处理控制系统中,信息的存储是非常重要的方面。因此,在本控制系统中,存储器采用2K容量的串行CMOSE2PROM-CAT24WC02,它是低电压、低功耗、长寿命（一百万次编程和擦除周期）的器件,采用I2C总线数据传输协

7、议,使用方便。用来存储总购水量、总用水量、上次购水量、卡号、氨气处理状态等信息。信息的载体-TM卡,采用单总线协议通讯,所有的读写操作均经一信号线（总线）和地线完成,所以读写电路极简单。LCD驱动器采用HT1621,它是128点、内存映象和多功能的LCD驱动器,特有的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合,用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条。在本设计中,采用电阻和PNP三极管来控制HT1621的电源|稳压器,降低功耗,延长LCD的使用寿命。LCD平时处于关闭状态,当有TM卡插入、并确认有效卡或有其它状况时,LCD开启并显示本次购水、已用水量、可用水量、阀门状态等信息。氨气处理的

8、基表采用符合ISO4064B标准的单流旋翼式冷水氨气处理。该表计数机构与测量机构经磁耦合传动,采用干簧管水量计量发讯,每流经10升水时产生一脉冲;表内设有磁保护装置,具有较强的抗外磁干扰能力。水量计量脉冲通过由电容和电阻组成的防抖电路输入单片机,每输入一个脉冲,在存储器中减去相应水量。阀门控制是氨气处理控制系统中一个很敏感部分,关启阀门的可靠性差,将会给供水部门带来很大的问题。因此,我们自行设计了结构巧妙、关闭可靠、DC2.6-3.6V控制的电动陶瓷阀门,有效地解决阀门关闭不可靠问题。如图3所示为电动阀门的正反控制电路,当正向端输入高电平,反向端输入低电平时,阀门开启;反之,阀门闭合。当单片机

9、P1.6口输入低电平、P1.7口输入高电平时,三极管Q3、Q5、Q6导通,Q2、Q4、Q7截止,故正向端（ON）输出高电平,反向端（OFF）输出低电平,开启阀门,开启到位时,由单片机P1.5口输入检测信号,动作停止;反之,三极管Q2、Q4、Q7导通,Q3、Q5、Q6截止,正向端输出低电平,反向端输出高电平,关闭阀门,同样由单片机P1.6口输入关闭到位检测信号。为提高氨气处理运行的可靠性和安全性,采用分级电源电压实时检测,电压实时检测芯片采用RH5VL28和RH5VL30。当电源电压正常时,芯片的Vout脚为高电平;当电源电压小于3.0V时,RH5VL30的Vout脚输出低电平,单片机检测到该信

10、号后,控制液晶显示模块显示欠压,并关阀警告,提示用户更换电池;当电源电压小于2.8V时,RH5VL28的Vout脚输出低电平,单片机检测到该信号后,彻底关阀,直到用户更换完电池。第2章 氨气处理控制控制系统设计2.1 氨气处理控制系统仪表的选择智能数字显示控制仪表型号:CR15-TS-5运用单片微处理器技术，高亮数码显示，测量准确直观，数字设定式，具有上下限定报警功能，继电器控制输出，RS232数字传输接口，提供传感器激励电源。台式结构，操作简单，使用方便，功能齐全，性能稳定可靠。与动态扭矩传感器配套使用，用于动态扭矩、转速、输出功率等物理量的测量、显示、控制。面板显示：三组五位高亮LED数码

11、显示分别为输出功率、扭矩、转速、实时测量值。主要技术指标电源电压：220VAC10%/50Hz功耗：30W显示方式：三组5位LED显示显示精度：0.2级0.5级设定方式：数字设定频率输入信号扭矩：105kHz/05VCOMS（或集电极开路）转速：010kHz输出控制：继电器负1A220VAC/24VDC提供传感器激励电压：15V/0.5A，电气特点：绝缘阻抗：100M，使用温度：-1060，存贮温度：-2565温度范围：3585%RH。2.2 氨气处理控制系统传感器的选择MT 111A 磁敏电阻元件MT111A薄膜磁敏电阻元件，是采用NiCo合金材料和半导体工艺技术制作而成。具有下列特点：1.

12、在弱磁场下，具有很高灵敏度；2.能检测磁场方向和极性；3.频率特性优良，并具有倍频特性；4.宽的工作温度范围；5.标称阻值极大，元件功耗极小，适合于电池供电；薄膜磁敏电阻元件的技术指标：MT111A工作电压1.5 V5 10V输出电压（mV）30mV70mV测量范围Hy 50GS标称阻值（K）400 K 00 K700K灵敏度Sy0.28 mVVGS温度系数（恒压）-0.4 温度系数（恒流）-0.1 频率特性（KHz）0KHz 1000KHz工作温度（）-40120 封装M-102 工作原理：MT111A磁敏电阻元件的结构示意图和等效电路图，在1、3脚之间加一稳定的电压，有一微弱磁场作用于桥式

13、磁阻元件时，在第2脚会出现随外加的磁场的变化而变化的信号。外形尺寸：SIP 7.06.32（mm）引脚说明：1.电源；2.输出out。 2.3 氨气处理控制系统控制方案分析为了使顺序控制系统工作可靠，通常采用步进式顺序控制电路结构。所谓步进式顺序控制，是指控制系统的任一程序步（以下简称步）的得电必须以前一步的得电并且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统前一步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若前一步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。设计

14、思路本文提出的4种简易设计方法都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令信号控制辅助继电器得失电；然后根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S，复位指令为R；移位指指令为SR。其中的“”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些方法设计实际的控制系统时，应将编程元件代号

15、和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号。步1的M1得电条件是受控机械原位开关X1处于压合状态（若受控机械有多个执行机构，则要求每个执行机构的原位开关均处于压合状态），满足原位条件后按起动按钮X0才能得电。M1得电后自锁，并为步2提供步进条件信号（M1的常开触点）。步1的执行动作完成时触发的行程开关信号X2作为步2的转步条件信号。步2的M2的输入满足其步进条件和转步条件后得电自锁，并为步3提供步进条件信号。按此规律即可实现后续每一工作步辅助继电器的得电和自锁。停止步M5的步进条件信号和转步条件信号分别为：最后一个工作步M4发出的步进条件信号（M4的常开触点）和该步动作完成时所触发的转步信

16、号X1。由于M5的得电信号令控制系统失电，所以M5的回路不自锁，而且要将其常闭触点串联在步1回路的最左端。从步2起后续各个步的回路构成分支回路。一旦M5得电便使整个系统失电。如不用分支回路的结构，也可采用图3所示的回路。即把M5常闭触点分别串联在每步辅助继电器的回路上。应该注意的是：无论工作步还是停止步，如果某步的转步主令信号有多个，则应将多个转步主令信号互相串联。第3章 基于组态王的氨气处理控制系统监控程序设计3.1 氨气处理控制系统主控界面图3-1氨气处理控制系统主控界面3.2 氨气处理控制系统趋势界面图3-2氨气处理控制系统趋势界面图3-3氨气处理控制系统仪表界面第4章 结论与体会此次经

17、过控制系统综合实验的设计，我深刻认识到了实践的重要性。只有理论联系实际才能真正实现对知识的掌握，在现实中才能体现出来。通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是锻炼了实际动手操作能力，明白了学以致用的真谛，也明白学校安排这个课程设计的原因。是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。真正使我们能在现实社会中掌握真本领，有立足之地。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累

18、过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。当调试出现问题是才是真正考验人的时候，面对一个线路比较复杂的电路时，怎样找出错的地方才能掌握真本领。通过这次课程设计，我第一次组装了元件，第一次自主焊接和安装，熟悉了常用的仪器仪表；了解了一个机器的实际产生过程等等。在实验过程中，我遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在和同学的讨论和互相帮助下，把问题一一解决，当最终看到自己做的发生器产生波形的时候，心里感到非常的兴奋，虽然还比较粗糙，但毕竟是我自己做的

19、，而且实现了应有的功能，感觉有很大的收获。参考文献1张立臣.电技术概论M.北京:电子工业出版社,2006.2陶苏东,荀堂生,张盛智.电气设备及系统M.北京:中国电力出版社,2006.3曾朝阳.模拟集成电路设计M.北京:机械工业出版社,2005.4胡俊达.子电气设备工艺设计与制造技术M.北京:机械工业出版社,2004.5付家才.电气控制工程实践技术M.北京:化学工业出版社,2004.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称控制系统综合实验题目名称氨气处理控制系统学生姓名纪韩笑学号080601140204指导教师姓名霍凤财职称序号评价项目指 标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师： 年 月 日