液位過程控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　《過程控制儀表》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目 液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　設(shè)計(jì)者

2、 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化09級(jí)05班02號(hào) </p><p>　　設(shè)計(jì)日期 2012年5月 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 過程控制儀表設(shè)計(jì)的目的意義1</p>

3、<p>　　1.1 設(shè)計(jì)目的1</p><p>　　1.2 課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位和作用2</p><p>　　第二章 液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)控制設(shè)計(jì)與調(diào)試3</p><p>　　2.1 液位控制系統(tǒng)的工藝及控制要求3</p><p>　　2.2 液位系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)5</p><p>　

4、　2.3 系統(tǒng)調(diào)試與控制效果7</p><p>　　第三章 火力發(fā)電氣泡水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 火力發(fā)電廠生產(chǎn)工藝及控制要求 8</p><p>　　3.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14&

5、lt;/p><p>　　第四章 收獲、體會(huì)和建議16</p><p>　　參考文獻(xiàn) </p><p>　　過程控制儀表設(shè)計(jì)的目的意義</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是為《過程控制儀表》課程而開設(shè)的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)《現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)》、

6、《自動(dòng)控制理論》、《過程控制儀表》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等前期課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合應(yīng)用。其目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)分析和解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生通過自己動(dòng)手對(duì)一個(gè)工業(yè)過程控制對(duì)象進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)與選型，促進(jìn)學(xué)生對(duì)儀表及其理論與設(shè)計(jì)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。其主要是設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過程經(jīng)常遇到的壓力、流量、液位及溫度控制系統(tǒng)，使學(xué)生將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，有效的鞏固與提高理論教學(xué)效果。</p><p>　　1.2課程在教學(xué)

7、計(jì)劃中的地位和作用</p><p>　　課程設(shè)計(jì)對(duì)過程控制課程有重要的實(shí)踐意義，可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與運(yùn)用。主要的內(nèi)容是通過對(duì)典型工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的典型工藝參數(shù)的測(cè)量方法、信號(hào)處理技術(shù)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握測(cè)控對(duì)象參數(shù)檢測(cè)方法、變送器的功能、測(cè)控通道技術(shù)、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過程控制儀表的PID控制參數(shù)整定方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提高學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。基本要求

8、如下: </p><p>　　1. 掌握變送器功能原理，能選擇合理的變送器類型型號(hào)；</p><p>　　2. 掌握?qǐng)?zhí)行器、調(diào)節(jié)閥的功能原理，能選擇合理的器件類型型號(hào)；</p><p>　　3. 掌握PID調(diào)節(jié)器的功能原理，完成相應(yīng)的壓力、流量、液位及溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并畫出控制系統(tǒng)的原理圖和系統(tǒng)主要程序框圖。</p><p>　

9、　4． 通過對(duì)一個(gè)典型工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，并對(duì)其中的一個(gè)參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。</p><p>　　以上的課程設(shè)計(jì)要求充分地結(jié)合了教材理論知識(shí)，將理論上的常用工程設(shè)計(jì)過程運(yùn)用到了課程設(shè)計(jì)之中。從整個(gè)系統(tǒng)的角度講，課程將過程控制硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)同書本中的理論知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)了，使學(xué)生要選定一個(gè)具體的工藝過程控制，從底層基本的器件選型到頂層高級(jí)的目標(biāo)控制一步步實(shí)現(xiàn)，使我們體會(huì)到一個(gè)系統(tǒng)

10、的具體構(gòu)建過程，體驗(yàn)了過程控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。可見，課程設(shè)計(jì)對(duì)我們學(xué)習(xí)這門課有著啟發(fā)性與重大的指導(dǎo)性意義。</p><p>　　第二章 液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)控制設(shè)計(jì)與調(diào)試</p><p>　　2.1 液位控制系統(tǒng)的工藝及控制要求</p><p>　　1.液位控制系統(tǒng)的工藝</p><p>　　該裝置由三個(gè)大小相同的容器、

11、液位檢測(cè)變送儀表以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，儀表屏上配有帶連接信號(hào)插座孔的整個(gè)工藝過程模擬流程圖，調(diào)節(jié)控制儀等、其具體的工藝模擬流程圖如圖2..1所示</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　圖2.1中具體符號(hào)含義如下</p><p>　　C：控制器(t調(diào)節(jié)器)。該裝置配有三個(gè)單回路調(diào)節(jié)器C1，C2，C3，控制輸出信號(hào)為4~20

12、mA</p><p>　　PV為測(cè)量值輸入，SV為外給定輸入或者閥位反饋信號(hào)輸入，O孔為調(diào)節(jié)器輸出。</p><p>　　R：記錄儀為無(wú)紙記錄儀，輸入4~20mA，分為R1~R3三個(gè)通道</p><p>　　HT:液位變送器。液位變送器為L(zhǎng)SRY或LSRT，1#~3#輸入量程均為0~100mH0，變送器輸出為4~20mA。</p><p>　

13、　VL：電子調(diào)節(jié)閥為電子小流量調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入為4~20mA電流信號(hào)，對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)閥輸出開度為0~100%。</p><p>　　V1~2與I1~2:兩路電壓/電流轉(zhuǎn)換器。V1為電壓輸入，I1為電流輸出，V2為第二路電壓輸入，I2為第二路電流輸出。</p><p>　　三級(jí)串聯(lián)水箱由三個(gè)水箱組成，穩(wěn)壓水由兩路經(jīng)過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥VL1和VL2以及手動(dòng)閥V1~V6， 分別流入三個(gè)水箱,調(diào)節(jié)閥VL

14、1和VL2可以作為控制回爐的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，另一個(gè)用于產(chǎn)生干擾信號(hào)。通過使用不同的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)與手動(dòng)閥，結(jié)合具體的控制水箱的液位，就可以構(gòu)成一階，二階和三階系統(tǒng)。</p><p>　　2.液位控制系統(tǒng)控制要求</p><p>　　在具體確定控制參數(shù)時(shí)，可以使用以下方法</p><p>　　(1) 掌握PID控制算法及P、I、D參數(shù)的含義及功能；</p>&l

15、t;p>　　(2) 用工程的方法（看曲線，調(diào)參數(shù)）整定調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及PID參數(shù)，并觀</p><p>　　察PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能的影響。</p><p>　　(3) 測(cè)取液位串級(jí)過程控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性；</p><p>　　體現(xiàn)在不同的控制系統(tǒng)中有如下具體要求：</p><p>　　超調(diào)量σ＜20%，調(diào)節(jié)時(shí)間Ts≤10

16、0s，穩(wěn)態(tài)誤差，在實(shí)際確定控制系統(tǒng)的性能時(shí)，可以根據(jù)具體情況確定控制性能。</p><p>　　2.2液位系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)具體的控制對(duì)象的要求，我們把液位控制系統(tǒng)分為了單回路控制系統(tǒng)與雙回路控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.單回路控制系統(tǒng)</b></p><p>　　單回路控制系統(tǒng)

17、由以下四個(gè)部分組成： （1）被控對(duì)象-水箱 (2)電子閥 （3）液位變送器 （4）PID智能調(diào)節(jié)器。其控制系統(tǒng)的方塊圖如圖2.2所示 </p><p><b>　　擾動(dòng) </b></p><p><b>　　圖2

18、.2</b></p><p>　　系統(tǒng)被控制量是水箱的液位Hs，調(diào)節(jié)參數(shù)是流入水箱的水流量Q，水箱液位由液位變送器檢測(cè)得到液位反饋信號(hào)Hf，它和液位設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)Hi，調(diào)節(jié)器對(duì)輸入偏差Hi進(jìn)行PID運(yùn)算， 輸出變化量u控制信號(hào)， 控制電子調(diào)節(jié)閥的液位，改變調(diào)節(jié)參數(shù)Q，使被調(diào)參數(shù)H保持在設(shè)定值，系統(tǒng)中f為給定信號(hào)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合具體的控制對(duì)象的液位可以構(gòu)成一階與二階系統(tǒng)。</p

19、><p>　　2. 雙回路控制系統(tǒng)</p><p>　　串級(jí)PID控制是將兩個(gè)PID控制器串聯(lián)在一起，控制一個(gè)執(zhí)行閥，實(shí)現(xiàn)定值控制。圖2.3是水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖。有主副兩個(gè)控制回路，主副調(diào)節(jié)器串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的給定值Hs，它的輸出U1作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出u2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù)H1.</p><p>　　在大多數(shù)情況下，主回

20、路控制器采用比例，積分，微分控制，而副控制器這采用比例或者比例，積分控制。其中,Hs是主參數(shù)的給定值，H1是被控的主參數(shù)，H2是副參數(shù)，f1是作用在主對(duì)象上的擾動(dòng)，f2是作用在副回路上的擾動(dòng)。液位串級(jí)控制系統(tǒng)具有兩個(gè)調(diào)節(jié)器，兩個(gè)閉環(huán)，與兩個(gè)執(zhí)行對(duì)象，由于著眼點(diǎn)不同，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律選擇不一樣，設(shè)置副回路的目的是為了提高主變量的控制質(zhì)量，因此，副回路有快速抗干擾能力，起著粗調(diào)的作用，對(duì)副變量沒有嚴(yán)格的要求。正是因?yàn)椴捎昧舜?jí)控制，使得

21、控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能相對(duì)單回路控制系統(tǒng)而言有很大的優(yōu)勢(shì)，不過控制回路較復(fù)雜。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)調(diào)試與控制效果</p><p>　　2.3.1 單回路控制系統(tǒng)</p><p><b>　　1.一階控制系統(tǒng)</b></p><p>　　對(duì)于一階控制系統(tǒng)，根據(jù)液位控制系統(tǒng)的特點(diǎn)采用PI控制，根據(jù)P與I

22、的控制特點(diǎn)，由于P是比例系數(shù)的倒數(shù)，故先把P與I加大，然后根據(jù)實(shí)際的響應(yīng)曲線再把P與I 逐漸調(diào)小，以此來(lái)達(dá)到我們的控制效果。通過不斷地調(diào)試，我們最終確定了控制參數(shù)為 P = 40， I = 40，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間為90s，超調(diào)量為0.05</p><p><b>　　得到的響應(yīng)曲線如下</b></p><p><b>　　2.二階控制系統(tǒng)</b>&

23、lt;/p><p>　　根據(jù)具體的水箱裝置可知二階系統(tǒng)具有一定的時(shí)滯性，故在PI的基礎(chǔ)上加上D控制，結(jié)合一階控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，觀察實(shí)際的水位響應(yīng)曲線，不斷改進(jìn)參數(shù)，可以得到最后的參數(shù) P= 40 I=30，D=5，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間為85s， 超調(diào)量為4%，響應(yīng)曲線如下</p><p>　　2.3.2 雙回路控制系統(tǒng)</p><p>　　由于主回路是一個(gè)恒值系統(tǒng)，我們要

24、求其超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間，穩(wěn)態(tài)誤差等參數(shù)都要求較高，而副回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，副回路是對(duì)系統(tǒng)起著一個(gè)粗調(diào)的作用，對(duì)副回路變量沒有嚴(yán)格的要求，對(duì)副回路只需采用P控制即可。主回路的控制要求高，我們采用了PID控制。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，首先適當(dāng)給定主回路的PID參數(shù)，然后調(diào)節(jié)副回路，初步確定副回路的P參數(shù)，根據(jù)多次試驗(yàn)，我們確定了比例度為50， 然后固定該參數(shù)，根據(jù)P,I與D的控制特點(diǎn)，用臨界擴(kuò)充響應(yīng)曲線法并結(jié)合PID試湊法最終整定主回路的控制參數(shù)，

25、經(jīng)過多次調(diào)節(jié)，觀察響應(yīng)曲線得到主回路的比例度P = 40， I = 55， D = 5;系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間為50S，超調(diào)量為3.6%，響應(yīng)曲線如下</p><p>　　在調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)，基本的原則如下</p><p>　　參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查</p><p>　　先是比例后積分，最后再把微分加</p><p>　　曲線振蕩很頻繁，比

26、例度盤要放大</p><p>　　曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳</p><p>　　曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降</p><p>　　曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)</p><p>　　曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)</p><p>　　動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)</p><p>　　理

27、想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1</p><p>　　一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低</p><p>　　通過對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)，加深了對(duì)P，I，D的作用的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也積累了在工程實(shí)際中如何具體來(lái)調(diào)節(jié)P,I,D參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　第三章 火力發(fā)電氣泡水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 火力發(fā)電廠生產(chǎn)工藝及控制要求</p

28、><p>　　3.1.1 火力發(fā)電廠生產(chǎn)工藝</p><p>　　在火力發(fā)電廠，最基本的工藝過程是用鍋爐生產(chǎn)蒸汽，使汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。鍋爐控制是火力發(fā)電生產(chǎn)過程自動(dòng)化的重要組成部分。它的主要任務(wù)是根據(jù)負(fù)荷設(shè)備（汽輪機(jī)）的需要，供應(yīng)一定規(guī)格（壓力、溫度、流量和純度）的蒸汽。 </p><p>　　其主要的結(jié)構(gòu)原理圖如下。</p><p&g

29、t;　　1－汽輪機(jī)高壓缸；2－汽輪機(jī)中、低壓缸；3－汽包；4－爐膛；5－煙道；6－發(fā)電機(jī)；7－冷凝器；8－補(bǔ)充水；9－凝結(jié)水泵；10－循環(huán)水泵；11－低壓加熱器；12－除氧器；13－給水泵；14－高壓加熱器；15－給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；16－省媒器；17－過熱器；18－減溫器；19－汽機(jī)高壓調(diào)汽門；20－再熱器；21－再熱器減溫器；22－汽機(jī)中壓調(diào)汽門；23－媒粉倉(cāng)；24－燃料量控制機(jī)構(gòu)；25－噴燃器；26－送風(fēng)機(jī)；27－空氣預(yù)熱器；28－調(diào)風(fēng)

30、門；29－水冷壁管；30－引風(fēng)機(jī)；31－煙道擋板。</p><p>　　由此可知，在火力發(fā)電廠中，鍋爐是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)鍋爐的壓力，溫度，液位控制至關(guān)重要，它直接影響到發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，是我們必須不斷研究，加以重視的地方。在這里，我們主要研究的是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐的液位進(jìn)行控制。</p><p>　　3.1.2 控制要求</p><p&

31、gt;　　1、供給蒸汽量適應(yīng)負(fù)荷變化需要或者保持給定負(fù)荷；</p><p>　　2、鍋爐供給用汽設(shè)備的蒸汽壓力應(yīng)當(dāng)保持在一定的范圍內(nèi)；</p><p>　　3 、過熱蒸汽溫度保持在一定范圍；</p><p>　　4、汽包水位保持在一定范圍；</p><p>　　5、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全性；</p><p>　　6

32、 、爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)。</p><p>　　由于研究的主要是鍋爐的氣泡液位，因此將鍋爐的汽包水位控制在一個(gè)允許范圍內(nèi)，是控制的主要指標(biāo)，也是鍋爐能提供符合質(zhì)量要求的蒸汽負(fù)荷的必要條件。</p><p>　　3.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)具體的控制的鍋爐控制對(duì)象，由于與鍋爐有關(guān)的控制量涉及蒸汽，給水量，鍋爐水位，通過查閱資料，我得到以下三種

33、控制方案。</p><p>　　方案一: 單回路控制系統(tǒng)</p><p>　　以鍋爐汽包水位為被控參數(shù)、給水流量為控制參數(shù)構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)方便，缺點(diǎn)是克服給水自發(fā)性干擾和負(fù)荷干擾的能力差最典型的問題就是虛假水位問題。</p><p>　　方案二 前饋加反饋控制系統(tǒng)</p><p>　　在單回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上

34、，為了解決系統(tǒng)抗干擾能力差的問題，將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽看作干擾的話，我們可以把蒸汽流量檢測(cè)出來(lái)，作為前饋控制量，就可以使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作準(zhǔn)確及時(shí)，減小水位的波動(dòng)，改善控制質(zhì)量，提高鍋爐液位穩(wěn)定性能。控制系統(tǒng)的方框圖如圖3.1</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　圖3.1(b)中, 是前饋控制器的傳遞函數(shù)， 是主回路控制器傳遞函數(shù)是被控對(duì)象擾動(dòng)通道的

35、傳遞函數(shù)。是被控對(duì)象主回路通道的傳遞函數(shù)</p><p>　　方案三 前饋+串級(jí)控制系統(tǒng)</p><p>　　由于該方案對(duì)負(fù)荷干擾有很強(qiáng)的抑制作用，但是對(duì)水位的干擾很弱，因此可以在前饋+反饋控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上再對(duì)給水閥加一個(gè)回路實(shí)現(xiàn)對(duì)給水閥中水的流量進(jìn)行控制，這樣的話整個(gè)系統(tǒng)抗干擾能力大大增強(qiáng)，在克服虛假水位的影響、維持水位穩(wěn)定、提高給水控制質(zhì)量等多方面都優(yōu)于前述兩種控制系統(tǒng)，是現(xiàn)場(chǎng)廣泛采

36、用的汽包水位控制方案。在這個(gè)控制系統(tǒng)中，由主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器和三個(gè)控制量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構(gòu)成。其中，主調(diào)節(jié)器為水位調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器為給水流量調(diào)節(jié)器，蒸汽流量為前饋信號(hào)。這樣，整個(gè)控制系統(tǒng)的性能大大提高，但是系統(tǒng)的復(fù)雜性加大，系統(tǒng)的方框圖如圖3.2</p><p><b>　　Hr(s)</b></p><p>　　根據(jù)以上三種設(shè)計(jì)方案，綜合實(shí)際情況，我們

37、選擇了方案二作為控制系統(tǒng)來(lái)控制系統(tǒng)鍋爐的液位?？v觀整個(gè)控制系統(tǒng)，其工作原理就是傳感器采集液位與蒸汽流量信息并由變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的1~5V電壓信號(hào)給控制器，控制器采樣后按照方案二的框圖運(yùn)算后得到控制閥門的控制量，并由D/A轉(zhuǎn)換后送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制送水閥門的相應(yīng)開度，從而實(shí)現(xiàn)使液位保持在一定的范圍內(nèi)。達(dá)到控制目的。</p><p>　　3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　

38、3.3.1 硬件總體概要</p><p>　　近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速的發(fā)展， 在鍋爐的控制系統(tǒng)上也引入了數(shù)字控制，采用了鍋爐的微機(jī)控制，它是計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制理論、節(jié)能技術(shù)等技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。采用微機(jī)控制與原有的儀表結(jié)合對(duì)工業(yè)中的鍋爐控制有著姣好的效果。因此，在選擇控制器時(shí)，對(duì)比市場(chǎng)上常見的PLC，各種模擬調(diào)節(jié)器，我采用了適合用控制的單片機(jī)，單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的C

39、PU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問世以來(lái),性能不斷提高和完善,體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。因此，使用單片機(jī)高效實(shí)時(shí)的控制特點(diǎn)可以完全實(shí)現(xiàn)控制目的。</p><p>　　由于鍋爐控制是一個(gè)安全性很高的系統(tǒng)，因此，我們?cè)诳刂频臅r(shí)候必須要嚴(yán)格監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，故在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了要有相應(yīng)的控制還要有其他的輔助設(shè)備。在硬件設(shè)計(jì)中，我加上了液位報(bào)警，數(shù)碼管顯示，串口，SD卡數(shù)

40、據(jù)存取，上位機(jī)調(diào)試，手動(dòng)操作。由此得到系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)圖如圖3.1</p><p><b>　　圖3.1 </b></p><p>　　3.3.2 具體器件選擇與電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1..控制器選擇</b></p><p>　　考慮到8位單片機(jī)的功能上的限制，我沒有選擇MCS-51系列的

41、單片機(jī)，并且根據(jù)我平時(shí)經(jīng)常使用過的單片機(jī)，對(duì)鍋爐液位控制系統(tǒng)，從微控制器的價(jià)格，性能以及可靠性的角度，我選擇了飛思卡爾公司的16位單片機(jī)MC9S12XS128，這塊芯片的功能很強(qiáng)大，其芯片引腳如圖3.2</p><p><b>　　圖3.2</b></p><p>　　飛思卡爾這塊芯片價(jià)格便宜，資源豐富。有豐富的I/O口，其主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)</p>&

42、lt;p>　　端口A, B 和K 作為一般的I/O口使用</p><p>　　端口E作為, 中斷輸入</p><p>　　端口T作為1路定時(shí)器模塊</p><p>　　端口 S 作為2路SCI與1路SPI模塊使用</p><p>　　端口M作為一路MSCAN使用</p><p>　　端口P作為PWM輸出</

43、p><p>　　端口H和J既可以作為一般的I/O口使用也可以作為外部中斷源</p><p>　　端口AD是16路的AD采樣模塊，可以通過軟件設(shè)置采樣精度</p><p>　　內(nèi)部帶有鎖相環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部晶振的幾倍頻率。</p><p>　　正是由于XS128這塊芯片的豐富資源，可以方便我來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，且通過設(shè)置鎖相環(huán)可以設(shè)置總線頻率為80MH

44、Z，因此，可以使用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編程，一樣可以實(shí)現(xiàn)控制的快速性要求，而不必要采用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫軟件，這樣可以大大減輕設(shè)計(jì)者的編程負(fù)擔(dān)。</p><p>　　MC9S12XS128芯片的外圍設(shè)備也很簡(jiǎn)單，除了為芯片提供電源外，只需設(shè)置復(fù)位電路，晶振電路以及下載程序口即可，下面圖3.3是單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖</p><p><b>　　圖3.3</b></p>

45、<p>　　在最小系統(tǒng)配置后，單片機(jī)就可以工作了，下面就是其他的電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.蒸汽流量變送器器選擇</p><p>　　在鍋爐控制系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)前饋控制，抑制負(fù)荷變化導(dǎo)致的水位的變化，必須要檢測(cè)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽的流量。由于鍋爐在工作時(shí)，溫度比較高，且蒸汽是熱空氣，因此選擇的變送器必須是能夠在高溫下工作，且具有一定的防爆性能，通過查閱大量資料，最終選擇LUGB型

46、渦街流量計(jì)。</p><p>　　LUGB型渦流街流量計(jì)根據(jù)卡門渦街原理測(cè)量氣體，蒸汽或者液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或者質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。廣泛用于各種行業(yè)氣體、液體、蒸汽流量的測(cè)量。它也可以測(cè)量含有微小顆粒，雜質(zhì)的渾濁液體，并可以作為流量變送器用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的測(cè)量中</p><p>　　LUGB型渦流街變送器為放保型，符合GB3836-2000<爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備

47、>中的有關(guān)規(guī)定，防爆標(biāo)志為”ExiaIICT6”, 該儀表適用于工廠C級(jí)T6組及其以下的防爆場(chǎng)所。根據(jù)鍋爐實(shí)際的工作環(huán)境，選擇LUGB型渦流街計(jì)量計(jì)完全可以滿足鍋爐控制系統(tǒng)的精度要求。下面是其主要參數(shù)。</p><p>　　●公稱口徑： DN10～DN500</p><p>　　●測(cè)量介質(zhì)： 氣體、液體、蒸氣</p><p>　　●可測(cè)介質(zhì)溫度： -40℃～1

48、50℃；-40℃～280℃；-40℃～350℃；-40℃～450℃</p><p>　　●公稱壓力： 2.5MPa（>2.5 MPa協(xié)商供貨）</p><p>　　●精度等級(jí)： 1級(jí)，0.5級(jí)（注：0.5級(jí)量程范圍≥1：7）</p><p>　　●輸出信號(hào)： ① 電壓脈沖：低電平≤1V，高電平≥6V，脈沖寬0.4ms，負(fù)載電阻>150Ω</p>

49、;<p>　　② 4—20mA轉(zhuǎn)換精度±0.5%滿度值，負(fù)載電阻19V—350Ω，24V—500Ω，30V—750Ω</p><p>　?、?現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示：瞬時(shí)流量6位顯示，（m3/h或kg/h，t/h），轉(zhuǎn)換精度±0.1%；累計(jì)流量8位顯示，（m3，kg，t），轉(zhuǎn)換精度±0.1%</p><p>　　●供電電源： ① 電壓脈沖輸出：+12VDC

50、或+24VDC</p><p>　?、?4—20mA輸出：+19VDC—+30VDC</p><p>　?、?現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示：電池供電3.6V，1節(jié)1號(hào)鋰電池，使用壽命大于3年；外部供電+12VDC或+24VDC可實(shí)現(xiàn)帶背光的液晶顯示（訂貨注明）</p><p>　　●環(huán)境溫度： ① 電壓脈沖輸出：-30℃—+65℃</p><p>　?、?4

51、—20mA輸出：-10℃—+55℃</p><p>　　③ 現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示  -25℃—+55℃</p><p>　　●防爆標(biāo)志： ExiaIIBT6</p><p>　　●表體材料： 1Cr18Ni9Ti(其它材料協(xié)議供貨)；45號(hào)鋼（法蘭連接型）</p><p>　　●全智能型儀表：① 輸出信號(hào)：標(biāo)態(tài)的體積流量或質(zhì)量流量</

52、p><p>　?、?現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示：循環(huán)顯示6位瞬時(shí)流量、壓力、溫度；8位顯示累積量</p><p><b>　　3.液位變送器選擇</b></p><p>　　為了測(cè)量鍋爐氣泡的液位，必須選擇合乎鍋爐工作環(huán)境的產(chǎn)品，并且液位變送器要承受較高的溫度，而且變送器受到外部的干擾必須小，可靠性高，且具有防爆性能，這樣才能保證變送器的正常工作，經(jīng)過查閱資料，

53、綜合產(chǎn)品性能與價(jià)格，我選擇了CR-6031智能鍋爐氣泡液位計(jì)。CR-6031/2系列智能電容式鍋爐汽包液位計(jì)，是基于電容測(cè)量原理的液位計(jì)。它采用斷層掃描技術(shù)，通過測(cè)量分析桶內(nèi)的液態(tài)，氣態(tài)介質(zhì)的介電常數(shù)，補(bǔ)償溫度、壓力等變化帶來(lái)的影響。經(jīng)過微處理器運(yùn)算處理后輸出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)，下面是該變送器的主要技術(shù)特點(diǎn)。</p><p>　　1、兩線制電流環(huán)； 2、具有全工況條件（ 鍋爐啟、停、排污、工況等

54、）下液位準(zhǔn)確連續(xù)測(cè)控功能；3、采取斷層掃描技術(shù)，能夠?qū)σ簯B(tài)、汽態(tài)介質(zhì)的介電常數(shù)變化連續(xù)測(cè)量補(bǔ)償；4、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好；5、經(jīng)C E 認(rèn)證的良好的電磁兼容特性；6、耐高溫、高壓、長(zhǎng)壽命；7、操作軟件為中文操作環(huán)境， 輕松整定；</p><p>　　技術(shù)指標(biāo)●工作電壓： 最大：28V     最?。?0V●電 流 環(huán)：兩線制4.00mA ～ 20.00mA（±

55、;0.5%）●防爆等級(jí)：ExiaIICT6 （-40℃～70℃）  ExiaIICT1-5 （-40℃～85℃）●防爆參數(shù)：Ui=30V,Ii=100mA ,Pi=0.75W  Ci=100pF,Li=10uH   ●工作壓力：22MPa  max●測(cè)量范圍：1500mm        &#

56、160;                        ●測(cè)量周期：0.5秒           

57、      ●環(huán)境溫度：-40℃～65℃ （ExiaIICT1-T5）           ●介質(zhì)溫度：500℃ max.            ●防護(hù)等級(jí): IP65。&#

58、160;</p><p>　　由變送器的性能指標(biāo)可知，變送器完全可以測(cè)量火電廠鍋爐的液位，滿足控制系統(tǒng)的測(cè)量要求</p><p><b>　　4.控制閥的選擇</b></p><p>　　根據(jù)過程控制儀表中的理論知識(shí)知控制閥有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥已壓縮空氣為能源的執(zhí)行器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出推力大，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定

59、，價(jià)格便宜和本質(zhì)安全防爆等。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以電位能源的，它的主要特點(diǎn)是能源取用方便，信號(hào)傳輸速度快，距離遠(yuǎn)，便于集中控制，停電時(shí)能夠保持原位不動(dòng)，靈敏度與精度要求高等。而液動(dòng)調(diào)節(jié)閥一般很小使用。在選擇的時(shí)候可以從以下三個(gè)反面考慮:閥孔徑的選擇，氣開氣關(guān)形式的選擇和流量特性的選擇。對(duì)于流量特性有4種形式即:1.直線特性 2.等百分比特性 3. 快開特性 4.拋物線特性。根據(jù)鍋爐的特性在閥門口徑上我們選擇較大口徑的，這個(gè)是根據(jù)實(shí)際鍋爐的大小。

60、閥門氣開氣關(guān)的選擇原則是當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，閥門的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處于安全狀態(tài)，因此對(duì)于鍋爐控制閥門時(shí)為保證失控狀態(tài)時(shí)鍋爐的安全，給水閥應(yīng)選氣關(guān)式，至于流量特性可以根據(jù)具體的鍋爐工作特性來(lái)決定。根據(jù)上述控制閥的特點(diǎn)，綜合使用的價(jià)格，可靠性和性能，我選擇了武漢欣裕瑞控制閥有限公司DKV系列型的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。它是一種角行程調(diào)節(jié)式閥門,它與電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用,可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐水量的精確控制。多種閥芯結(jié)</p><p&g

61、t;　　-公稱通徑：DN25～DN400</p><p>　　-公稱壓力：1.6、4.0、6.4MPa、ANSI150、300(Lb)、JIS10、20K</p><p>　　-電    源：220ACV</p><p>　　-控制信號(hào)：4～20mA      0～5V</p>

62、;<p>　　-輸出信號(hào)：4～20mA      0～5V</p><p>　　-基本誤差：≤0.5%</p><p>　　-死    區(qū)：≤0.3%</p><p>　　-結(jié)構(gòu)形式：V型缺口鑄造球體</p><p>　　-連接形式：法蘭連接：JB7

63、9-59</p><p>　　-填    料：PTFE、石墨</p><p>　　-環(huán)境溫度：-20℃～60℃</p><p>　　-閥體材質(zhì)： (1)WCB  (2)304  (3)316  (4)316L</p><p>　　-閥芯材質(zhì)： (1)304  &#

64、160; (2)316  (3)316L</p><p>　　-溫度范圍：-40℃～120℃   (高溫可定制)</p><p>　　-介質(zhì)溫度：-40～120℃   -40～400℃</p><p>　　-密封材料：聚四氟乙烯(常溫)、特制PPL(高溫)</p><p>　　-泄 漏 量：0

65、 符合ANSIB16.104 5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　-適用范圍：鍋爐水量調(diào)節(jié)、石化、脫硫水處理、燃燒爐水、油量調(diào)節(jié)、煤氣量調(diào)節(jié)等需要對(duì)流量精確控制的應(yīng)用場(chǎng)合。</p><p>　　由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的性能指標(biāo)知該調(diào)節(jié)閥對(duì)于火電廠的鍋爐液位控制是完全可以達(dá)到要求。</p><p>　　5. D/A轉(zhuǎn)換與電流與電壓的轉(zhuǎn)換</p><p>　　為

66、了達(dá)到相應(yīng)的精度與轉(zhuǎn)換的快速性，采用12位逐次逼近型D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC1210，由于只有一塊芯片，并且單片機(jī)具有豐富的I/O資源，故可以把芯片直接接成直通的方式。4~20mA電流到電壓1~5V的轉(zhuǎn)換可以采用250歐的精密電阻實(shí)現(xiàn)1~5V的轉(zhuǎn)換，至于D/A轉(zhuǎn)換輸出后將電壓轉(zhuǎn)換成電流可以使用集成芯片AD694下面是電路原理圖</p><p><b>　　圖3.8</b></p>

67、<p><b>　　圖3.9</b></p><p><b>　　圖3.10</b></p><p><b>　　7. 報(bào)警顯示</b></p><p>　　當(dāng)鍋爐達(dá)到上下限極限水位時(shí)報(bào)警，可以使用單片機(jī)的一個(gè)I/0口實(shí)現(xiàn)對(duì)電鈴的控制.使電鈴在水位達(dá)到上下限時(shí)發(fā)出不同頻率的報(bào)警聲音來(lái)區(qū)分是水

68、位上限還是下限。電路原理圖如圖3.7</p><p><b>　　圖3.7</b></p><p><b>　　8.數(shù)碼管顯示</b></p><p>　　可以實(shí)時(shí)將鍋爐內(nèi)的水位通過8位數(shù)碼顯示出來(lái)供操作人員了解鍋爐內(nèi)部的液位情況，電路圖如圖3.4</p><p><b>　　圖3.4&l

69、t;/b></p><p><b>　　串口調(diào)試與SD卡</b></p><p>　　在調(diào)節(jié)PID參數(shù)的時(shí)候，需要實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的響應(yīng)，為了方便調(diào)試，可以通過一個(gè)串口將控制器與上位機(jī)PC機(jī)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的情況，這里考慮到控制室與鍋爐之間的距離，采用了RS485通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。其電路原理圖如圖3.5</p><p><b&g

70、t;　　圖3.5</b></p><p>　　在數(shù)據(jù)存取方面為了得到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過使用SPI模式將數(shù)據(jù)寫到SD卡中以便能夠得到系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。其電路原理圖如下</p><p><b>　　電源模塊</b></p><p>　　電源是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，由于在工業(yè)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾，因此在制作控制板時(shí)，必須對(duì)電源要有一個(gè)很好

71、的設(shè)計(jì)，這樣才能保證整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對(duì)PCB板上的各種芯片我沒有使用開關(guān)電源，而是使用了線性穩(wěn)壓芯片。目的是進(jìn)一步減小諧波的干擾。此外，根據(jù)各種儀表的電源供應(yīng)情況知，板子上需要3.3V直流，5V直流， 10V直流， 24V直流與220交流， 對(duì)于3.3V直流，在220交流(220 AC)引入后,經(jīng)過變壓器后，采用LM2937-3.3V穩(wěn)壓芯片， 而5V直流，我使用了LM2940-5V穩(wěn)壓芯片， 對(duì)于10V直流，使用了LM2941

72、可調(diào)穩(wěn)壓芯片，通過調(diào)節(jié)電阻的大小使輸出電壓達(dá)到10V，上面的穩(wěn)壓芯片的最大輸出電流可達(dá)1A，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，輸入輸出的壓差比較小，只有1V左右.對(duì)于24V直流，我沒有自己制作，而是選擇了買一個(gè)輸入220V AC輸出24V DC 的電源。圖3.12是24V穩(wěn)壓到3.3V的原理圖</p><p><b>　　圖3.12</b></p><p>　　圖3.13是24V穩(wěn)壓到5V

73、的原理圖，用于為單片機(jī)提供電源</p><p><b>　　圖3.13</b></p><p>　　下面圖3.14是使用LM2941穩(wěn)壓得到10V的電壓，為DAC1210與AD694提供參考電壓。</p><p><b>　　圖3.14</b></p><p>　　為了充分抑制干擾，在PCB制作后，

74、可以用金屬外殼將板子封裝起來(lái)隔離干擾，同時(shí)在輸入輸出通道加入光耦實(shí)現(xiàn)隔離，在電源的處理上加入掉電處理在發(fā)生意外時(shí)啟動(dòng)備用電源等抗干擾措施。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 編程環(huán)境 飛思卡爾的16位控制器芯片采用稱之為代碼勇士的CodeWarrior軟件作為編程環(huán)境。因此在軟件編寫部分，主要的編程過程在該環(huán)境下完成。該軟件功能強(qiáng)大，下面是編程

75、界面。</p><p>　　3.4.2 軟件系統(tǒng)程序框圖</p><p>　　3.4.3 數(shù)據(jù)采集與濾波</p><p>　　取采樣周期為5ms， 每次采集液位與蒸汽流量信號(hào)，考慮到液位的波動(dòng)，因此采取使用中位值與平均值結(jié)合的濾波方式對(duì)采樣變送器的數(shù)據(jù)濾波</p><p>　　3.4.4 前饋+反饋控制算法</p><p&

76、gt;<b>　　系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下 </p><p>　　由此得到前饋調(diào)節(jié)器的微分方程</p><p>　　當(dāng)采樣頻率足夠高時(shí)，使用查分代替微分有</p><p>　　代入方程 得到差分方程</p><p>　　然后將前饋調(diào)節(jié)器與反饋調(diào)節(jié)器結(jié)合起來(lái)，

77、得到整個(gè)控制器的輸出</p><p><b>　　計(jì)算反饋控制的偏差</b></p><p>　　e(k) = r(k) – y(k)</p><p>　　(2) 計(jì)算反饋控制器PID的輸出</p><p>　　(3) 計(jì)算前饋控制的輸出</p><p>　?。?） 得到整個(gè)控制器的輸出<

78、/p><p>　　由上面的推導(dǎo)可以得到數(shù)字控制器的輸出函數(shù)</p><p>　　3.4.5 各部分程序</p><p>　　限于篇幅，這里只給出關(guān)鍵的算法源文件，沒有給出數(shù)碼管顯示和數(shù)據(jù)存取代碼和相應(yīng)的頭文件</p><p>　　1. MC9S12XS128初始化程序 Init.c</p><p>　　#include &

79、quot;Include.h"</p><p>　　extern float PIDError[3];</p><p>　　extern float zhenQiSample[3];</p><p>　　extern float qianKuiOut = 0;</p><p>　　extern float lastQianKuiOu

80、t = 0;</p><p>　　extern float lastPIDOutError = 0;</p><p>　　void SetBusClock(void) //總線頻率 = 40MHZ</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CLKSEL = 0X00;</p><p&

81、gt;　　PLLCTL_PLLON = 1;</p><p>　　SYNR = 0XC0 | 0X04;</p><p>　　REFDV = 0x80 | 0x01;</p><p>　　POSTDIV = 0x00;</p><p>　　_asm(nop);</p><p>　　_asm(nop);</p>

82、;<p>　　while(!(CRGFLG_LOCK == 1));</p><p>　　CLKSEL_PLLSEL = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//AD sample init</p><p>　　void AD_Init(void) </p>&l

83、t;p><b>　　{</b></p><p>　　//single channel</p><p>　　ATD0CTL1 = 0x4f;</p><p>　　ATD0CTL2 = 0x40;</p><p>　　ATD0CTL3 = 0x88;//每次轉(zhuǎn)換的次數(shù)為1</p><p>　　A

84、TD0CTL4 = 0x0b;//ATD裝換頻率 1.67MHZ </p><p><b>　　}</b></p><p>　　//Timer is used to time</p><p>　　void PIT_Init(void) </p><p><b>　　{</b></p>

85、<p>　　PITCE = 0x00;</p><p>　　PITMUX = 0x00;</p><p>　　PITMTLD0 = 0xc7;//199,計(jì)數(shù)器的初始值</p><p>　　PITLD0 = 0x3e7;//999,timeout = (PITMTLD0 + 1) * (PITLD0 + 1) / 總線頻率//定時(shí)時(shí)間為5ms 用于通道0&

86、lt;/p><p>　　PITINTE =0x0f; //通道0使能中斷</p><p>　　PITCFLMT = 0xe1;//Enable PIT Module</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//Set the IO state </p><p>　　void IO_

87、Init(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　DDRJ = 0xff;</p><p>　　DDRA = 0xff;</p><p>　　DDRB = 0x00;</p><p>　　PUCR_PUPKE = 1;</p><p>　　

88、DDRK = 0xff;</p><p>　　PORTK_PK5 = 0;/</p><p>　　PORTK_PK4 = 0;</p><p>　　PTJ_PTJ1 = 0;</p><p>　　DDRT_DDRT7 = 0;</p><p><b>　　}</b></p><

89、p>　　//串口初始化 波特率 = 9600bit/s 無(wú)奇偶校驗(yàn)位， 8位數(shù)據(jù)</p><p>　　void SCI_Init(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　SCI0BD = 260;</p><p>　　SCI0CR1 = 0x00;</p><

90、p>　　SCI0CR2 = 0x0c;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void sysIni(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i = 0;</p><p>　　qianKuiOut = 0;

91、</p><p>　　lastQianKuiOut = 0;</p><p>　　lastPIDOutError = 0;</p><p>　　for (i = 0; i < 3; i++) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　PIDError[i] = 0;<

92、;/p><p>　　zhenQiSample[i] = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ALL_Init(void) </p><p><b>　　{</b></p&g

93、t;<p>　　SetBusClock();</p><p>　　AD_Init();</p><p>　　PIT_Init();</p><p>　　IO_Init();</p><p>　　sysInit();</p><p><b>　　}</b></p><

94、;p>　　(2) 程序參數(shù)的宏定義 Include.h</p><p>　　#ifndef _INCLUDE_H</p><p>　　#define _INCLUDE_H</p><p>　　#include "Sensor.h"</p><p>　　#include "init.h"</p

95、><p>　　#include <hidef.h> /* common defines and macros */</p><p>　　#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */</p><p>　　#include "uart.

96、h"</p><p>　　#include "stdtypes.h"</p><p>　　#include "math.h"</p><p>　　#define SENSOR_NUM 2</p><p>　　#define LEVEL_MAX MAX1 //定義液位的最大高度</

97、p><p>　　#define LEVEL_MIN MIN1 //定義液位的最小高度</p><p><b>　　//定義PID參數(shù)</b></p><p>　　#define KP 50</p><p>　　#define KI 30</p><p>　　#define KD

98、 5</p><p><b>　　//定義系統(tǒng)的參數(shù)</b></p><p>　　#define T1 5</p><p>　　#define T 5</p><p>　　#define T2 1</p><p>　　#define Kf 6</p><p

99、>　　//定義前饋調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　#define A1 T1 / (T + T1)</p><p>　　#define Bm Kf * T1 * (T + T2) / T2 * (T + T1)</p><p>　　#define Bm1 -Kf * T1 / (T + T1)</p><p>

100、　　#define SET_LEVEL MaX</p><p><b>　　//PID運(yùn)算限幅</b></p><p>　　#define PIDMAX 5000 </p><p>　　#define PIDMIN 0</p><p>　　#define QIANKUIMAX 255</p>

101、<p>　　#define QIANKUIMIN 0</p><p>　　void delay(unsigned int delaytime); //1ms timer</p><p><b>　　#endif</b></p><p>　?。?）數(shù)據(jù)采集程序 Sensor.c</p><p>　　#incl

102、ude "Include.h"</p><p>　　//第0路表示液位的采樣， 第一路表示蒸汽的流量</p><p>　　float AD_result0[SENSOR_NUM][20] = {0.0};</p><p>　　float AD_result1[SENSOR_NUM] = {0, 0}; </p><p>　

103、　/************AD 采樣**********/</p><p>　　float Get_AD(unsigned char num) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　ATD0CTL5 = num;//start to convert</p><p>　　while (!(ATD0

104、STAT0 & 0x80));</p><p>　　return ATD0DR0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*********采樣數(shù)據(jù)************/</p><p>　　void getOrigSignal() </p><p><b

105、>　　{</b></p><p>　　unsigned char i,j,m,n,p;</p><p>　　float mid = 0;</p><p>　　float AD_result[SENSOR_NUM]={0.0};</p><p>　　for(i=0;i<20;i++) </p><p&

106、gt;　　for(j=0;j<SENSOR_NUM;j++) </p><p>　　AD_result0[j][i]=Get_AD(j);</p><p>　　for (m = 0; m < SENSOR_NUM; m++)</p><p>　　for (i = 0; i < 20; i++) </p><p><b&

107、gt;　　{</b></p><p>　　for (j = 0; j < 20 - i; j++) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (AD_result[m][j] > AD_result[m][j + 1]) </p><p><b>　　{<

108、/b></p><p>　　mid = AD_result[m][j];</p><p>　　AD_result[m][j] = AD_result[m][j + 1];</p><p>　　AD_result[m][j + 1] = mid; </p><p><b>　　}</b></p>

109、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(m=0;m<SENSOR_NUM;m++) </p><p>　　for(n=5;n<15;n++) </p><p>　　AD_result[m]=AD_result[m]+A

110、D_result0[m][n];</p><p>　　for(p=0;p<SENSOR_NUM;p++) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　AD_result1[p]= (AD_result[p]/10);</p><p>　　AD_result1[p] = (AD_result[p]

111、- 819)// 采樣電壓在1~5V，故在采樣數(shù)據(jù)應(yīng)該減去1V對(duì)應(yīng)的數(shù)字量</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.運(yùn)算控制輸出函數(shù) Control.c</p><p>　　#include "Include.h"&

112、lt;/p><p>　　extern float AD_result1[SENSOR_NUM];</p><p>　　float PIDError[3];</p><p>　　float zhenQiSample[3];</p><p>　　float qianKuiOut = 0;</p><p>　　float las

113、tQianKuiOut = 0;</p><p>　　float lastPIDOutError = 0;</p><p>　　/**********D/A輸出函數(shù)**************/</p><p>　　void DAOut(float Out)</p><p><b>　　{</b></p>

114、<p>　　PORTA = Out % 256; //取低 8位</p><p>　　PORTB = Out - PORTA; // 取高4位</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void contorOut(void) </p><p><b>　　{</b>&l

115、t;/p><p>　　int i = 0;</p><p>　　float kpResult = 0;</p><p>　　float kiResult = 0;</p><p>　　float kdResult = 0;</p><p>　　float PID = 0;</p><p>　　flo

116、at zhenQiError1 = 0;</p><p>　　float zhenQiError2 = 0;</p><p>　　for (i = 2; i > 0; i--) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　zhenQiSample[i] = zhenQiSample[i - 1];

117、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　zhenQiSample[0] = AD_result[1];</p><p>　　zhenQiError1 = zhenQiSample[2] - zhenQiSample[1];</p><p>　　zhenQiError2 = zhenQiSample[

118、1] - zhenQiSample[0];</p><p>　　QianKuiOut = lastQianKuiOut + A1 * qianKuiOutError + Bm * zhenQiError1 + Bm1 * zhenQiError2;</p><p>　　qianKuiOutError = QianKuiOut - lastQianKuiOut;</p><

119、;p>　　lastQianKuiOut = QianKuiOut;</p><p>　　for (i = 2; i > 0; i--) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　PIDError[i] = PIDError[i - 1];</p><p><b>　　}</

120、b></p><p>　　PIDError[0] = SET_LEVEL - AD_result[0];</p><p>　　kpResult = KP * (PIDError[2] - PIDError[1]);</p><p>　　kiResult = KI * PIDError[2];</p><p>　　kdResult = K

121、D * (PIDError[2] - 2 * PIDError[1] + PIDError[0]);</p><p>　　PID = lastPIDOut + kpResult + kiResult + kdResult;</p><p>　　lastPIDOut = PID;</p><p>　　if (PID > PIDMAX) </p>&

122、lt;p><b>　　{</b></p><p>　　PID = PIDMAX; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (PID < PIDMIN) </p><p><b>　　{</b></p><p>　

123、　PID = PIDMIN; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (QianKuiOut > QIANKUIMAX) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　QianKuiOut = QIANkUIMAX; </p>&l

124、t;p><b>　　}</b></p><p>　　if (QianKuiOut < QIANKUIMIN) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　QianKuiOut = QIANKUIMIN; </p><p><b>　　}</b>&

125、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(unsigned int delaytime) //1ms timer</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int d;</p><p>　　uchar