《过程控制仪表》课程设计报告--基于AT89C52单片机的流量控制系统课程设计报告(仿真和实物实现).doc

过程控制仪表课程设计报告设计题目 指导老师 设计者 专业班级 设计日期 目 录第一章 流量控制系统（实验部分）12.1 控制系统工艺流程12.2 控制系统的控制要求52.3 系统的实验调试7第二章 流量控制系统工艺流程及控制要求92.1 控制系统工艺流程92.2 设计内容及要求10第三章 总体设计方案113.1 设计思想12 3.2 总体设计流程图13第四章 硬件设计14 4.1 硬件设计概要144.2 硬件选型154.3 硬件电路设计系统原理图及其说明16第五章 软件设计175.1 软件设计流程图及其说明175.2 源程序及其说明18第六章 系统调试及使用说明20第七章 收获、体会21参考文献22 设计电磁流量计为流量传感器,单片机为核心流量控制系统。 本系统采用c51系列的89s52单片机为核心,通过设置89s52单片机的定时器产生脉宽可调的pwm波【2】,对阀门电机的输入电压进行调制,实现阀门开度的变化,进而实现了对液体流量的控制。单片机通过电磁流量计采集实际流量信号,根据该信号对其内部采用数字pid算法对pwm变量的值进行修改,从而达到对流量的闭环精确控1、设计电磁流量计为流量传感器，单片机为核心流量控制系统。系统主要由水泵、水泵电机、流量传感器、电动阀门、阀门电机、单片机控制系统等组成。2、写出流量控制过程，绘制控制系统组成框图3、利用单片机对流量进行控制 （1）系统硬件电路设计 单片机采用89s52；设计键盘及显示电路，电机控制电路（可控硅，光电耦合器）。 （2）编制流量控制程序一 ，流量控制系统设计意义工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。【1】在天然气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了人们的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以百万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量和控制准确度和可靠性要求特别高。此外， 在环境保护领域，流量测量仪表也扮演着重要角色。人们为了控制大气污染，必须对污染大气的烟气以及其他温室气体排放量进行监测；废液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人们必须对废液和污水进行处理，对排放量进行控制。于是数以百万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量对象。同时在科学试验领域，需要大量的流量控制系统进行仿真与试验。流量计在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也都有广泛的应用。二，系统方案1、方案整体思路液体流量控制通常采用电动调节阀实现，近年来，电动调节阀的结构和控制方式发生了很大的变化， 随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控制的开关功率元件进行脉宽调制（pulse width modulation ,简称pwm）控制方式得到了广泛的应用。这种控制方式很容易在单片机中实现，从而为电动调节阀的控制数字化提供了基础。将 偏差的比例（proportion）、积分（integral）、微分（differential）通过线性组合构成数字控制量，构成数字pid控制器，它具有非常强的灵活性，可以根据试验和经验在线调整参数，因此可以得到更好的控制性能。本系统采用c51系列的89s52单片机为核心，通过设置89s52单片机的定时器产生脉宽可调的pwm波【2】，对阀门电机的输入电压进行调制，实现阀门开度的变化，进而实现了对液体流量的控制。单片机通过电磁流量计采集实际流量信号，根据该信号对其内部采用数字pid算法对pwm变量的值进行修改，从而达到对流量的闭环精确控制。2、实现流程流量控制系统是一个过程控制系统，在设计的过程中，必须明确它的组成部分。过程控制系统的组成部分有：控制器、执行器、被控对象和测量变送单元，其框图如图1所示。 阀门设定值流量输出图1 流量过程控制组成框图电磁流量计：对输出流量进行检测，并与设定值比较，差值作为控制器的输入。pid控制器：对差值进行p 、i、d运算，输出对应得模拟量控制电机正反转和转速。直流电机：根据控制器输出正反转，控制阀门开度增大或减小。阀门：直接控制流量的执行机构。所以，在这个系统的设计中，主要设计以上几个部分。除此之外，根据题目要求，还要选取合适的控制算法来达到满足系统参数的要求。具体就是确定控制器的算法和如何控制阀门开度，因为这两部分是实现本系统控制目的的关键。它们选取的好坏将直接影响着整个系统实现效果的优劣。3、控制器算法与pwm波形输出流量是一个普通而又重要的物理量，在许多领域里人们需对它进行测量和控制。本系对流量控制采用pid算法，它具有结构简单、易于理解和实现，且一些高级控制都是以pid为基础改进的。在工业过程控制中90%以上的控制系统回路具有pid结构，图2 pid控制原理框图pid调节器的离散化表达式为比例调节的作用是使调节过程趋于稳定，但会产生稳态误差;积分作用可消除被调量的稳态误差，但可能会使系统振荡甚至使系统不稳定；微分作用能有效的减小动态偏差。pwm波形输出：用89s52单片机的定时器0和定时器1交替工作，产生连续的与偏差大小有关的占空比可调的pwm波形。首先，定时器0定时时间到，产生中断，置位pwm输出口并开启定时器1，定时器1定时期间pwm输出高电平，且定时器1的定时时间可调，与偏差的pid运算结果有关，所以能输出占空比变化的pwm波，控制电机转动，进而控制阀门开度和流量。三、系统硬件设计1、总体设计框图及说明本系统是一个简单的单回路控制系统。为了实现流量的自动测量和控制，采用了89s52单片机作为系统的控制中心，由数据采集模块检测到的流量信号传入单片机，并根据接收到的数据进行处理和控制运算，同时将数据保存，以便与下一次采样值进行比较，根据系统程序控制，进行pid运算以及pwm输出控制电机转速，最终由cpu控制电机正反转，达到调节流量的目的。系统还具有键盘设定模块，便于用户与系统之间的对话。系统的硬件结构较简单，由若干个功能模块组成。具体结构图图3及说明如下， 89s52单片机键盘数据采集直流电机 阀门数据显示图3 功能模块结构图键盘设定：设定控制系统要求的流量大小。数据采集：用滑动变阻器分压模拟流量大小。直流电机：接收单片机的控制信号进行正反转和转速调节，带动阀门转动。2、部分外部电路设计2.1 数码管显示电路采用四联排共阴极数码管进行显示，具有四位数码管，这四个数码管的段选a、b、c、d、e、f、g分别接在一起，每一个都拥有一个共阴的位选端。p3口控制数码管的点亮情况。因为单片机的io口输出功率有限，需要使用74ls374芯片进行锁存。此外还用一个电阻r-pack8来保护led。2.2、直流电机控制电路直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域，高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(gtr、gto、mosfet、igbt等)的发展，以及脉宽调制(pwm)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电机的使用需求，各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用三极管构建h桥【3】，实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用pwm技术实现直流电机调速控制。单片机的p10引脚输出高低电平控制电机的正反转，p11输出pwm波形控制电机转速。 具体为： 当p10为高电平时，三极管q3、q2导通，所以q4导通，而q2导通钳制电位为0.9v，所以不论p11是高还是低，q1、q7都不导通，即电机电流从左向右流，电机正转。 当p10为低电平，q3 q2不导通，所以q4不导通。当p11为高电平时电机反转，当p11为低电平是，电机停转。 四系统软件设计1、程序结构说明任何一个系统的软件设计都离不开硬件电路的连接，所以本课题硬件设计的高度模块化决定了软件设计的模块化。主要包括：主控程序模块、键盘扫描及处理子程序、采样数据处理子程序、pid算法子程序、电机驱动与控制子程序和显示等子程序几个部分。结构图如下：主程序键盘输入数码管显示数据采集pid运算直流电机图4 程序结构图主控程序模块在整个结构中充当管理者，管理所有子程序的调用，就相当于个人计算机的操作系统。它主要负责初始化各个i/o口，等待键盘事件的发生，并作出相应的处理。并在适当的时候调用数据采样程序，并将采样到的数据与键盘设定值比较。再通过pid计算后用以控制电机转动，从而控制阀门开度，来达到流量的准确控制。2、程序流程图及部分程序2.1 主程序说明2.1.1 主程序流程图开始系统初始化sw=1?？ad转换键盘设定键盘设定键盘设定dr=1？电机正转电机反转nyyn图5 主程序流程图2.1.2主程序具体程序：/*主函数*/main() /主程序 tmod=0x21 ; /0b0010 0001 timer0模式1（16位），timer1自动重装载 th0=0xfc ; /1ms延时常数 12m tl0=0x18 ; /低电平时间调节 th1=0x7f; /定时器1赋初值tl1=0 ; ea=1; et0=1; et1=1; /开中断 while(1) if(sw=1) /循环判断开关状态，并执行相应的程序 ad_val(); /调用tcl549采集处理 display(uuu); else kb_scan1();display(sc); pid(); /每个循环的最后执行一次pid运算，实时控制电机 从主程序中可以看出，在进行一系列程序调用之前对系统进行初始化，然后判断开关状态程序有所反应。然后进行一系列子程序，进行a/d转换和pid计算，将其结果用来控制直流电机。2.2 键盘程序2.2.1 键盘扫描及键值识别的原理【4】由于机械触点有弹性，在按下或弹起按键时会出现抖动，从最初按下到接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间，如图所示。为了保证探险键识别的准确性，必须消除抖动。消抖处理有硬件和软件两种方法：硬件消抖是利用加支抖动电路滤避免产生抖动信号；软件消抖是利用数字滤波技术来消除抖动。我们采用软件的方法，利用主程序循环扫描，主程序每循环一次扫描到的键值相同时，则说明是某键按下。对于键值识别，我们用一条switch语句，把按键的编码和键值对应起来。2.2.2 键盘具体程序void kb_scan1(void) uchar tmp,line,i,flag,press; /定义局部变量if(lie1=0|lie2=0|lie3=0)return; /判断是否有键按下，如有，返回。消除重键问题line=0xfe; for(i=1;i=4;i+)p2=line; /依次给p2口低四位送低电平，读高四位判断是否有键按下。tmp=p2; /读取键盘口数据寄存器 tmp&=0x70;if(tmp!=0x70) tmp=p2;flag=1;break;else line=(line=0) direction=1; /设定值-采集量0, 电机正转，开大阀门。if(e2=20) /测得偏差值与设定偏差值进行比较，若不在设定范围内则满功率正转。 tr0=0;pwm=1; else du=10*e2;/(e2-e1)+ki*e2+kd*(e2-2*e1+e0); / pid算法 out1=du;/+out0; tr0=1; /若到达设定范围则调用pid程序，进行有效功率转动. else if(e20) direction=0; /设定值-采集量0, 电机反转，关小阀门。if(e2-20) /测得偏差值与设定偏差值进行比较，若不在设定范围内则满功率反转。 tr0=0;pwm=1; else du=10*e2;/(e2-e1)+ki*e2+kd*(e2-2*e1+e0); / pid算法 out1=-du;/+out0; tr0=1; /若到达设定范围则调用pid程序，进行有效功率运转. out0=out1; 五、结束语此次课程设计是基于过程控制系统的综合课设，要求通过对工业过程量流量的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的pid控制参数整定方法。我拿到题目和要求，明确本次的重点是一个控制“系统”的设计，要实现流量的控制，分析流量怎么测，怎么控。就是要完成从信号采集偏差控制执行器对象输出整个的设计。所以我先分模块进行设计，粗略的构思了一个单回路控制系统：即偏差运算用pid，输出pwm波形控制电机，电机驱动阀门开度变化。接下来就是具体模块的具体设计实现，信号采集模块我就面临了选择，是选择并行ad转换芯片还是串行ad芯片，再后来就是数码管显示不稳定，亮度不够怎么办，每前进一步都是问题，这时就借鉴别人怎么做的，他们的效果是不是比自己的好，这样不断的比较和思考，解决了很多问题。最大的体会就是设计过程是解决问题的过程，自己也对设计控制系统积累了一定的经验。通过设计后面的控制器模块、电机控制模块，我使用了pid的理论、pwm控制电机转速的知识和电机的驱动电路的知识，通过大量的查阅资料，在以前纯理论的基础上有很大提高。这次课设使我对过程控制系统有了更深的理解，同时对模块设计有了自己的思考和思路，对以后自己设计开发控制系统有很好的铺垫作用。参考文献【1】 任彦硕等自动控制系统m北京：北京邮电大学出版社，2006，157【2】张家生. 电机原理与拖动基础m. 北京：北京邮电大学出版社，2006， 136【3】 马斌等单片机原理及应用-c语言程序设计与实现m北京：人民邮电出版社，2009，284-290【4】王宜怀等.嵌入式系统m. 北京：北京航空航天大学出版社，2008， 132【5】顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术m. 北京：北京邮电大学出版社，2006，106附页1：流量控制系统总程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar out0=0x7f ; /赋初值uchar buf3=0,0,0;/全局数组uchar pr=0x57,0x6e,0x5e,0x3e,0x6d,0x5d,0x3d,0x6b,0x5b,0x3b;uchar discode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;int ad; /转换结果，十六进制int uuu,sc=0; int int_result, /标度变换后的结果sbit dataout=p10; /数据线sbit cs=p11; /片选sbit sclk=p12; /io口时钟sbit dx=p13; /断码显示控制锁存sbit wx=p14; /位控控制锁存sbit sw=p17;sbit pwm=p15;sbit direction=p16;void delay1ms(uchar t) /单位时间1ms延时 uchar time; while(t-) for(time=0;time0) wx=0; p0=0xfb; wx=1; dx=0; p0=discodeshi;/|0x80; /显示十位 dx=1;delay1ms(1); wx=0; p0=0xfd; wx=1; dx=0; p0=discodebai; /显示百位 dx=1;delay1ms(1); /*ad转换程序*/ad_val() /tlc549处理 uchar i,temp=0; cs=1;/初始化，启动 sclk=0; cs=0; _nop_(); for(i=0;i8;i+)/读取采集数据，读取的是上一次采集数据 sclk=1; temp=temp1; if(dataout) temp |=0x01; sclk=0; cs=1; ad=temp; for(i=0;i5;i+) /延时17us以上，进行复位 _nop_(); int_result=ad*100/256; /处理整数 uuu=int_result; /*键盘扫描程序*/void kb_scan1()uchar tmp,line,i,j,flag,press;line=0x7e;for(i=1;i=4;i+)p3=line; tmp=p3; tmp&=0x70;if(tmp!=0x70) tmp=p3;flag=1;break;else line=(line1)|0x01;if(i=5) tmp=0xff;flag=0;for(j=0;j=0) direction=1; /设定值-采集量0,电机正转if(e2=20) /测得偏差值与设定偏差值进行比较，若不在设定范围内则满功率运转。 tr0=0;pwm=1; else du=kp*e2;/(e2-e1)+ki*e2+kd*(e2-2*e1+e0); / pid算法 out1=du;/+out0; tr0=1; /若到达设定范围则调用pid程序 else if(e20) direction=0; /设定值-采集量0,电机反转if(e2-20) /测得偏差值与设定偏差值进行比较，若不在设定范围内则满功率反转。 tr0=0;pwm=1; else du=10*e2;/(e2-e1)+ki*e2+kd*(e2-2*e1+e0); / pid算法 out1=-du;/+out0; tr0=1; /若到达设定范围则调用pid程序. out0=out1; /*pwm输出程序*/*/ 定时器0中断服务程序./*/void timer0() interrupt 1 tr0=0 ; th0=0xff ; tl0=0xdb ; th1=0xff-out0 ;/初值等于模数减去计数个数 tr1=1 ; pwm=1 ; /启动输出/*/ 定时器1中断服务程序/*/void timer1() interrupt 3 tr1=0 ; pwm=0 ; /结束输出tr0=1;/*主函数*/main() /主程序 tmod=0x21 ; /0b0010 0001 timer0模式1（16位）timer1自动重装载 th0=0xfc ; /1ms延时常数 12m tl0=0x18 ; /频率调节 th1=0x7f; /高电平时间调节 tl1=0 ; ea=1; et0=1; et1=1; while(1) if(sw=1) ad_val();/调用tcl549采集处理 display(uuu); else kb_scan1();display(sc); pid(); 目 录第一章 过程控制仪表课程设计的目的意义11.1 设计目的11.2 课程在教学计划中的地位和作用1第二章 流量控制系统（实验部分）22.1 控制系统工艺流程22.2 控制系统的控制要求32.3 系统的实验调试4第三章 hpf脱硫工艺流程及控制要求63.1 控制系统工艺流程63.2 设计内容及要求7第四章 总体设计方案84.1 设计思想8 4.2 总体设计流程图84.3 硬件设计概要84.4 硬件选型94.5 硬件电路设计系统原理图及其说明15第五章 软件设计175.1 软件设计流程图及其说明17第六章 系统调试中遇到的问题及解决方法20第七章 收获、体会23附录1 源程序及其说明24参考文献37第一章 微控制器应用系统综合设计的目的意义1.1 实验目的本课程设计的目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。课程设计的主要任务是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。1.2 课程设计在教学计划中的地位和作用 本课程设计是为过程控制仪表课程而开设的综合实践教学环节，是对现代检测技术、自动控制理论、过程控制仪表、计算机控制技术等前期课堂学习内容的综合应用，使学生加深对过去已修课程的理解，用本课程所学的基本理论和方法，运用计算机控制技术，解决过程控制领域的实际问题，为学生今后从事过程控制领域的工作打下基础。因此本课程在教学计划中具有重要的地位和作用。第二章 流量控制系统（实验部分）2.1 控制系统工艺流程mfc1ft1vl1q1 电加热器mssr图2.1 内容器单闭环流量控制系统工艺流程图说明：ft为流量变送器，fc为智能调节器，vl为电动阀，ssr为固态继电器控制输出，q表示流量。图2.3同。被控制量q1给定量qs偏差qi调节器d/a电子阀流量对象内容器扰动f流量变送器无纸记录仪a/d反馈qf-+图2.2 内容器单闭环流量控制系统方块流程图pid智能调节器mfc1ft1vl1q1 电加热器mssr图2.3 双闭环比值控制工艺流程图ft2fc2kq2给定量qs偏差qi调节器fc1调节阀vl1流量对象内容器流量检测及变送器ft1反馈qf-+q1乘法器k-调节器fc2调节阀vl2流量对象夹套q2流量检测及变送器ft1+图2.4 双闭环比值控制方块流程图2.2 控制系统的控制要求2.2.1 单闭环控制要求给定流量范围为0400l/h，流量从200l/h稳态向300l/h稳态过渡的调节时间不超过100s，超调量不超过5%，稳态误差不超过5%.2.2.2 双闭环比值控制主回路（图2.4中fc1调节的回路）要求如单闭环控制要求，副回路（fc2调节的回路）的比值k可在流量范围内实现0.51.5的比例控制，具体情况分为主回路q1稳定，改变比值k：副回路的调节时间不超过100s，超调量不超过5%，稳态误差不超过5%比值k确定，主回路q1随给定qs改变：在q1稳定在给定qs后，副回路调节时间不超过50s，超调量不超过5%，稳态误差不超过5%2.3 系统的实验调试2.3.1单闭环流量控制在实验面板上接好线，确认无误后打开实验机柜电源和水泵开关；将智能调节器fc1设置为单路输入内给定、人工模糊自整定pid调节方式；调节pid参数：积分分离值为0，先使积分时间ti为一较大值，微分时间td为0；调节比例带p，使流量q1能稳定到给定值附近，且过渡时间不太大、超调量满足工艺要求；再调节积分时间ti，使流量q1的稳态误差减小以满足工艺要求。若此时过渡时间也能达到工艺要求，则可以不要微分作用，若不能满足则慢慢增加微分时间td，使调节时间减小以满足工艺要求。说明：在调节比例带p使流量能稳定到给定值附近后，主要需解决的是减少稳态误差（减小ti）、减少超调量（增加比例带p或积分时间ti）和减少过渡时间（增加微分时间td或减小积分时间ti），p、ti、td这3个参数主要需调节的是p和ti，观察无纸记录仪的响应曲线，多试几组参数，使流量控制达到工艺要求。2.3.2双闭环比值控制在2.3.1中单闭环流量控制已满足工艺要求的前提下，将其做为主回路，不需再改动其参数。将调节器fc2设置为双路输入外给定、人工模糊自整定pid调节方式。将比值器设置为加法方式，比例系数a=0.5（0.51.5均可），b=0。q1稳定后，副回路的给定也就一定了。调节pid参数（调节方法如单闭环控制），给调节器fc2选择合适的pid值以满足工艺要求。特别说明：以上两个实验的调试问题在第七章详细讲述，此处只说明步骤。第三章 hpf脱硫工艺流程及控制要求3.1 控制系统工艺流程hpf法脱硫是国内新开发的技术,它是以氨为碱源液相催化氧化脱硫新工艺,采用的催化剂hpf是一种复合催化剂,它对脱硫和再生过程均有催化作用。所产废液完全可以回兑到炼焦煤中,从而大大简化了工艺流程。脱硫、脱氰效率较高,一般可达到塔后煤气含h2s100mg/m3，含hcn300mg/m3。hpf法脱硫的工艺流程是:鼓风机后的煤气进入预冷塔与塔顶喷洒的冷却水逆向接触,被冷却为30，冷却水从塔下部用泵抽出,送外冷器被低温水冷至28送回塔顶循环喷洒。采取部分剩余氨水更新循环冷却水,多余循环水返回机械化氨水澄清槽。预冷后的焦炉煤气经过两台并联的脱硫塔,从塔顶喷淋脱硫液以吸收煤气中的h2s、hcn(同时吸收氨,以补充脱硫脱氰过程中消耗的氨)。脱h2s后的煤气送入洗涤工段。两台并联的脱硫塔都有自己独立的再生系统，吸收了h2s、hcn的溶液从塔溜出，经液封槽进入各自独立的反应槽，再经溶液循环泵送入再生塔。同时由空气压缩机送来的压缩空气鼓入再生塔底部,溶液在塔内即得到再生。再生后溶液经液位调节器返回各自对应的脱硫塔循环使用。浮于再生塔顶的硫泡沫利用位差流入泡沫槽,硫泡沫经泡沫泵送入戈尔膜过滤器分离,清液流入反应槽,硫膏经压缩空气压榨成硫饼装袋外销。为避免脱硫液盐类积累影响脱硫效果,排出少量废液送往配煤。脱硫工艺的流程如图3.1所示。图中l表示液位；p表示压力；t表示温度；f表示流量；i表示指示；c表示控制；v表示阀门；q表示累计。图3.1 hpf脱硫工艺流程流程图3.2 设计内容及要求1).循环上水的流量范围在8001000m3/h，精度要求为5%。2).抽水高度（即预冷塔高度）约20m。第四章 总体设计方案4.1 设计思想 设计的关键在于循环水的抽送、流量的检测和控制，分别可以通过选择合适的工业水泵、流量计、无纸记录仪和流量积分演算智能调节器、电动调节阀完成相关功能。另外，假设氨水与循环上水的流量比值有固定要求，可增加比值器实现流量比值控制。设循环上水的流量为主控量q1，氨水的流量给定则为q2s=q1*k，二者的配比为氨水：循环上水=k：1，则可用实验中的流量比值控制系统实现该控制环节。4.2 总体设计流程图循环上水给定量q1s偏差q1i调节器fc1调节阀vl1循环上水流量检测及变送器ft1反馈q1f-+q1比值器k-调节器fc2调节阀vl2氨 水q2流量检测及变送器ft1+图4.1 双闭环比值控制方块流程图4.3 硬件设计概要 硬件设计主要是智能调节器的设计，可采用单片机做实时监控芯片，结合外围电路实现流量信号的变换、采集、pid运算与控制输出等功能。为了能实时调整pid参数，需增加键盘扫描电路；为了显示pid参数和流量的大小，需增加显示模块。4.4 硬件选型4.4.1 智能调节器的自行设计i/v转换可用op07构成的比例放大器实现。由于adc0809的转换速度只有几十微妙，相对流量的变化时间很小，可以不要保持器。而adc0809与dac0832都是八位的转换器件，理论上的控制精度可达到1/255*100%=0.4%，足以满足流量控制的精度要求。v/i转换可用rcv420转换器。单片机选择stc89c52一是cmos工艺的单片机功耗较低；二是价格便宜；再者内部程序存储器有8kb的flash rom，能满足绝大部分工控过程实时监控程序的烧写需求。显示部分用lcd，采用长沙太阳人电子的smc1602a字符型液晶显示器。键盘扫描可用8279加4*4矩阵键盘以中断方式实现。4.4.2 智能调节器选型4.4.1的部分可以用虹润的hr-wp-xls80智能调节器代替，其参数如下输入信号：模 拟 量 热电偶：b、e、j、k、s、t、wre3-25、f2 电阻：pt100、pt100.1、cu50、cu100、ba1、ba2 电流 010ma、420ma、020ma，输入阻抗250 电压 05v、15v 波 形 矩形、正弦或三角波幅度 光电隔离，大于4v（或根据用户要求任定） 频 率 010khz（或根据用户要求任定）输出信号：模拟量输出dc 010ma（负载电阻750） dc 420ma（负载电阻500） dc 05v（负载电阻250k） dc 15v（负载电阻250k）报警输出 继电器控制输出继电器on/off带回差。ac220v/3a，dc24v/6a（阻性负载）通讯输出 光电隔离，rs-485/rs-232c接口，波特率12009600bps可设置， 采用标准modbus rtu通信协议馈电输出 dc241v，负载电流30ma精度： 测量显示精度 0.5%fs或0.2%fs频率转换精度 1脉冲（lms）一般优于0.2%显示方式： 099999瞬时流量测量值显示099999999999累积值显示-1999999999温度补偿测量值显示-1999999999压力补偿测量值显示-1999999999流量（差压、频率）测量值显示高亮度led（数码管）测量显示发光二极管工作状态显示设定方式： 面板轻触式按键数字设定参数设定值断电后永久保存参数设定值密码锁定保护方式： 断电后流量累积值时间保持大于两年，设定参数永久性保持 电源欠压自动复位工作异常自动复位（watch dog）使用环境： 环境温度 050相对湿度 85%rh 避免强腐蚀性气体工作电源： 常规型 ac220v%（50hz2hz，线性电源） 特殊型 ac90v265v开关电源 dc24v2v开关电源功 耗： 6w（ac220v线性电源供电） 6w（ac90265v开关电源供电） 6w（dc24v电源供电）重 量： 500g(ac220v供电) 300g(开关电源)除智能调节器以外的硬件选择如下：4.4.3电动调节阀选型采用湖南力升信息设备有限公司的lsdz-50电动调节机构，技术指标如下出轴力矩(n.m)：50动作范围：0360动作时间（s）:20驱动电机（w）:10控制电路选项:4-20ma输入位置输出：4-20ma直流动力电源：220vac 50hz精度：定位精度：0.5%，位置反馈精度：0.5%环境温度：-25+55重量：2kg4.4.4流量计选型采用北京尺度方圆传感器有限公司的lwgy-250a05s，技术指标如下精度： 0.5%r口径： 250mm, 标准量程1201200m3/h重复性： 0.05%0.2%4.4.5比值器选型采用虹润的hr-wp-xqs80，技术指标如下特性显示方式：以双排四位led显示第一路测量值（pv1）和第二路测量值（pv2），以红色/绿色光柱进行两路测量值百分比的模拟显示。显示范围：-19999999字。测量精度：0.2%fs或0.5%fs；0.1%fs（需特殊订制）。分 辨 率：1字。报警方式：1-4个报警点控制（1al、2al、3al、4al）led指示。报警精度：