液位单闭环计算机监控系统设计与实现

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0 下载量 25 浏览量 更新于2024-07-01 收藏 40.84MB DOC 举报
本篇文档是关于《计算机控制技术》课程设计的报告,主题是液位单闭环计算机监控系统设计,属于机电与自动化学院自动化专业学生的一项实践性任务。该报告旨在让学生将所学的自动控制理论、计算机控制技术和过程控制系统等相关知识应用到实际操作中,通过高级过程控制实验台进行设计。 首先,设计任务包括了三个部分:流量单闭环计算机监控系统设计、液位单闭环计算机监控系统设计以及液位流量串级计算机监控系统设计。学生们需要针对液位控制部分,设计一个包含上位机、下位机和实际流量控制对象的系统。上位机部分,学生需使用组态王6.51工业组态软件创建用户友好的监控界面,实现如密码登录、实时数据显示、流程动态展示、趋势曲线和历史数据查询等功能。下位机则采用宇光AI系列现场智能调节器,并运用PID控制算法进行液位流量的闭环定值控制。 整个设计过程分为几个阶段:周一布置课程设计任务,学生需查阅相关文献如王锦标的《计算机控制系统》、高金源的《计算机控制系统》等,进行前期研究和方案构思;周二至周四则是实验台上的编程实践,实际编写代码以实现所需功能;最后在周五进行现场演示,展示设计成果,同时撰写详细的课程设计报告,总结整个设计过程和遇到的问题。 设计成果不仅要求学生掌握工业组态软件的运用,还锻炼了他们对PID控制算法的理解和应用,以及对自动化控制系统的全面理解。此外,整个设计过程中,学生的团队协作能力和问题解决能力也得到了提升。 这份报告对于学习计算机控制技术的学生来说,是一次实战演练,有助于他们理论知识与实际操作的结合,为未来在工业自动化领域的工作打下坚实基础。
2023-05-27 上传
液位计算机控制系统设计方案 1、 系统设计方案 1.1 系统设计方案比较 对于水位进行控制的方式有很多,而应用较多的主要有2种,一种是简单的机械式控制 装置控制,一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的实现如下: (1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等,这种控制形式的优点是结 构简单,成本低廉。存在问题是精度不高,不能进行数值显示,另外很容易引起误动作,且 只能单独控制,与计算机进行通信较难实现。 (2)复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把 出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A/D变换成数字信 号传送到单片机,经单片机运算和给定参量的比较,进行PID运算,得出调节参量;经由D/ A变换给调压/变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速,以达到 控制水位的目的。 本设计利用单片机设计一个水位控制系统,要求选择合适的水位,当设定完水位后, 系统根据水位情况控制电磁阀的开启和关断。 1.2 系统设计总框图 图2-1 系统总体框图 1.3 A/D转换模块设计方案 TLC1543美国TI司生产的多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口,具有输 入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点,可广泛应用于各种数据采集系统 。 TLC1543为20脚DIP装的CMOS 10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器,引脚排列如图1 所示。其中A0~A10(1~9 、11、12脚)为11 个模拟输入端,REF+(14脚,通常为VCC)和REF- (13脚,通常为地)为基准电压正负端,CS(15脚)为片选端,在CS端的一个下降沿变 化将复位部计数器并控制和使能ADDRESS、I/O CLOCK (18脚)和DATA OUT(16脚)。ADDRESS(17脚)为串行数据输入端,是一个1的串行地址用来选择下一个 即将被转换的模拟输入或测试电压。DATA OUT 为A/D换结束3态串行输出端,它与微处理器或外围的串行口通信,可对数据长度和格式 灵活编程。I/O CLOCK数据输入/输出提供同步时钟,系统时钟由片产生。芯片部有一个14通道多路选择 器,可选择11个模拟输入通道或3个部自测电压中的任意一个进行测试。片设有采样- 保持电路,在转换结束时,EOC(19脚)输出端变高表明转换完成。部转换器具有高速( 10µS转换时间),高精度(10分辨率,最大±1LSB不可调整误差)和低噪声的特点。 图1-1 引脚排列 1.3.1 TLC1543工作时序 TLC1543工作时序如图1- 2示,其工作过程分为两个周期:访问周期和采样周期。工作状态由CS使能或禁止,工作 时CS必须置低电平。CS为高电平时,I/O CLOCK、ADDRESS被禁止,同时DATA OUT为高阻状态。当CPU使CS变低时,TLC1543开始数据转换,I/O CLOCK、ADDRESS使能,DATA OUT脱离高阻状态。随后,CPU向ADDRESS提供4位通道地址,控制14个模拟通道选择器从 11个外部模拟输入和3个部自测电压中选通1 路送到采样保持电路。同时,I/O CLOCK输入时钟时序,CPU从DATA OUT 端接收前一次A/D转换结果。I/O CLOCK从CPU 接收10时钟长度的时钟序列。前4个时钟用4位地址从ADDRESS端装载地址寄存器,选择所 需的模拟通道,后6个时钟对模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4 个I/O CLOCK下降沿,而采样一直持续6个I/O CLOCK周期,并一直保持到第10个I/O CLOCK下降沿。转换过程中,CS的下降沿使DATA OUT引脚脱离高阻状态并起动一次I/O CLOCK工作过程。CS上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间使DATA OUT引脚返回到高阻状态,经过两个系统时钟周期后禁止I/O CLOCK和ADDRESS端。 图1-2 工作时序 1.3.2 软硬件设计要点 TLC1543三个控制输入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和一个数据输出端DATA OUT遵循串行外设接口SPI协议,要求微处理器具有SPI口。但大多数单片机均未置SPI口 (如目前国广泛采用的MCS51和PIC列单片机),需通过软件模拟SPI协议以便和TLC1543 接口。TLC 1543芯片的三个输入端和一个输出端与51 系列单片机的I/O口可直接连接。 软件设计中,应注意区分TLC1543的11个模拟输入通道和3个部测试电压地址(后3个 地址只用来测试你写的地址是不是正确的,真正使用时不用后三个地址)。附表为模拟 通道和部电压测试地址。程序软件编写应注意TLC1543通道地址必须为写入字节的高四位 ,而CPU读入的数据是芯片上次A/D转换完成的数据。系