智能电气阀门定位器的设计

论文摘要

阀门定位器作为气动调节阀的主要附件之一,可以改善调节阀特性、提高定位的精度和内设参数可选择增加了控制的灵活性。目前定位器研究的热点主要是智能电气阀门定位器,国外一些大公司：如西门子SIEMENS、费希尔—罗斯蒙特Fisher-Rosemount等已相继推出智能阀位定位器产品。国内在这方面起步较晚。国内目前普遍使用的阀门定位器采用的是机械式力平衡原理,存在一些问题,而由国外进口的智能型定位器价格昂贵。因此研究设计智能电气阀门定位器是十分必要的。本文通过分析定位器的原理,明确当前工业过程控制对阀门定位器的基本要求,同时结合国内、外典型智能阀门定位器产品结构与功能,研究开发了一种基于32位的ARM7系列中的LPC2290微处理器的新型智能电气阀门定位器。本论文主要完成了以下几方面研究工作：1.在分析国内、外智能阀门定位器产品结构的基础上,明确定位器硬件设计要求,完成了以微处理器LPC2290为核心的定位器硬件电路设计,其中包括微处理器硬件资源分配、电源电路、电流信号检测电路、阀位检测电路、AD转换电路、压电阀驱动电路、按键与显示电路的设计。同时完成了对各个硬件电路的调试与驱动程序的编写。2.在分析国内、外智能阀门定位器产品功能的基础上,明确本文的功能需求,针对需完成的功能编写定位器软件程序。其中包括定位器人机界面监控程序、初始化程序及控制算法的编写。3.分析被控对象空载下的特性,针对被控对象特性提出相应的控制算法,通过闭环实验验证本文提出的控制算法阀位控制效果良好,并与国内的乐清市自动化仪表九厂生产的SEPP4000智能阀门定位器的阀位控制效果进行比较,实验结果表明,本文提出的阀位控制算法效果更佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 阀门定位器的发展
• 1.3 本课题的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第2章 阀门定位器工作原理及总体设计
• 2.1 阀门定位器工作原理
• 2.2 智能阀门定位器产品需求分析
• 2.2.1 国外定位器产品结构分析
• 2.2.2 国内定位器产品结构分析
• 2.2.3 阀门定位器系统结构
• 2.2.4 国外阀门定位器产品功能分析
• 2.2.5 国内阀门定位器产品功能分析
• 2.3 智能阀门定位器总体设计
• 2.3.1 定位器硬件总体方案
• 2.3.2 定位器软件总体方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 阀门定位器硬件电路及其驱动程序设计
• 3.1 主控制器选择及硬件资源分配
• 3.1.1 主控制器的选择
• 3.1.2 主控制器硬件资源分配
• 3.2 电源模块
• 3.2.1 24VDC转5VDC电源电路设计
• 3.2.2 5VDC转3.3VDC电源电路设计
• 3.2.3 24VDC转±15VDC电源电路设计
• 3.3 电流信号检测模块
• 3.4 A/D转换模块及驱动程序设计
• 3.4.1 A/D转换模块电路设计
• 3.4.2 A/D转换器驱动程序设计
• 3.5 阀位检测模块
• 3.5.1 阀位传感器
• 3.5.2 阀位检测电路设计
• 3.6 压电阀驱动电路及程序设计
• 3.6.1 压电阀工作原理
• 3.6.2 压电阀所需电压测试
• 3.6.3 压电阀驱动电路设计
• 3.6.4 压电阀驱动程序设计
• 3.6.5 压电阀驱动电路测试
• 3.7 人机交互模块
• 3.7.1 按键电路
• 3.7.2 液晶显示电路
• 3.8 PCB制版设计
• 3.9 定位器控制板实物图
• 3.10 本章小结
• 第4章 阀门定位器软件设计
• 4.1 开发环境简介
• 4.2 定位器任务划分与优先级安排
• 4.2.1 定位器系统任务划分
• 4.2.2 定位器系统任务优先级安排
• 4.3 定位器各个程序模块设计
• 4.3.1 系统功能分析与页面结构设计
• 4.3.2 按键监控任务设计
• 4.3.3 初始化任务设计
• 4.3.4 自动/手动控制任务设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验与调试
• 5.1 实验平台简介
• 5.2 开环实验
• 5.3 闭环实验
• 5.3.1 SEPP4000智能阀门定位器控制效果
• 5.3.2 本课题定位器控制效果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1——AD驱动程序
• 附录2——压电阀驱动程序
• 附录3——泄漏量补偿子程序
• 附录4——低位置最小进气量检测子程序
• 附录5——阀位控制算法子程序
• 攻读学位期间的研究成果