單片機(jī)流量控制系統(tǒng)畢業(yè)論文.doc

第一章緒論11本課題的來源及研究對象石油化工是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其所實(shí)現(xiàn)的利潤約占全國國有及國有控股企業(yè)總利潤的1/4左右。油井產(chǎn)量的計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要工作，對油井產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的計(jì)量，對掌握油藏狀況，制定生產(chǎn)方案，具有重要的指導(dǎo)意義。目前國內(nèi)各油田采用的油井產(chǎn)量計(jì)量方法主要有玻璃管量油孔板測氣、翻斗量油孔板測氣、兩相分離密度法和三相分離計(jì)量方法等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，油田越來越需要功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的油井計(jì)量設(shè)備以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和油田的管理水平。除此以外,為了使高粘度的石油得到開采，就得在開采過程中直接加入降粘劑，如果加少了，石油抽不上來，加多了又造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，由此引出了這個(gè)恒流量的控制系統(tǒng)。綜上所述，無論是在石油的開采過程中注入降粘劑，還是在石油的計(jì)量及運(yùn)輸過程中，對于流量都要求一定的精確計(jì)量和控制。因此，本課題就是針對這一具體實(shí)際要求，通過對當(dāng)前一些相關(guān)領(lǐng)域的分析和研究，設(shè)計(jì)出了一種基于AT89C51單片機(jī)的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的研究對象就是液體如石油、水等的流量，通過對流量的檢測，完成對流量的控制。流量有瞬時(shí)流量和累積流量兩種單位。瞬時(shí)流量指單位時(shí)間內(nèi)通過管道橫截面的流體的數(shù)量；累積流量指一段時(shí)間內(nèi)的總流量。瞬時(shí)流量可以用體積流量、質(zhì)量流量和重量流量三種方法來表示，而前兩種表示方法最為常用。除了上述瞬時(shí)流量之外，生產(chǎn)過程中有時(shí)還需要測量某段時(shí)間之內(nèi)流體通過的累積總量，稱為累積流量，也常被稱為總流量。質(zhì)量總量以M表示，體積流量以Qv表示。流量是重要的過程參數(shù)之一。流量是衡量設(shè)備的效率和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)；流量是生產(chǎn)操作和控制的依據(jù)，流量的測量與控制是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的一項(xiàng)重要任務(wù)。12研究目的、意義及研究內(nèi)容（1）研究內(nèi)容：本課題的主要研究內(nèi)容是對流量進(jìn)行檢測，主要由流量傳感器采集流量信息，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬信號離散化后傳給單片機(jī)，單片機(jī)在軟件系統(tǒng)的控制下，根據(jù)預(yù)先的設(shè)置和預(yù)期的控制要求,通過步進(jìn)電機(jī)來精確控制閥門的開度,實(shí)現(xiàn)對流量的精確控制。其中，硬件電路的搭接是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是本課題的核心。硬件電路部分，采用AT89C51單片機(jī)，外擴(kuò)EPROM存儲(chǔ)器，構(gòu)成單片機(jī)控制系統(tǒng)的主體部分。通過電磁流量傳感器，AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸入，通過控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥門來控制輸出。一些其他的功能，如設(shè)定值輸入，數(shù)碼管顯示則通過擴(kuò)展I/O接口芯片8155來完成相應(yīng)的功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，分別對撥碼盤設(shè)定值輸入，步進(jìn)電機(jī)控制，AD轉(zhuǎn)換控制，數(shù)碼管顯示等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)了主程序和流量控制PID程序。（2）研究目的及意義：由于石油是重要的能源，無論上從節(jié)約能源的角度，還是從經(jīng)濟(jì)性角度來看,對于流量的精確控制都是十分必要的，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也是十分明顯的。在自來水的監(jiān)測與流量控制中，應(yīng)用高精度的流量計(jì)量與控制儀表也是必須的，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是十分巨大且顯而易見的。開展石油化工過程流程模擬、先進(jìn)控制與過程優(yōu)化技術(shù)的研究與應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，是當(dāng)前國內(nèi)外石油化工界廣泛關(guān)注的一個(gè)話題。自動(dòng)化技術(shù)可以提高計(jì)量準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)可靠性和及時(shí)性，為優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行、核算經(jīng)濟(jì)效益、強(qiáng)化生產(chǎn)調(diào)度和有效監(jiān)控生產(chǎn)過程，進(jìn)一步降低泵站工業(yè)噪聲污染，改善職工工作條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，避免職業(yè)傷害，延長設(shè)備使用壽命以及企業(yè)節(jié)能降耗工作起到積極作用。13流量計(jì)概述在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，流量是重要的過程參數(shù)之一。流量是衡量設(shè)備的效率和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)；流量是生產(chǎn)操作和控制的依據(jù)，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)工業(yè)生產(chǎn)中，常用測量和控制流量來確定物料的配比與耗量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和最優(yōu)控制。同時(shí)為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，也必須知道如一個(gè)班組流過的介質(zhì)總量。所以，流量的測量與控制是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的一項(xiàng)重要任務(wù)。所謂流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的物料數(shù)量，即瞬時(shí)流量。131流量計(jì)的分類在流體工業(yè)中有大量的物料（流體）需要通過管道來傳送，如石油生產(chǎn)企業(yè)中的石油傳輸和控制、污水處理企業(yè)中的污水傳送和檢測、化工企業(yè)中各種氣體的傳輸和控制。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，控制污氣污水的排放以保護(hù)環(huán)境，對管道中流體的測量和控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化就成為生產(chǎn)過程中必不可少的一項(xiàng)任務(wù)。工業(yè)上常用的流量計(jì)種類很多，如按照其測量原理來分類，大致有四類：差壓式流量計(jì)，速度式流量計(jì)，容積式流量計(jì)及其它類型流量計(jì)如基于電磁感應(yīng)原理的電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等。差壓式流量計(jì)主要利用管內(nèi)流體通過節(jié)流裝置時(shí)，其流量與節(jié)流裝置前后的壓差有一定的關(guān)系，只要設(shè)法測出這一壓差值，就可求得流量之犬小。屬于這一類流量計(jì)的有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置及轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。節(jié)流裝置的發(fā)展較早，技術(shù)成熟而較完善，又因?yàn)閼?yīng)用廣泛，國際和國內(nèi)都有這方面的標(biāo)準(zhǔn)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)又名浮子流量計(jì)，它是工業(yè)上最常用的一種流量儀表，它具有壓力損失小，可以用來測量液體或氣體的流量，而且適宜在200mm的小管徑上測量。但轉(zhuǎn)子流量計(jì)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)決定了它只能安裝在垂直流動(dòng)的錐形管子上使用，而流體介質(zhì)的流向應(yīng)該是自下而上的。速度式流量計(jì)主要利用管內(nèi)流體的速度來推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)速和流體的瞬時(shí)流量成正比，一段時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)與該時(shí)間段的累積總流量成正比。屬于這類流量計(jì)的有葉輪式水表和渦淪流量計(jì)等。家用自來水表就是典型的葉輪式流量計(jì)，葉輪式自來水表比較簡單價(jià)廉，但精確度不高。渦淪流量計(jì)的基本原理是渦輪在流體流動(dòng)的作用力推動(dòng)之下不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，也就是訊號的頻率數(shù)，它基本上與流體介質(zhì)的體積流量值成正比，測量這一頻率數(shù)就可確定流體的瞬時(shí)流量和累積流量值。渦輪流量計(jì)具有較高的精度，但由于它具有軸承部分，所以影響了儀表的使用范圍和壽命，同時(shí)還必須嚴(yán)格要求流體純凈。容積式流量計(jì)主要利用流體連續(xù)通過一定容積之后進(jìn)行流量累計(jì)的原理。屬于這類流量計(jì)有橢圓齒輪流量計(jì)和腰輪（羅茨）流量計(jì)等。橢圓齒輪流量計(jì)和腰輪流量計(jì)原理相近，通過測量腰輪或齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)就可知道累計(jì)總?cè)莘e，這種儀表精確度較高，但只適應(yīng)小流量的測量。其它類型的流量計(jì)有電磁式流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等。電磁式流量計(jì)利用導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)主感應(yīng)電動(dòng)勢，其方向又右手定則確定，其大小有磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L、導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度V三者的乘積決定，這就是法拉第定律。根據(jù)此原理可以測導(dǎo)電流體的流量。但是由于感應(yīng)電勢很小，一般為毫伏數(shù)量級，故對抗干擾要求很高，且流體必須具有導(dǎo)電性。對于大管徑流量方面，電磁式流量計(jì)較前面所述的流量計(jì)具有較大優(yōu)勢，它可以制成直徑3M的流量計(jì)。超聲波流量計(jì)是一種較新的測量方法，它利用超聲波在流體中的傳播速度與流體流動(dòng)速度有關(guān)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)流量測量。這種方法也不會(huì)造成壓力損失，并且適合于大管徑、非導(dǎo)電性、強(qiáng)腐蝕性的液體或氣體流量的測量。分析比較以上幾種流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，前三種中雖然有的測量精度較高，但是都有一定的壓力損失，因?yàn)檫@些方法對流動(dòng)或多或少有些阻力，而且只適用于小管徑的流量測量；而電磁式和超聲式流量計(jì)則可維持管道暢通無阻，或者說壓力損失微不足道，而且對于大管徑流量測量具有絕對的優(yōu)勢；從電磁式和超聲式來比較，超聲式對于大管徑的流量測量更具有優(yōu)勢，且抗干擾能力比電磁式要強(qiáng)。132電磁流量計(jì)簡介一、概述電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律研制成功的一種流量計(jì)，重要用于測量導(dǎo)電液體體積流量。20世紀(jì)30年代便有了比較系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的理論，20世紀(jì)50年代開始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)70、80年代電磁流量計(jì)技術(shù)有了突破性的發(fā)展，成為使用廣泛的一類儀表，應(yīng)用領(lǐng)域涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，可測介質(zhì)范圍也從電導(dǎo)率很低的蒸餾水到電導(dǎo)率很高的液態(tài)金屬，并有成熟的耐高溫高壓及高腐蝕性的設(shè)計(jì)方法。電磁流量計(jì)已基本實(shí)現(xiàn)小型化、智能化、一體化，并已有0.2級精度的商品化電磁流量計(jì)出現(xiàn)。電磁流量計(jì)采用的原理與常見的差壓式流量計(jì)不同，后者需要在管道中設(shè)置一定的檢測元件，因此也易造成堵塞，且會(huì)帶來一定的壓力損失。而電磁流量計(jì)以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，通過安裝在管道兩側(cè)的磁鐵，以流動(dòng)的液體當(dāng)作切割磁力線的導(dǎo)體，由產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢測知管道內(nèi)液體的流速和流量。由電磁流量計(jì)的測量過程，不難看出它有以下主要優(yōu)點(diǎn)：1）屬于非接觸性儀表，測量管段是光滑直管，管內(nèi)沒有任何阻礙流體流動(dòng)的節(jié)流元件，不會(huì)引起額外的壓力損失，節(jié)能效果好，可用于測量各種粘度的液體，特別適于測量含固體顆粒的液固混合流，如紙漿、泥漿、污水等。此外除電