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微处理器在饱和蒸汽流量计量和控制中的应用

时间:2018/04/14来源:未知

一、引言由于节流装置使用历史长,对于标准节流装置已具有一整套完整的实验数据及有关国家标准(GB2624一81)。因而按标准设计的节流装置无需单独标定,因此节流装置在国内被广泛采用。然而,要用节流装置来构成一个完整的、特别是要构成一个带密度补偿的流量测量和控制系统(如选用DDZ-l型电动单元组合仪表),尚需配备变送、运算、显示、累计、调节等一系列仪表(图一)。使用仪表越多,综合精度就越差、仪表投资就越大,维修工作就越麻烦。且在很多情况下,往往需要测量多路流量,上述间题就更突出。为此我们利用微处理器的特点,设计了三路蒸汽流量显示控制仪,将检测与控制合为一体,它的基本功能是:
图 一 带压 力 补 偿 的 单路 饱 和 蒸 汽流量检 测 和控 制框 图

图一带压力补偿的单路饱和蒸汽流量检测和控制框图
(1)巡检三路带压力补偿的饱和水蒸汽流量;
(2)具有IPD调节器的功能,调节参数可由键盘实时给定;
(3)模拟输入、输出信号与DDZ一!型仪表一致,
(4)8位数码显示,其中最高2位显示内容标志,其余6位显示数值。可显示各路瞬时流量、累计流量、各路压力,时钟及调节器的各个参数。显示内容可由键盘实时选择。
(5)各路累计流量及时间每小时定时打印一次。

二、算式:
(1)流量算式:蒸汽流量用标准节流装置测量时,计算式为:M=Aa。·d老亿△’Pp式中,M—质量流量;A—常系数,。光管流量系数;Y:.—粗糙度修正系数;d,—工作温度下节流件开孔直径,△p—节流件前后差压,p—介质密度。在工况变动时,a、d:、p均随介质的流量、压力而变动,但其中以p最为显著。在一般情况下,除p以外的其它参数看作常数是允许的。也就是说,在一定条件下,系统测量精度主要取决于p的变化,因而必须对p进行修正。
 对饱和水蒸汽而言,蒸汽的密度p与压力p有单值的函数关系,因而可用压力测量来代替密度测量。由于压力与密度呈非线性关系,所以前人通常以离散数据的形式给出p、p之间的关系,若将其拟合成精确的数学模型,即使用计算机来求解也过于复杂,若用一直线近似,又不免要牺牲精度。我们利用软件的特点,采用查表与计算相结合的办法来求解p=f(p)的函数关系,若改用硬件电路来实现,相当于用20条折线来逼近原函数。综上所述,按下面两式来编制计算流量的程序:
计算公式
将上式改写成增量式差分方程作为编制程序的依据。为了改善调节特性,当偏差信号大于某预置值时,积分项不参加运算,此时无积分作用,尤如PD调节,当偏差回复到预定值后,积分作用自动加入,直至消除偏差为止。在程序中还考虑了抗积分饱和问题及自动/手动切换时防止扰动产生等问题。差分方程的推导:为了在机内实现PID算式,需将传递函数转换为差分方程:
计算公式
计算公式
计算公式

三、硬件结构:
(1)来自变送器的0一10mA电流信号,先经低通滤波,再经I/V转换电路转换成。~SV的电压信号,送至A/D转换芯片。
(2)模数转换选用美国NC公司的ADC一0809芯片,它可接受8路模拟信号。由程序定时启动转换,CPU等待其转换结束后,将转换结果读入内存。
(3)数模转换选用DAC一0832型芯片。CFU定时将PID的运算结果送至DAC-0832,转换结果再经VI/电路转换成。一10mA,作为控制输出。
(4)数码显示采用中断扫描技术以节省硬件开销。业可防止显示器的闪烁现象。
(5)键盘经280一PIO接口芯片与280一CPU实现通讯,PIO设置成位控,开中断工作方式,只要有键按下即可向CPU申请中断。
(6)打印机选用TP801P微型打印机,对其原有打印控制程序进行了改造,以满足该仪表的要求
图 二 硬 件 结 构 框 图图三 面 板 布置 图

四、程序设计:
(1)主程序包括(参见图四)
图 四 主 程 序 框 图

自检程序:该程序块用于检查外设及调试仪表的零点及满度。b.取数及滤波程序:该程序块用于数据的予处理,它将A/D的转换结果送入五中取三的滤波程序。
蒸汽压力表

(2)与采用单元组合仪表相比,可提高计量精度及可靠性。
(3)该仪表使用方便,能代替几套常规仪表,仪表投资费用可降低到始左右。
(4)除可作为显示、计量仪使用外,还同时可作调节器使用。在模拟对象上的调节过渡过程曲线示于图五。
图 五 过 波 述程 曲 线

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