过程控制仪表课程设计
题目：气罐压力控制系统
姓名：于留洋刘庆辉
班级：生产过程自动化1001
学号：0402100124 0402100132 指导老师：梁硕
2012-11-22
气罐压力控制系统设计
一，系统概述
气罐是工厂重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。为此，气罐生产过程的各个主要参数都必须严格控制。气罐设备是一个复杂的控制对象，主要输出变量是负荷、气罐给水、燃料量、减温水、送风和引风量。主要输出变量包括气泡水位过热蒸汽温度及压力等。
气罐压力控制系统采用PID控制算法。PID调节器的输出量变换成控制量用以控制执行器，近而对气罐压力进行控制。内置PID调节器对气罐压力给定值和气罐压力实际值的差值信号进行PID调节。其输出信号即是调节器的输入信号。当气罐压力的实际值小于气罐压力设定值时，内置PID调节器的输入信号为正值，PID调节器的输出信号增大，使执行器对管道加压，直至管道压力调节到与设定值相同，达到动态稳定。当气罐压力的实际值大于气罐压力设定值时，内置PID调节器的输入信号为负值，PID调节器的输出信号减小，使执行器对管道减压，直至管道压力调节到与设定值相同，达到动态稳定。
控制系统一般由以下几部分组成：
图1 自动控制系统简易图
蒸汽压力控制系统是以蒸汽管道或容器中的压力作为被控制量的反馈控制系统。在许多生产过程中，保持恒定的压力或一定的真空度常是正常生产的必要条件。很多化学反应需要在恒压下进行，为保持流量不变也常需要控制主压力源的压力恒定。很多的工业控制系统中都需要恒定的蒸汽压力来进行控制，蒸汽压力控制系统能够很好的达成这些控制要求。
图2 系统电气结构图
本设计的原理图如图2所示，压力传感器测量被控压力，并转换成便于利用的信号形式，如电压、电流、位移、转角等。比较装置将反映压力大小的信号与给定压力值比较，产生偏差信号。偏差信号通过压力控制器作用到压力调节机构上，按照消除偏差
的方向来改变被测点的压力，将其调节到给定的希望值。比较复杂的系统常采用改变泵的速度或降低泵的效率的办法来调节压力。在简单的压力控制系统中则多用节流阀调节压力。
二仪表的选择
控制仪表是自动控制被变量的仪表有各种不同的相互关联的控制仪表构成的控制系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。为了实现自动控制除自动装置本身外，控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件，以及执行自动装置控制指令的执行器等。
1 7BN1562压力变送器
变送器在自动检测和控制系统中的作用是对各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量进行检测，以供显示、记录或控制之用。无论是由模拟构成的系统，还是由计算机装置构成的系统，变送器都是不可缺少的，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。
产品介绍：
测量元件带有薄膜电阻桥，工作压力通过陶瓷膜片传送过来。测量元件的输出电压由前置放大器转化为输出电流或电压
表17BN1562压力变送器主要参数
测量原理薄膜应变片
测量变量表压
测量范围0-16bar g
输出电流信号4-20 mA
测量误差0.5%满高刻度值-典型
响应时间T 〈0.1s
刻度起始值0.3%满刻度值/年-典型
量程0.3满刻度值/年-典型刻度起始值0.3%/年-典型
图3 7BN1562压力变送器接线图
2 HR-WP-X TD/D415调节器
调节器在自动控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律
进行运算，运算结果为控制信号输送至执行器，常用的有DDZ-Ⅱ型调节器，DDZ-Ⅲ型调节器和DDZ-Ⅲ型调节器和可编程调节器。
产品介绍：
HR-WP系列模糊PID自整定调节器/温控器（外给定）其主要特点：模糊PID自整定调节控制仪采用了人工智能模糊控制；提高了采样速度（250ms）、运算精度、控制精度（一般优于0.2%FS）；在外给定基础上采用微分优先的控制方式有效的抑制了对象的扰动问题；可自动跟随外部给定值进行控制输出（模拟量控制输出或继电器控制输出）；可实现自动/手动无扰动切换，手动切换至自动时采用逼近算法，并带切换限幅功能以实现手动/自动的平稳切换；可同时两路输入并显示测量信号及外给定信号；可分别带有一路模拟量控制输出或开关量控制输出—继电器及一路模拟量变送输出，适用于各种测量控制场合；可带串行输入/输出的设备进行双向通信，组成网络控制系统，采用标准MODBUS RTU通信协议；采用双LED数码（可同时显示测量值、外给定值或输出量）双光柱（可同时显示测量值、外给定值或输出量），光柱显示使显示更为清晰直观。
产品参数：
图4 HR-WP-X TD/D415调节器引角图
3 DFC-Ⅲ型伺服放大器
伺服放大器是自动控制系统中的一个重要组成单元，和电动执行机构配套，组成比例式电动控制机构，可广泛用于电力、冶金、化工、轻工等工业部门的自动控制系统中。它可与ＤＤＺ－Ｓ系列电动执行机构配套，也可作为一个通用单元，应用在其它类型的电动执行机构上。
与其它类型的伺服放大器比较，有如下特点：
1.电路采用智能控制系统对输入电流与反馈电流进行采样、比
较，依据它们的差值大小对电机进行正反转控制。
2.系统对死区和精度进行自动调节，使控制品质最优。
3.也可手动调节死区大小以适应现场实际要求。
4.具有输入信号断路或小于一定值、位置反馈信号断路或小于一定值、反馈信号不跟随或反向变化大于一定值或固态继电器输出短路时，系统自动保护防止执行机构动作错误的功能以及开路报警、断电抱闸等功能。
主要技术指标
1．输入信号：４～２０ｍＡ
2．阀位反馈输入信号：４～２０ｍＡ
3．输入通道：２个
4．输入阻抗：２５０Ω
5．输出功率：２２０ＶＡＣ５Ａ
6．最大误差： 2.5％
7．报警输出：无源接点１常开１常闭
8．工作电压：２２０ＶＡＣ５０Ｈｚ
9．工作条件：环境温度０～５０℃。相对湿度<８５％
图5 DFC-Ⅲ伺服放大器引角图
4 DFD-05型电动操作器
用途：
DFD-型电动操作器是工业过程测量和控制系统终端控制单元的辅助装置，可以完成电动执行机构手动，自动工作状态切换，远方操作和自动跟踪无扰动切换等功能。DFD-05型电动操作器安全可靠，安装、调试、操作、维修方便广泛应用于能源，冶金，化工，建材等行业，在工业过程测量和控制系统中发
重要作用。
DFD-05型电动操作器主要技术性能：
①电流指示：DFD-0500 4～20mA (Ⅲ)
DFD-05 0～10mA (Ⅱ)
②输出跟踪电压：DFD-0500 1～5VDC (Ⅲ)
DFD-05 0～10VDC (Ⅱ)
③反馈回路电阻：250Ω(Ⅲ) 1KΩ(Ⅱ)
④供电电源：220V 50HZ
⑤能对系统实现手动，自动无扰切换
⑥工作状态：输出电流 0～10mA (Ⅱ)
4～20mA (Ⅲ)
⑦工作环境： a.DFD系列电动操作器为控制室内使用的仪表
b.环境温度0～50℃
c.周围应无腐蚀性气体及导电尘气体及导电尘埃
d.应用场所应无剧烈震动和冲击
e.相对湿度：10%～70%
f.大气压力：86～106KPa
⑧外型尺寸：80×80×337(mm)
开口尺寸：75 ×75
⑨结构形式：面板安装式
图6 DFD-05型电动操作器引角图
5 DKJ-3100角行程电动执行机构
DKJ、ZKJ系列角行程电动执行机构是工业过程测量和控制系统的终端控制装置，它能够将系统的控制信号转换成输出轴的角位移控制阀门截流件的位置或其它调节机构，使被控介质按系统规定状态的工作。电动执行机构按控制方式分为比例和积分式。比例式执行机构由电动伺服放大器和积分式执行机构组成，它能够将系统的控制信号与关于输出轴位置的反馈信号加以比较（闭环控制）以改变输出轴的行程，使之与输出信号成比例关系。积分式执行机构由伺服电机、减速器及位置发送器组成，它能够与电动操作器配合对阀门或其它调节机构实现远方操作。使用电动执行机构的自动控制系统配用DFD系列电动操作器可以实现控制系统“自动”-“手动”工作状态的无扰动切换。电动执行机构安全可靠、安装、调试、操作、维修方便，广泛应用在能源、冶金、化工、建材等行业，在工业过程测量和控制系统中发挥重要作用。
DKJ-3100主要技术性能:
额定负载:250Nm
额定行程:90°
额定行程时间:25s
电压：220V
频率：50Hz ±1%
图7 DKJ-3100角行程电动执行机构图
三仪表配接图及说明
各仪表之间的总图见附录1，其配接说明如下：
7BN1562压力变送器有测量和变送压力的功能，输出4-20mA DC 电流信号，其中3、4号引脚接电源的正、负极，1、2号引脚分别接D451调节器的14、15号引脚。D415调节器1、2号引脚接AC220V电源，9、10号引脚分别接DFC-Ⅲ型伺服放大器的1号引角DFD-05操作器的4号引脚，3号脚接地，11、12号引脚分别接外给定电流信号的正、负两级，5、6号引脚接上限报警电路，7、8号引脚接下限报警电路。其引脚接线附图所示。
四仪表清单
表2 仪器清单
仪表名称仪表数量
7BN1562压力变送器 1
HR-WP-X TD/D415调节器 1
DKJ-310角行程电动执行器 1
DFD-05操作器 1
DFC-Ⅲ型伺服放大器 1
参考文献
[1] 金以慧. 过程控制. 北京清华大学出版社.1993
[2] 杨献勇. 热工过程自动控制. 北京清华大学出版
社.2000
[3] 吴秋峰. 自动化系统计算机网络. 北京机械工业出版社.2001
[4] 周泽魁. 控制仪表与计算机控制装置. 北京化学工业出版社.2002
[5] 叶江祺. 热工测量和控制仪表的安装. 北京中国电力出版社.1998
[6] 张宝芳. 自动检测技术及仪表控制系统. 北京化学工业出版社.2004
附图电气配接图
目录 一、前言 (4) （一）概述 (4) （二）发展前景 (4) （三）设计思想 (4) 二、液位控制系统分析 (5) （一）液位控制系统的工作原理 (5) （二）液位控制的实现方式 (5) 1、简单的机械式控制方式 (5) 2、复杂控制系统控制方式 (5) 3、方案选择 (6) 三、液位控制系统的设计 (6) （一）硬件设计 (6) 1、传感器的选用 (6) 2、放大器的选用 (7) 3、比较器的选用 (8) 4、三极管电子开关 (9) 5、继电器的选择 (10) 6、输出显示部分 (10) （二）调试过程 (10) 1、液位控制系统模型框图 (11) 2、调试 (11) 五、遇到的问题分析 (11) 六、总结 (12) 参考文献 (12)
液位控制系统设计 一、前言 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器。液位控制在多个领域都有使用，所以实现其自动化检测具有非常重要的意义。通过压力传感器实现液位控制系统，具有体积小，实际应用系统简单实用，成本低，效益好；具有较高的性能价格比；系统不易受到干扰，可靠性高等优势。 （一）概述 在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外，还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。在该液位控制系统的设计方案中，所使用的传感器为六角测压测重传感器，将水重量产生的压强转化为电压值输出，通过对电压大小的控制，从而实现传感器在液位控制中的功能。（二）发展前景 由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。 国外液位控制系统的发展已相当成熟，我们国内也在朝着这方面努力，而且好多企业与国际接轨，有了不菲的成绩。比如单片机控制的智能型液位控制系统的运用等等。总的来说，发展方向有： (1)高速化，高效化，低能耗。提高液位控制系统的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个控制系统的完善。 (3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液位控制系统的自动化和智能化提供了充分的条件。智能化不仅仅体现的在液位控制，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有与液面不接触的特点。 （三）设计思想 该课程设计是通过相关硬件组合调试实现对液位高度的控制，通过一系列的放大比较将模拟信号转化为数字化的信号，然后通过对数字信号的各种处理实现类比，将液位高度的变化通过数字信号的不同反映出来，显示结果，实现对液位高度的实时监控。 通过在水箱底部安装压电传感器，水箱水位高度发生变化时，引起水压强产生波动，然后传感器把水压转换成电压信号，经放大器放大后输送到电压比较器。经比较后的输出电压有高低两种电平，若为低电平则表明水位正常，高电平时启动接在后面的三极管电子开关，集电极继电器导通，电流流经发光二极管，从而实现水位的显示控制。
《精密机械设计基础课程设计》 设计说明书 设计题目： 设计人员： 班级： 指导教师： 河北工业大学测控系 2018-01-03
目录 1 设计任务 (3) 2 方案论证 (4) 2.2原理分析 (4) 2.3国内外典型仪表现状及发展趋势 (6) 3 参数选择 (6) 3.1弹簧管 (6) 3.2曲柄滑块机构 (7) 3.3齿轮传动参数的选择 (7) 3.4 标尺指针参数选择 (7) 3.5 游丝的选择 (7) 4 参数的计算 (7) 4.1 弹簧管有关参数的确定。 (8) 4.2 曲柄滑块机构参数的确定 (9) 4.4 游丝应力校核 (11) 4.5 游丝各系数最后确定 (13) 4.6 总体方案设计 (13) 5 标准化统计 (14) 6 所绘制零件结构参数设计说明 (14) 6.1 按仪表特性的要求确定零件尺寸 (14) 6.2按标准化规范确定零件尺寸 (14) 6.3由材料规格确定 (15) 6.4由空间结构确定 (15) 6.5类比 (15) 7 工作总结 (15) 8 公式来源 (17) 参考资料 (17)
1 设计任务 设计一用于测压力的弹簧管压力表，其要求如下：
2 方案论证 2.1 结构概述 弹簧管压力表是一种用来 测量气体压力的仪表。 压力表的组成： 灵敏部分（弹簧管） 传动放大部分（曲柄滑 块、齿轮机构） 示数部分（指针、刻度盘） 辅助部分（支承、轴、游丝） 2.1.1灵敏元件：将不便测量的物理量转换成易于直接比较的物理量，本设计将弹簧管作为灵敏元件，将不易于比较的压力转换为易于测量的位移． 2.1.2传动放大机构：本设计由曲柄滑块机构和齿轮传动机构组成．目的在于传递或放大位移，改变位移性质和得到等分刻度，并且应具有一定的补偿特性，同时仪表有较好的线性特性． 2.1.3示数装置：其作用是在接受传动放大机构的位移后，指示出待测量的数值．本设计采用指针指示标尺刻度． 2.2原理分析 作为灵敏元件的弹簧管可以把气体压力转变为管末端的位移，通过曲柄滑块机构将此位移转变为曲柄的转角，然后通过齿轮机构将曲柄转角放大，带动指针偏转，从而指示压力的大小。将转
湖南工业大学科技学院 机床电气控制技术 课程设计 资料袋 科技学院学院（系、部） 2011 ~ 2012 学年第二学期课程名称机床电气控制技术指导教师孙晓职称副教授 学生姓名周希专业班级机械设计班级 0901 学号 题目压力机液压系统的电气控制设计 成绩起止日期 2012 年月日～ 2012 年月日 目录清单
课程设计任务书 2011—2012学年第二学期 科技学院学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业机设0901 班级课程名称：机床电气控制技术 设计题目：压力机液压系统的电气控制设计 完成期限：自 2012 年月日至 2012 年月日共 1 周 指导教师（签字）： 2012年 6 月 17 日 系（教研室）主任（签字）： 2012年 6 月 17 日
机床电气控制技术 设计说明书 压力机液压系统的电气控制设计起止日期：2012 年月日至2012 年月日学生姓名周希 班级机设0901 学号0912110127 成绩 指导教师(签字) 湖南工业大学科技学院（部） 2012年月日
目录 一、课程设计的内容与要求 (1) 1.1课程设计对象简介 (1) 1.2压力机结构及工作要求 (1) 1.3液压系统工作原理及控制要求 (2) 1.4课程设计的任务 (4) 二、电气控制电路设计 (5) 2.1继电器-接触器电气控制电路的设计 (5) 2.2继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍 (5) 2.3选择电气元件 (9) 三、压力机的可编程控制器系统的设计 (10) 3.1可编程控制器控制系统设计的基本原则 (10) 3.2可编程控制器系统的设计 (10) 四、设计体会与总结 (15) 五、参考资料 (16)
储气罐检验重点 1、适用于介质为空气的储罐和其他无害介质的气体储罐的定期检验（不包括球形储罐）。 2、外部检查 2．1、检查设备铭牌上压力、介质、温度、外形尺寸、容积等是否与资料相符合。 2．2、检查外表面的漆色和腐蚀情况。 2．3、检查罐体、接管部位、焊缝处有无裂纹、过热、变形、泄漏以及机械损伤等缺陷存在。 2．4、检查基础、支座、支承及紧固螺栓的完好情况。 2．5、检查排放（排污、疏水）装置。 3、结构检查 3．1、检查封头的选型及筒体对接焊缝应符合有关规定要求，不等厚板对接是否按规定削薄。 3．2、检查主焊缝布置是否合理，是否采用全焊透型式。 3．3、检查开孔是否合适，补强效果是否满足要求。 3．4、检查支座（支承）是否选用合理。 3．5、检查接管、排污管的设置和质量。 4、几何尺寸检查 4．1、检查储罐外形尺寸（直径、长度）是否符合资料中的数据。 4．2、焊缝外观尺寸检查；焊缝宽度、余高、角焊缝的焊缝厚度和焊脚尺寸。 4．3、检查筒体椭圆度，棱角度及封头形状偏差。 4．4、立式储罐应检查其铅直度。 5、内表面缺陷检查 5．1、检验表面腐、冲刷情况、测量其深度、直径、长度及分布并标图记录。 5．2、以肉眼或5-10倍放大镜检查焊缝及近缝区是否存在裂纹或其他缺陷，并进行不小于20%的表面探伤检查。 5．3、发现表面裂纹，应按规定增加探伤比例和对其相应的外表进行检查，并根据具体情况确定是否应该进行焊缝内部缺陷检查（射线或超声探伤检查）。 5．4、应力集中部位、变形部位、介质冲刷部位、补焊部位和其他易产生裂纹部位，应重点检查是否存在表面裂纹。 6、壁厚测定 6．1、测厚部位一选择气体冲刷部位、储罐底部、封头减薄区、变形部位以及表面检查时发现的可疑部位。 6．2、每个部位最少测3点，如有怀疑应适当增加测点。（5点/㎡） 6．3、测厚点应标图记录，并标出坐标位置。 7、材质检查 7．1、材质应满足要求，对材质不明的可按Q235钢材料强度的下限值进行强度校核。当按Q235钢校核不能满足强度要求时，应查明材质。 7．2、可用硬度测定、化学分析、光谱分析或金相检查等方法来确定材质和判断是否劣化。 7．3、已进行过材料检查且已作出明确处理的，不再重复检查。 8、焊缝内部埋藏缺陷检查 8．1、表面检查发现裂纹处；错边量和棱角度严重超探处；使用中修理以及认为有必要检查的部位，一般应进行射线探伤检查。 8．2、若X射线探伤发现埋藏缺陷时，如果有必要，可用超声波探伤复验。 9、强度校核 9．1、对于结构不合理，且已发现严重缺陷；错边量和棱角度严重超标；大面积腐蚀以及强度计算资料不全或与实际情况不符的设备，均应进行强度校核。
《电阻应变片的压力传感器设计》 题目电阻应变片的压力传感器设计时间 201608 班级 2014级 姓名 序号 指导教师 教研室主任 系教学主任 2016年08月 前言
随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。 目录
石家庄科技信息职业学院毕业论文 题目：基于plc的压力过程控制系统设计 学号： 姓名： 专业班级： 指导教师： 完成日期：
基于plc的压力过程控制系统设计 摘要：自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。 同时，计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，广泛应用在化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域，在工业生产中发挥越来越显著的作用。 关键词：MCGS软件编程FX2N-4DA 模拟特殊模块plc
ABSTRACT :Since the 1960s, was launched in the USAprogrammable logic controller to replace traditional relay control device since, PLC obtained fast development, In the world can be widely used. Meanwhile, PLC function also continuously improved. Along with the computer technology, the signal processing technology, control technology network technology unceasing development and user demand unceasing enhancement, PLC in the switch quantity processing based on increased analogue processing and motion control etc. Function. Meanwhile, PLC function also continuously improved. Today's PLC no longer bureau be confined to logic control, motion control, process control etc also plays a very important role. At present, the PLC at home and abroad have been used widely steel, petroleum, chemical industry, electric power, building materials, machinery manufacturing, automotive, textile, transportation, environmental protection, and cultural entertainment industries. At the same time, computer monitoring system is to adopt the centralized monitoring, centralized control, centralized display, centralized management, the concentrated preservation system, shirt-sleeve relatively advanced automation technology, computer technology, communication technology, fault diagnosis technology and software technology, widely used in chemical industry, heating, machinery, water supply, water treatment etc, in the course of industrial production plays more and more important role. KEY WORDS：The MCGS software programming FX2N - 4DA simulation special modules plc
压电式传感器的应用 一：概述 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置，是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。 压电式传感器是典型的有源传感器。当压电材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电式传感器具有体积小，重量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力，机械冲击与振动的测量，以及声学，医学，力学，宇航，军事等方面都得到了非常广泛的应用。本文就压电传感器的工作原理和应用做相关介绍。 二：基本原理 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。是一种自发电式和机电转换式传感器，它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 三：应用原理 压电式传感器的应用原理就是利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电元件上时，传感器就有电荷输出。由于外力作用在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，故需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。 压电元件作为压电式传感器的核心，在受外力作用时，其受力和变形方式大
硬件课程设计实验报告 班级：计科13-1班 姓名：王国金 学号：08133210 指导教师:王凯 时间:2016年1月
我们经常要控制压力在某一范围内变化，是压力不超过某以上限值也不低于某一下限值。而压力控制系统在实际中也有较广泛的应用。 实例1：某大型化肥厂辅助锅炉生产10Mpa 的高压蒸汽。在正常情况下，高压蒸汽全部通过高压蒸汽透平，然后抽气得4Mpa 的中压蒸汽。中压蒸汽又分别通过空压机、原料压缩机、冰机等蒸汽透平，充分利用了整齐的能量。为了确保蒸汽透平整长运转，要求高压蒸汽压力不致过高（<10.2Mpa），要求低压蒸汽不致锅底（>3.8）但并不要求压力维持在某一值不变。 实例2：如果要控制水塔内的水在一定的范围内，当管线水压低于设定的下限时，控制补水泵开启，自动补水。当管线水位上升至上限时，控制补水泵停止工作 由此，我们想到，如何控制其压力大小，使其在一定的范围内按照我们的期望变化。对于在由风门控制的风道系统中，由人工来监测和控制风门附近的压力是一项很繁琐的工作，因为监测要求监测者进到再次行连续的不间断的循环工作。监测之后要进行判断，并在数据不符合要求的情况下进行循环控制，直监测时所得的数据符合要求为止。而且，在某些情况下人工控制是很难实现的，例如，当监测对象的压力很大的时候，或者是监测对象很难接近的时候。 为此，我们目前很需要开发一种简单的压力控制系统来替代人的工作。这样既可以节省人力资源，又可以使这项繁琐而又难实现的工作变得简单又轻松。真正实现我们所谓的监测和控制。
1 设计任务与要求---------------------------------------------------4 1.1选题报告------------------------------------------------------4 1.2提出问题------------------------------------------------------4 2 需求分析---------------------------------------------------------4 2.1设计思想------------------------------------------------------4 3硬件方案---------------------------------------------------------4 3.1设备器材------------------------------------------------------4 3.2硬件的选择以及芯片说明----------------------------------------7 3.3实验连线图----------------------------------------------------8 4软件方案---------------------------------------------------------8 4.1功能模块------------------------------------------------------8 4.2系统各模块程序流程图------------------------------------------9 5源程序清单和注释------------------------------------------------10 6运行结果--------------------------------------------------------18 7问题分析与解决方案----------------------------------------------19 7.1实验设计前的问题与解决方案-----------------------------------20 7.2实验过程中的问题与解决方案-----------------------------------20 8结论与体会------------------------------------------------------21 参考文献--------------------------------------------------------21
一、概述 1.1、相关背景和应用简介 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式，利用压电效应等。工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。例如，利用测量大气压力来间接测量海拔高度；在工业生产中通过压力参数来判断反应的过程；在气象预测中，测量压力来判断阴雨天气。因此，压力计的设计拥有广阔的市场前景。这种压力传感器能比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用。本课题就是在这样的背景下设计一个简单的数字压力计，使得测量得到的压力能够数码管显示。 1.2总体设计方案 本设计是通过以单片机为主的压力测量系统。压力的测量是通过把压力信号转换为电信号，再通过A/D （ADC0808）转化把电信号转换为数字量后，再由单片机（AT89C51）进行处理，最后把数字量显示在LED 显示屏上。原理图如图1-1所示 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 图1-1 压力计原理方框图 压力 传感器 LED 显示屏 单片机 A/D 转换 电信号测量
图2-1 数字压力计系统硬件设计框图 二、硬件电路的设计 2.1传感器的选型 力学传感器的种类繁多，但常用的压力传感器有电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器，光纤压力传感器等。应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 在选择合适的压力传感器过程中，了解介质的特点尤为重要。 介质的腐蚀性如何，导电性如何。根据介质的这些属性选用相应类型的传感器。 介质温度范围如何，一是介质的经常性的温度范围为多少，根据此信息选择补偿温度与其范围一致的传感器，二是介质的最高温度范围，根据此信息选择使用温度范围一致的传感器。 若以上两点如果选择不正确，极有可能损害传感器甚至引起事故。 设计仿真时由于PROTEUS 中没有传感器，因此用一个范围为75~150分压电路代替传感器的输出电流，使的仿真得以进行。（滑动变阻器） 2.2传感器接口电路设计 最小系统 复位电路 A/D 转换电路 测量电压输入 显示系统 A T89C51 P0 P1 P1 P2
闭环控制系统 许多实时嵌入式系统使作出控制决策。这些决策通常是由软件和基于硬件反馈的基础上由它控制（被称为机械）。这些反馈通常采用的是模拟传感器，可以通过一个A / D转换器读取他形式。例如：传感器可能代表位置，电压，温度或其他任何适当的参数。每样提供软件和附加信息基础控制决策。 闭环控制的基本知识 基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。 反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 一个闭环系统采用反馈来衡量实际的系统运行参数，如温度，压力，流量，液位，转速控制。这种反馈信号发送回的地方是较理想的系统设定点控制器。该控制器发一个误差信号，即启动纠正措施和驱动器输出设备所需的值。在直流电动机驱动上很容
液压系统设计计算举例 液压系统设计计算是液压传动课程设计的主要内容，包括明确设计要求进行工况分析、确定液压系统主要参数、拟定液压系统原理图、计算和选择液压件以及验算液压系统性能等。现以一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统为例，介绍液压系统的设计计算方法。 1 设计要求及工况分析 1.1设计要求 要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进 → 工进 → 快退 → 停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力F L =30468N ；运动部件所受重力G =9800N ；快进、快退速度υ1= υ3=0.1m/s ，工进速度υ2=0.88×10-3m/s ；快进行程L 1=100mm ，工进行程L 2=50mm ；往复运动的加速时间Δt =0.2s ；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数μs =0.2，动摩擦系数μd =0.1。液压系统执行元件选为液压缸。 1.2负载与运动分析 (1) 工作负载 工作负载即为切削阻力F L =30468N 。 (2) 摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力： 静摩擦阻力 N 196098002.0s fs =?==G F μ 动摩擦阻力 N 98098001.0d fd =?==G F μ (3) 惯性负载 N 500N 2.01 .08.99800i =?=??= t g G F υ (4) 运动时间 快进 s 1s 1.0101003 11 1=?==-υL t 工进 s 8.56s 1088.010503 322 2=??==--υL t 快退 s 5.1s 1.010)50100(3 3 2 13=?+=+= -υL L t 设液压缸的机械效率ηcm =0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。
过程控制设计实验报告 压力控制 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
目录 第一章过程控制仪表课程设计的目的 (1) 设计目的 (1) 课程在教学计划中的地位和作用 (1) 第二章液位控制系统（实验部分） (2) 控制系统工艺流程 (2) 控制系统的控制要求 (4) 系统的实验调试 (5) 第三章水箱压力控制系统设计 (7) 引言 (12) 系统总体设计 (13) 系统软件部分设计 (16) 总结 (19) 第四章收获、体会 (24) 参考文献 (25) 第一章过程控制仪表课程设计的目的意义 设计目的 本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、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，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下:
1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号； 2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号； 3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。 4．通过对一个典型工业生产过程（如煤气脱硫工艺过程）进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。 课程设计的基本要求 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。其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。 课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、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，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下: 1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号； 2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；
前言 随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。 本次课程设计的是一个大量程称重传感器，测量范围为1t到100t。 本次课程设计的称重传感器就是利用应变片阻值的变化量来确定弹性元件的微小应变，从而利用力，受力面积及应变之间的关系来确定力的大小，进而求得产生作用力的物体的质量。应变片阻值的变化可以通过后续的处理电路求得。 传感器的设计主要包括弹性元件的设计和处理电路的设计。由于传感器输出的信号是微弱信号，故需要对其进行放大处理；由于传感器输出的信号里混有干扰信号，故需要对其进行检波滤波；由于传感器输出的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压），故需要设计共模抑制电路。除此之外，还要设计调零电路。
实习报告 课程名称：数字式电压表 学生姓名： 学号： 专业班级： 指导教师： 完成时间： 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师日期
数字式压力表的设计 1.课程设计的目的 压力表是指以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表，它几乎遍及所有的工业流程和科研领域。利用ICL7107构成数字式压力表。 2.课题要求 （1）测压范围：0—60Mpa，主要分为四个量程段：0.04—0.6Mpa；0.1—6Mpa；1—25Mpa；1—60Mpa； （2）测量精度：1.0级。 （3）具有显示、变送、报警等功能，可同时两路输入； （4）模拟输出：可同时提供两组4-20mA或0-10V输出。 3.设计原理 主要器件由芯片ICL7106和液晶显示器LCD组成 关键词：芯片ICL7106 液晶显示器LCD 图一为简易原理方框图。 由于7106是把模拟电路与逻辑电路集成在一块芯片上，属于大规模CMOS 集成电路，因此本方案主要有以下特点：（1）采用单电源供电，可使用9V迭层电池，有助于实现仪表的小型化。（2）芯片内部有异或门输出电路，能直接驱动LCD显示器。（3）功耗低。芯片本身消耗电流仅1。8mA，功耗约16mW。（4）输入阻抗极高，对输入信号无衰减作用。（5）能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动显示极性的功能。（6）噪声低，失调温标和增益温标均很小。具有良好的可靠性，使用寿命长（7）整机组装方便，无须外加有源器件，可以很方便地进行功能检查。 本文设计的电压表,电压值显示稳定，读数方便，能测量正、负电压且能自动切换量程，使用方便。系统框图（如图 1 所示）。本系统可分为测试电压转换、模拟电压通道、数据电压通道（A/D 转换及译码锁存）、数码显示、小数点
课程设计任务书 2013—2014学年第二学期 机械工程学院（系、部）机械设计制造及其自动化专业机设1105 班级课程名称：机床电气控制技术 设计题目：压力机液压系统的电气控制设计 完成期限：自 2014 年 6 月 13 日至 2014 年 6 月 20 日共 1 周 内容及任务一、设计的主要技术参数 具体要求见课程设计指导书 二、设计任务 完成系统的继电器控制原理图、PLC控制原理图及设计说明书一份三、设计工作量 电气图2-3张，不得少于15页 进度安排 起止日期工作内容 6.13 讲解设计目的、要求、方法，任务分工 6.14 根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点 数、类型，确定输入、输出设备及元器件种类、数量， 初步选定PLC型号 6.15 根据指导书和任务书绘制控制系统工作流程图，确定每 个动作实现和解除必须的条件 6.16-6.17 绘制继电器控制原理图、电路计算、元器件选择列表 编制控制系统的PLC控制程序 6.18-6.20 编写设计说明书 主 要参考资料【1】郁建平主编《机电控制技术》. 北京：科学出版社，2006. 【2】张万奎主编《机床电气控制技术》. 北京：中国林业出版社，2006. 【3】李伟主编《机床电器与PLC》. 西安：西安电子科技大学出版社，2006. 【4】芮静康主编《实用机床电路图集》. 北京：中国水利水电出版社，2006. 指导教师（签字）： 2014年 6 月 20 日系（教研室）主任（签字）： 2014年 6 月 20 日
机床电气控制技术 设计说明书 压力机液压系统的电气控制设计 起止日期：2014 年6 月13 日至2014 年6 月20 日学生姓名邓文强 班级机设1105 学号11405701424 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2014年6月20日
课程设计说明书题目：压力传感器设计 学院（系）： 年级专业：电子信息科学与技术 学号： 学生姓名： 指导教师：
目录 摘要---------------------------- -------------------------------------------------------------------------2 关键字---------------- ----------------------------------------------------------------------------------2 第一章总体设计方案及模块划分---------------------------------------------------------------2 1.1总体设计方案--------------------------------------------------------------------------------3 1.2模块划分--------------------------------------------------------------------------------------4 1.3设计框图如下图所示-----------------------------------------------------------------------5 第二章各模块设计参数-------------------------------------------------------------------------------5 2.1传感器元件模块------------------------------------------------------------------------------5 2.2 A/D转换模块---------------------------------------------------------------------------------8 2.3控制器处理模块-----------------------------------------------------------------------------12 2.4 AD0809接口电路及LED接口电路------------------------------------------------------14 第三章压力传感器实验数据采集、显示及程序---------------------------------------------14 3.1数据采集及显示-----------------------------------------------------------------------------14 第四章心得体会--------------------------------------------------------------------------------------15 附录-----------------------------------------------------------------------------------------------------16 程序设计--------------------------------------------------------------------------------------16 参考文献资料---------------------------------------------------------------------------------25 实物图--------------------------------------------------------------------------------------25
目录 1．被控对象工作原理及结构特点 (2) 1.1离心泵的工作原理 (2) 1.2离心泵的结构 (2) 2．控制系统方案设计 (3) 2.1控制方案的选择 (3) 2.2被控参数与控制参数的选择 (5) 2.3被控对象的特性分析 (5) 3．过程检测控制仪表的选用 (7) 3.1测压元件及变送器 (7) 3.2变频器 (8) 3.3调节器 (9) 4．压力控制流程图及其控制系统方框图 (10) 5．调节器参数整定及MATLAB仿真 (11) 6．课程设计总结 (14) 7．参考文献 (15)
1．被控对象工作原理及结构特点 泵属于通用机械，在国民经济各部门中用来输送流体的泵种类繁多，用途很广，如水利工程、农田灌溉、化工、石油、采矿、造船、城市给排水和环境工程等。另外，泵在火箭燃料供给等高科技领域也得到应用。化工生产用泵不仅数量大、种类多，而且因其输送的介质往往具有腐蚀性，或其工作条件要求高压、高温等，对泵有一些特殊要求。在各种泵中，尤以离心泵应用最为广泛，因为它的流量、扬程及性能范围均较大，并具有结构简单、体积小、重量轻、操作平稳、维修方便等优点[1]。 1.1 离心泵的工作原理 离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作的。离心泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入离心泵的压水管路。离心泵叶轮中心处，由于水在离心力的作用下被甩出后形成真空，吸水池中的水便在大气压力的作用下被压进泵壳内，叶轮通过不停地转动，使得水在叶轮的作用下不断流入与流出，达到了输送水的目的[2]。 1.2 离心泵的结构 离心泵的基本构造是由六部分组成的，分别是：叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环、填料函[1]。 叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。 泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。 泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。 轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。 密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低；间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。 填料函主要由填料、水封环、填料筒、填料压盖和水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内，