石油产品自动蒸馏测定仪研究

摘要

馏程是液体燃料蒸发性大小的主要指标。通过馏程测定，可以得出某些液体燃料沸点所处的温度区域，大致确定油品组成中不同馏分的含量。因此，作为重要的性能指标，馏程在石油产品的生产、应用和储存环节意义重大。与国外相比，国内的石油产品蒸馏测定仪器在测量精度、测量可靠性和实验效率方面存在诸多不足，需要改进。
　　根据国家标准GB/T6536和美国材料与试验协会ASTM D86两种石油产品蒸馏测定标准，本文设计了一套石油产品自动蒸馏测定系统。系统以STM32F103RCT6为主控制器，以STM32F103C8T6为辅助控制器，完成温度检测、温度控制和液位跟踪测量等功能。系统利用16位模数转换器AD7705测量油品蒸汽温度，根据不同阶段的油品蒸馏特性采用分段PID控制算法和归一化PID参数整定相结合的方法控制油品蒸馏速率。利用4通道模数转换器ADS7841测量冷凝管和接收室部分温度，采用基于继电反馈参数自整定的PID控制算法实现恒温控制。光电检测传感部件由步进电机驱动，实现了满足要求的液位跟踪和蒸馏速率计算。设计了大气压测量电路，能够对蒸馏测定结果进行修正。系统通过ModBus总线技术和触摸屏通信，给用户提供丰富的信息输出和友好的操作环境。
　　经过调试验证，该控制系统能够大大减轻操作者的工作负担，降低人工因素带入的测量误差;采用分段式PID算法的蒸馏速率控制及带有PID参数自整定功能的冷凝管和接收室温度控制，有效地提高了控制效能，从而提高了石油产品蒸馏测定的效率。系统结构可靠，控制性能稳定，操作便捷友好，成本较低，具有良好的推广价值和市场前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 石油产品蒸馏测定原理

1．3 国内外研究状况及发展趋势

1．4 课题目标及主要工作

2 石油产品自动蒸馏测定仪总体方案

2．1 油品蒸馏测定方法讨论

2．1．1 准备工作

2．1．2 试验步骤

2．2 石油产品自动蒸馏测定仪总体设计

2．2．1 硬件设计内容

2．2．2 软件设计内容

3 系统硬件

3．1 控制器

3．1．1 单片机介绍

3．1．2 最小系统电路

3．2 电源电路

3．2．1 5V供电电路

3．2．2 3．3V供电电路

3．3 检测电路

3．3．1 温度测量电路

3．3．2 初馏点检测电路

3．3．3 蒸馏流量检测电路

3．3．4 大气压力检测电路

3．4 驱动电路

3．4．1 加热器驱动电路

3．4．2 步进电机驱动电路

3．4．3 风扇电机和循环泵驱动电路

3．5 时钟和存储电路

3．6 通信电路

4 温度控制方法研究

4．1 PID控制算法研究

4．1．1 PID控制规律介绍

4．1．2 油品蒸馏流量的PID控制

4．2 PID参数自整定方法研究

4．2．1 PID参数自整定方法介绍

4．2．2 继电反馈PID参数自整定方法

4．2．3 恒温控制中的PID参数自整定

4．3 加热器的控制方式

5 系统软件

5．1 主要功能模块设计与实现

5．1．1 温度测量模块

5．1．2 PID参数自整定模块

5．2 人机交互设计

5．2．1 触摸屏选型

5．2．2 连接和通信

5．2．3 常用操作介绍

5．2．4 界面设计举例

6 系统测试

结论

参考文献

附录A 系统原理框图

附录B 系统原理图

附录C 实物电路板图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢