失重流量控制器设计及其应用系统开发

摘要

在聚氯乙烯(PVC)的生产过程中，流量仪器的计量精度以及可靠性直接影响着产品的质量，而且此反应的化学原料都具有腐蚀性，因此在选择流量控制仪器时，首先要选择具有防腐蚀性的流量仪器。其次由于反应原料中的氯气是以液态形式存储在存储罐中，在生产过程中再将液态转变为气态形式与其他原材料进行反应，对于此类的化学原料，由于其状态的不确定性，所以造成了流量测量的困难。再次，氯气本身毒性较大（属于Ⅱ级，高度危害），氯化反应是一个放热反应，反应剧烈，如不能很好的控制氯气的流量，容易引发安全事故。 针对以上聚氯乙烯生产过程中，氯气流量较难测量和需要准确控制其流量的问题，设计了一种新型的失重流量控制器。以利用单位时间内重量的变化量来测流量的失重法为测量方法。 本论文就新型失重流量控制器的工作原理和设计方法进行了系统的研究。按照称重传感器工作方式，新型失重流量控制器分为两种安装方式：地磅安装方式和悬挂安装方式。新型失重流量控制器通过拉力传感器或压力传感器把存储罐重量转化为电信号，由数据采集系统存储并转化为流量值，精度高，操作简单，克服了氯气状态的不确定性所造成的流量测量困难的问题。 准确性和实时性是衡量一个流量检测系统好坏的首要指标。为了解决系统的准确性和实时性之间的矛盾，从硬件和软件两方面入手。在硬件设计方面，尽量提高系统的准确性。新型失重流量控制器以单片机为核心，采用双积分式A/D转换模块进行数据采集，利用硬件滤波来提高信噪比，在软件设计方面，利用卡尔曼滤波理论进一步提高信噪比，并提出了动态时间窗口的概念，较好的解决了准确性和实时性之间的矛盾。 新型失重流量控制器应用了PID控制算法，因此不仅能对流量的大小进行检测，而且还可以根据所测流量的大小，对流量进行自动控制，使流量稳定在客户所需要的流量值附近。提高了失重流量控制器的应用范围。 通过失重法原理设计的失重流量控制器，实现了流量的智能控制，并具有较高的可靠性和精度。可以满足绝大部分具有腐蚀性或有害物质的流量测量和可靠控制；测量实时信息、显示当前瞬时流量；对所测参数进行超限判断，并具有声光报警功能；控制结构简单，现场施工方便，控制方式灵活，可满足不同用户的要求，适用于现有生产设备的改造。 本文分别就新型失重流量控制器的应用背景、设计原理、安装方式、数据采集与处理、控制方法、人机对话等方面，详细介绍了元器件的选取、相关硬件电路的设计及相应的软件工作流程。并就数据的处理方法、抗干扰措施及其改进方法进行了分析和讨论，最后对仪器的进一步改进和完善提出了一些建议和设想。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1流量计量的发展历史

1.2流量自动控制系统的优点

1.3国内外主要的研究方法

1.4腐蚀性介质流量控制中出现的问题及解决方法

1.4.1腐蚀性介质流量控制中出现的问题

1.4.2国内外解决介质腐蚀问题的主要方法

1.5流量控制系统性能指标

1.6本章小结

第二章失重流量控制器设计方法的提出

2.1失重法的基本原理

2.2基于重量检测流量控制的PID控制方法

2.3拟解决的主要问题和技术关键

2.4失重流量控制器的优点

2.5本章小结

第三章信号的采集与调理

3.1传感器的选择

3.1.1传感器工作方式的选择

3.1.2拉力传感器的工作原理

3.1.3拉力传感器的选择标准

3.2放大及滤波电路的设计

3.2.1信号放大模块

3.2.2滤波电路设计

3.3 A／D转换电路的设计

3.3.1各种模数转换器的比较

3.3.2模数转换器转换精度的确定

3.3.3 A／D转换器的选择

3.4单片机的选择

3.5实验采集数据的分析

3.6本章小结

第四章卡尔曼滤波器设计

4.1数字滤波器的分类

4.2卡尔曼滤波算法

4.3卡尔曼滤波的特点

4.4滤波后数据的处理

4.5本章小结

第五章失重流量控制器系统设计

5.1失重流量控制器的整体设计

5.2失重流量控制器的模块化设计

5.2.1控制模块的设计

5.2.2显示模块

5.2.3按键模块

5.2.4 RS485通讯模块设计

5.3加氯调节阀的选型

5.4系统的软件设计

5.4.1系统的主程序设计

5.4.2动态时间窗口设计

5.4.3系统的控制程序设计

5.5 PCB电路板设计

5.5.1 PCB板内部存在的主要噪声分析

5.5.2设计电路抑制噪声的思想

5.6失重流量控制器的安装方式

5.7本章小结

第六章总结与展望

6.1主要研究工作总结

6.2创新点

6.3展望

致 谢

参考文献

攻读学位期间发表论文目录

附录：双积分转换程序