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恒压控制系统

在工业场合中,为了达到节能、稳定、安全生产目的,常常需要通过恒压控制管道的压力。计量泵是一种小型恒压控制系统,在石油、化工、煤矿等领域具有重要的应用价值。当前设计的计量泵在恒压工作环境下的控制精度低、稳定性较差、实用性较差。这里介绍一种基于嵌入式 ARM 处理器的小型恒压控制系统,是将嵌入式技术和计算机控制、通信、网络同计量泵相融合,以提高系统的控制精度。

恒压控制系统基本信息

恒压控制系统小型系统设计

恒压控制系统总体设计

小型恒压控制系统包括 ARM 控制器、压力变送器、限位开关、光电编码器、电磁阀以及驱动器,其总体结构如图1所示。ARM 控制器的关键部分为嵌入式处理器 S3C2440,其采用扩展 A/D 变换器、SD卡、LCD 触摸屏等部件,同其他设备连接和管理;压力变送器采集计量泵的出口压力,将检测到的压力反馈到输入端同设置值对比,并将形成的误差采用模糊 PID 控制算法获取对应的脉冲频率,依据该脉冲频率调整步进电机的运行速度,调控总体系统的压力,确保系统压力的均衡性。限位开关发生变化时,ARM 控制器同电机驱动器间的连接电路发生调整,驱动电机调整方向。光电编码器与电机相连,将电机运行脉冲反馈到 ARM 控制器中进行分析 。

恒压控制系统系统硬件设计

采用模块化思想设计系统的硬件模块,主要包括主控模块、存储模块、数据采集模块、电机驱动模块、通信模块、电磁阀和限位开关模块,总体结构如图2所示。

1.主控模块和存储模块

设计系统的主控模块采用来自三星公司的嵌入式芯片S3C2440A,该芯片的内核为ARM920T,拥有低功耗、高处理运算性能。芯片使用 MMU,AMBA 总线体系结构以及哈佛结构,并集成了 SDRAM 控制器、FLASH 控制器、SPI 控制器等硬件外设。

系统为 S3C2440A 部署了由 2 片 HY57V561620 并联构成的 64MB SDRAM,并且将采集到的压力数据保存到 4GB 的SD卡中。嵌入式芯片 S3C2440 中集成了SD 控制器 ,系统采用SD总线模式驱动SD卡。S3C2440 处理器在 SD 模式中通过 5 根信号线同 SD 卡完成信息的交流,并且为各信号线配置 10kΩ的上拉电阻。

2.采集模块设计

(1)压力变送器的选择。系统通过来自于森纳士公司的 ME 系列压力变送器,采集计量泵的压力值。变送器通过 A/D 转换电路,实现压力信号的模/数变换,将输出的 4~20 mA 电流信号调整至 0.5~2.5 V 的区间中。

(2)光电编码器的选择与连接。系统采用光电编码器获取步进电机的转速,将电机主轴的输出位移量变换成 ARM 处理器能够分析的脉冲数字量。设计的光电编码器包括光栅盘以及光电探测部件。在小型恒压控制系统中,光电码盘同步进电机同轴连接并以相同的速度运动,采用发光二极管等电子器件构成的检测部件获取脉冲信号。对光电编码器输出的脉冲频率进行分析,能够获取电机的转速,完成电机转速的有效检测,同时采用 ARM 控制器对电机的脉冲数和脉冲频率进行管理,完成电机转速的准确管理,实现总体系统压力的平稳控制。

3.通信模块设计

因为串口的通信协议简便,在通信领域中具有较高的应用价值。因此,系统使用串口 RS 232完成目标板同PC机间的通信。S3C2440处理器中集成了 3个 UART控制器,并且将 UART0当成通信端口。S3C2440芯片通过TTL电平设置 5V,0V 描述逻辑正和逻辑负,而 PC 机的COM端口采用 RS 232电平设置 10V,-10V描述逻辑负和逻辑正。因此 S3C2440 芯片和PC机间应通过SP3232EEN 芯片进行电平变换,完成系统的通信。

4.电机驱动模块设计

(1)步进电机工作原理。系统采用 ARM 控制器产生脉冲信号管理步进电机,控制器传递出一个脉冲信号,则电机依据设置的方向变换相应的角度。步进电机的运动状态同控制器产生的脉冲频率和脉冲数具有较高的关联性。因此,调整 ARM 控制器的脉冲频率,可对电机的转速进行调整,而调整控制器的脉冲数量,可对电机的变换角度进行调整。ARM 控制器对步进电机进行控制过程中应设计功率放大电路,但是该电路的开发成本较高。因此,为了提高步进电机的控制效率,系统在电机驱动模块中设计了具有细分控制技术的步进电机驱动器。步进电机驱动器包括脉冲分配电路、功率驱动电路、保护电路等器件,可对电机的电流、电压和功率进行细化控制。当电机驱动器采集到 ARM 控制器的方向信号以及脉冲信号后,脉冲分配电路依据设置的通电手段形成电机相励磁绕组的通断信号,对电机进行调整。功率驱动电路将 ARM 控制器产生的低功率信号变换成可驱动电机运动的高功率信号。保护电路避免步进电机出现电压和电流过高的问题,确保电机的顺利运行。设计的控制系统采用二相混合式步进电机,以及 SD20806型两相混合式步进电机驱动器。

(2)PWM 调速原理。系统实现恒压控制,需要对步进电机的转速进行调整。系统对 PWM 定时器的原始值进行控制,确保脉冲频率发生变化,进而调整电机的转速。系统的主控芯片S3C2440中存在5个定时器,其中的4 个定时器具有 PWM 调速功能 。

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恒压控制系统造价信息

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恒压控制系统系统实现

恒压控制系统主程序设计

设计的控制系统软件划分成系统初始化模块、数据采集和处理模块、数据存储模块、人机交互模块和控制管理模块。系统的主程序流程如图3所示。

系统初始化模块对系统硬件设备参数及性能初始化设置;数据采集和处理模块驱动传感器采集恒压控制系统中泵的输出压力,同时对采集的压力数据进行融合;数据存储模块通过SD卡保存数据采集和处理模块获取的数据,并塑造相应的数据库;用户通过人机交互模块可查询系统的压力数据;控制管理模块按照获取的压力数据,通过智能控制算法确保系统压力的平稳输出,实现系统的恒压控制 。

恒压控制系统算法设计实现

设计的小型恒压控制系统的关键任务是,控制步进电机的运行,完成系统计量泵的恒压控制,主要对步进电机的速度和正反转进行控制。系统采用自适应模糊PID控制算法,确保系统的恒压输出和电机的正常运行。该算法不仅具有模糊控制器的强抗干扰性,还具有PID控制的高精度优势,具备较强的控制能力。系统采用压力变送器以及光电编码器,采集系统泵的输出压力和步进电机的转速,并运算出压力误差值以及压力误差变化率,再通过模糊PID控制器调整误差值,并将压力校正值变换成对应的脉冲频率,同时将其反馈给步进电机,对步进电机的速度进行调整,实现系统计量泵输出压力的平稳控制。

当前设计的小型恒压控制系统在恒压工作模式下的控制精度低,并且稳定性较差,存在较大的弊端。因此,这里介绍的基于嵌入式 ARM 处理器的小型恒压控制系统,系统的硬件以 S3C2440 芯片为控制核心,通过主控芯片的外围接口扩展硬件电路,采用具有细分控制技术的电机驱动器和 S3C2440 芯片的 PWM 定时器,对步进电机转速进行精密恒压控制,并且实现系统的高精度和稳定性控制。采用模块化思想设计系统的硬件模块,主要包括主控模块、存储模块、数据采集模块、电机驱动模块、通信模块等。系统实现部分给出了系统主程序流程,以及采用模糊 PID 智能控制算法实现恒压输出控制的过程。实验结果表明,所设计系统具有较高的控制精度和稳定性 。

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恒压控制系统系统介绍

计量泵是一种小型恒压控制系统,在石油、化工、煤矿等领域具有重要的应用价值。当前设计的计量泵在恒压工作环境下的控制精度低、稳定性较差、实用性较差。嵌入式技术可将计算机控制、通信、网络同计量泵相融合,可大大提高系统的控制精度。因此,将嵌入式技术引入精密计量泵,提出一种基于 ARM 处理器和嵌入式 Linux 操作系统的计量泵恒压控制系统,可以提高小型恒压控制系统的控制精度和稳定性 。

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恒压控制系统常见问题

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恒压控制系统文献

恒压供水控制系统设计 恒压供水控制系统设计

恒压供水控制系统设计

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页数: 33页

变频器综合设计 变频器控制恒压供水系统 专业班级: 15 电气普招 设计人: 王于风 学号: 201550030107 指导教师: 雷钢 设计时间: 2017 年 10月 20日 摘 要 恒压供水在城市自来水管网系统、 住宅小区生活消防用水系统、 楼宇中央空调冷 却循环水系统等众多领域中均有应用。 恒压供水是指用户端在任何时候, 不管用水量 的大小总能保持管网中水压的基本恒定。 在恒压供水系统中可根据压力给定的理想值 信号及管网水压的反馈信号进行比较, 变频器根据比较结果调节水泵的转速, 达到控 制管网水压的目的。 本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、 能耗严重、可靠性低的缺 点加以研究,开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的变频式恒压供水自动控 制系统。全文共分为四章。 第一章阐明了供水系统的应用背景、 选题意义及主要研究 内容。第

基于PLC的恒温恒压供水控制系统 基于PLC的恒温恒压供水控制系统

基于PLC的恒温恒压供水控制系统

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组合应用了PLC、触摸屏、变频器。通过安装在回水主管上的温度传感器,把出口温度信号变成4~20mA的标准信号传输到PLC内置PID调节器,经PID运算与温度设定值进行比较,发出信号直接控制电动三通阀的开度以使管网的温度稳定。采用变频调速方式来实现系统恒压控制功能,通过安装在出水管网上的压力变送器,把出口压力信号变成4~20mA的标准信号送入PLC内置的PID调节器,经PID运算与给定压力参数进行比较,输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量,根据用水量的不同,PLC频率输出给定变频器的运行频率,从而调节水泵的转速,达到恒压供水。

恒压供水系统恒压供水使用的领域

1、自来水供水、生活小区及消防供水系统,亦可用于热水供应、恒压喷淋等系统。

2、工业企业生活、生产供水系统及工厂其它需恒压控制领域(如空压机系统的恒压供气、恒压供风)。各种场合的恒压、变压控制,冷却水和循环供水系统。

3、污水泵站、污水处理及污水提升系统。

4、农业排灌、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统。

5、宾馆、大型公共建筑供水及消防系统。

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矢量变频器之应用变频器在恒压供水自动控制系统中的应用

变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点,使供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量的变化自动 调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求,是当今最先进、合理的节能型供水系统。

变频恒压供水自动控制系统工作原理如下:

系统正常运行时,用户用水管网上的压力传感器对用户的用水水压进行数据采样,并将压力信号转换为电信号,传输至PID调节器,然后与用户设定的压力值进行比较和运算,并将比较和运算的结果转换为频率调节信号和水泵启动台数信号分别送至变频器和可编程控制器(PLC);变频器据以调节水泵电机的电源频率,进而调整水泵的转速;可编程控制器械根据PID调节器传输过来的水泵启动台数信号控制水泵的运转。通过对水泵的启动和停止台数及其中变频泵转速的调节,将用户管网中的水压恒移稳于用户预先设计的压力值,使供水泵组"提升"的水量与用户管网不断变化的用水量保持一致,达到"变量恒压供水"的目的。

以下威科矢量变频器在某市市政供水工程中的应用系统由可编程控制器,威科变频器和电动机组成,采用可编程序控制器(PLC)控制变频调速器,具有控制水泵恒压供水的功能。通过安装在管网上的压力传感器,把水压转换成4~20mA的模拟信号,通过PLC内置的PID控制器,来改变电动水泵转速。当用户用水量增大,管网压力低于设定压力时,变频调速的输出频率将增大,水泵转速提高,供水量加大,当达到设定压力时,电动水泵的转速不在变化,使管网压力恒定在设定压力上;反之亦然。这样通过闭环PID控制就达到恒压供水的目的。

当电机出现故障(即:过压、过流、过载、电机过热保护)后,系统会自动停止运行,当系统恢复后,再重新按操作步骤进行操作。

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恒压阀简介

恒压阀在自控系统中作为主阀的压力导阀。它除了可以单独安装在导压管上外,还有一种立式阀体可直接安装在主阀顶盖上,与主阀联成整体,称为恒压主阀(也称蒸发压力调节阀或背压阀)。另有一种横式阀体装在电磁导阀的阀体侧面,与主阀联成一个整体,并与电磁导阀共同控制主阀的开、闭,总称恒压电磁阀。

按正、反作用开启原理,恒压阀又可分为正恒阀和反恒阀两种。正恒阀是常闭型压力导阀,即当压力高于给定值时,阀口开启,直至全开,反恒阀是常开型压力导阀,即当压力高于给定值时,阀口关小,直至全关。

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