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徐州工程学院课程设计说明书 阀门定位控制系统设计 摘要 阀门定位器作为气动调节阀的主要附件之一，可以改善阀门特性、提高控制的精度、 速度和增加控制的灵活性。智能阀门定位器数字化、通信化、智能化以及支持现场总线的 特性，给工业自动化生产带来了深刻的变革，代表了气动执行器技术的发展方向。本文首 先详细讲述了智能阀门定位系统的相关原理。然后以单片机为核心，加上A/D、D/A （模数、 数模）转换接口，使三位气动放大器驱动气动执行机构，构成智能阀位控制系统。在此基 础上，利用电位计反映实际阀位值，控制单片机通过A/D采集实际阀位值和键入的设定阀 位值算出偏差，并且按PID （比例微分积分控制算法）控制调节阀位达到设定值。智能阀 门定位器使得调节阀变得更易于控制，更精确，同时简化了高性能控制回路的设计，使得 控制回路的执行更加紧凑。 关键词：阀门定位器；PID；阀位调节 I 徐州工程学院课程设计说明书 目 录 摘要I 1 绪论1 1.1 课程背景1 1.2 课程意义1 1.2 论文结构2 2 课题分析3 2.1 课题要求3 2.2设计要求3 2.3设计思路3 3 阀门定位的相关原理4 3.1 计算机控制系统的工作原理4 3.2 阀门定位器作用原理4 3.3系统工作原理4 3.4系统的控制要求5 4 阀门定位系统的总体设计6 4.1方案选择6 4.2控制算法选择6 4.2.1 PID控制算法6 4.2.2 PID算法详解6 5 阀门定位系统的详细设计9 5.1硬件设计9 5.2单片机AT89C51的设计9 5.2.1 并行／串行 I／O 口9 5.2.2 AT89C5 内部定时器／计数器10 5.2.3 AT89C51中断10 5.3 A/ D转换电路10 5.4 键盘、显示器接口芯片10 5.5 时钟／报警电路 11 6 阀门定位控制系统仿真12 结论14 致谢15 参考文献16 附录17 II 徐州工程学院课程设计说明书 附录117 附录219 III 徐州工程学院课程设计说明书 1 绪论 1.1 课程背景 气动调节阀是一种重要的执行器，其在众多的工业过程控制系统装置中，尤其是在石 化、冶金等工业的流量控制中发挥着不可替代的作用。而阀门定位器作为气动调节阀主要 附件之一，可以改善阀门特性、提高控制的精度、速度和增加控制的灵活性。因而，阀门 定位器数字化、智能化的实现为气动类执行器和调节阀的智能化，进而实现各种现场总线 网络通信功能奠定了基础，使气动调节阀也成为智能化的网络控制设备。 目前，我国自行生产的气动调节阀主要以基于力平衡原理的机械式和模拟电子技术的 产品为主。随着智能、网络、通信和控制/管理综合自动化技术的发展，工业控制现场对 气动调节阀的智能化要求日益迫切。本课题的研究紧密结合我国新一代智能气动调节阀的 核心技术攻关和产品的更新换代，代表了传统气动仪表的智能化、网络化发展趋势。 1.2 课程意义 本课题所设计的智能阀门定位器系统由于使用新型控制元件如导电塑料和压电阀，可 以使阀门定位达到很高精度；又由于采用气动执行机构，可在各种恶劣条件下使用并且使 用寿命长，故障率低，这两点从根本上提高了产品的质量。 由于微处理的使用