智能阀门定位器设计.docVIP

摘要 [摘要]:智能阀门定位器具有高灵敏度、高可靠性以及内设整定参数可选择性，使有死区的阀门动态响应得到很大的改善，并使阀门行程精确和稳定地操作。 智能阀门定位器从二十世纪中期产生至今，经历了几个不同的发展阶段。目前智能式阀门定位器是国内外研究和使用的重点。本文主要针对智能式阀门定位器的硬件部分进行研究设计，并对定位器的硬件控制系统的组成情况以及主要的模块特性进行了系统的分析研究。 首先根据目前国内、外对智能阀门定位器的研究，通过深入分析典型智能阀门定位器的结构，工作原理及其实现的功能，制定出系统的设计方案。 其次主要从宏观上设计出定位器的结构组成及工作原理，其次对该定位器做出软件设计的规划，包括主程序的设计、反馈信号采样和数据处理模块程序的设计、输入信号采样和数据处理模块程序的设计以及测试模块程序的设计等。 最后对定位器硬件系统进行了详细设计。主要包括电源电路设计、信号采样模块的设计、人机交互模块的设计以及串口通讯模块的设计，并采用了功能强大的电路电子仿真软件Proteus对系统进行了搭建实验。最终率先完成了定位器硬件系统整体设计要求。 关键词：阀门定位器；Proteus；电路设计 第1章 绪论 1.1背景及研究意义 智能控制是一门新兴的理论和技术，它是传统控制发展的高级阶段，主要用来介绍那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制、其中包括智能机器人系统，复杂工业过程控制系统、航空航天控制系统、交通运输系统等。近十几年来，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃。智能控制技术发展迅速，已提出许多方法，如专家控制、模糊控制、神经网络控制、分层递阶控制、拟人智能控制和基因控制等。其目的是提高系统的鲁棒性、容错性和解决具有严重非线性和不确定性系统的控制问题。在应用方面，其研究重点集中在智能控制元件、系统的智能控制方法和智能控制器的实时实现方面。 面对现代化工业的特点和要求，一个理想的智能控制系统应具备以下一些的功能特点： (1) 学习功能。系统具有自行改善自身性能的能力，即在经历某种变化后，系统性能应优于变化前的系统性能。 (2) 适应功能。系统应具有适应受控对象动力学特性变化、环境变化和运动条件变化的能力。 (3) 组织功能。对于复杂的任务和分散的传感信息具有自行组织和协调功能。该组织功能还表现为系统具有相应的主动性和灵活性，并满足多目标和高性能指标要求。 (4) 鲁棒性。系统性能应对环境干扰和不确定性等诸因素不敏感。 (5) 容错性。系统对各类故障具有屏蔽和自修复的功能。 (6) 实时性。实时性是智能控制的生命，系统应具有相当的在线实时响应的能力。智能控制系统需要实时监控、实时处理、实时学习和实时动态推理。 我们之所以在定位器中提出智能控制的概念，这说明我们之前的定位器是不具备智能的特点，这给逐步发达的工业领域带来了极大的不便，面对一些人工无法完成，计算庞大而艰涩的难题，对于传统的以力平衡为原理的阀门就显得有些力不从心了，面对这样的局面智能阀门的出现可以说是解决人们无能为力的问题，开拓了工业控制领域的新局面，给工业自动化带来了新的深刻变革，代表了气动执行器的发展方向。 智能阀门定位器辅助调节阀实现流量的控制，在工业控制领域发挥着重要的作用。对流量的控制精度的要求越来越高，对定位器的性能也提出了更高的要求，智能阀门定位器成为工业控制领域的研究热点。阀门定位器发展的趋势是电气化、智能化，并且必将与全数字化工业控制相适应。 智能阀门定位器通过自动调校、初始化等操作，进行参数的自整定，比如自动识别执行机构的作用方向、零点和行程范围，应用在不同类型的调节阀上，有利于克服调节阀阀杆所受填料摩擦力、不平衡力的影响，实现调节阀按用户设定的信号准确定位，提高定位精度、线性度。 随着智能、网络、通信和控制与管理综合自动化技术的发展，在工业流量控制中对气动调节阀的智能化要求日益迫切。特别是现场总线和开放式控制系统对阀门定位器提出了更高的要求，使得原有的阀门定位器无法满足控制要求，开发研制智能阀门定位器是工业自动化发展的必然结果。随着现场总线技术的日趋完善和成熟，加快了智能型定位器产品的研究开发：在国外，智能阀门定位器研究开发较早的有 FISHER、SIEMENS 、ABB、SAMSON、山武等公司，其成熟产品已广泛应用于冶金、石油、化工、电力等行业的控制系统中。在国内，其主导产品还是基于力平衡原理的机械式和模拟电子技术的电—气阀门定位器，对智能阀门定位器的研究开发还处于起步阶段，行业单位研制开发的数字式阀门定位器等产品，虽然提高了产品技术水平，但不能满足当今现场总线及开放式控制系统对定位器的要求。HVP系列智能阀门定位器是国家“九五”攻关项目—《HART协议智能阀门定位器及防爆品种研究开发》的科技成果，主要包括HVP11/12和HVP08/09