火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件设计【毕业设计】.doc

1、 （ 20_ _届） 本科毕业 设计 火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件设计 所在学院 专业班级 测控技术与仪器 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 目前，我国火力发电厂的二氧化硫过度排放情况日益严重，造成了一定程度的大气污染。在当下倡导环保低碳，可持 续发展战略的社会形势中，研究开发高精度、高能效的型扁圈具有非常重要的实际意义。 本文主要研究的是脱硫装置中的型扁圈成型机的控制系统软件部分，本文首先介绍了其工作特点及工作原理，从理论角度提出了成型机软件的总体设计方案。根据硬件电路的设计，阐述了软件设计的思路，采用 C 语言进行编程，在Keil uvision2

2、编译环境下， 分块介绍了成型机工作各阶段的编译程序及实现的流程框图。最后完成了基于 Modbus 通信协议的触摸屏设计，分析了触摸屏与89C51单片机之间的参数传递方式。 关键词： 脱硫，型扁圈成型机， Keil uvision2， 89C51单片机， Modbus,触摸屏 II Control system software design of Type flat ring forming machine in Thermal power plant desulfurization equipment Abstract At present, the thermal power plants

3、 emissions of sulfur dioxide caused a degree of air pollution in our country. In the present society, we promote low-carbon environment and sustainable development strategies. So it is important to research the high-precision and energy-efficient type of flat ring. This thesiss main idea is the cont

4、rol system software of desulfurization equipment in the flat ring forming machine. At first this thesis introduces the work of its characteristics and working principle, then it tells the overall machine design software from a theoretical point of view. According to the design of hardware circuit, i

5、t describes the software design ideas. Software programming using C language, compiled under the Keil uvision2. It describes the various stages of the work machine and compiler to achieve the flow chart. Finally this thesis completes the design of the touch screen based on the Modbus communication p

6、rotocol, and it analyzes the parameter passing between the touch screen and the 89C51 microcontroller. Keywords: Desulfurization, Keil uvision2,Single chip microcomputer 89C51，Modbus, Touch screen, Type flat ring forming machine III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1课题的来源 . 1 1.2课题的意义 . 1 1.3数控机床

7、计算机 控制系统的 国内外发展动态 . 2 1.3.1 数控机床中的计算机控制系统 . 错误 !未定义书签。 1.3.2 数控机床中基于 PLC 的控制系统 . 1 1.3.3 数控机床中基于单片机的控制系统 . 错误 !未定义书签。 1.4课题研究的主要内容 . 4 2型扁圈成型机的系统 概述 . 2 2.1型扁圈成型机的工作原理 . 2 2.2型扁圈成型机的设备概述 . 2 3成型机控制系统 软件 方案的确定 . 3 3.1成型机控制系统 软件部分的 方案设计 . 3 3.2方案分析 . 3 4成型机控制系统 各个模块的软件设计 . 错误 !未定义书签。 4.1软件编译语言及编译器 . 错

8、误 !未定义书签。 4.2 程序初始化设置 . 错误 !未定义书签。 4.3步进电机驱动工作方式模块 . 错误 !未定义书 签。 4.4通信处理模块 . 4 4.5电磁阀驱动完成打圈成型模块 . 4 5人机界面触摸屏的设计 . 5 5.1电阻式触摸屏的原理 . 7 5.2 Modbus 通信协议简介 . 8 5.3触摸屏与 51 单片机之间的通信方式 . 错误 !未定义书签。 结论 . 19 参考文献 . 20 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 21 附录 1 型扁圈成型机控制系统软件源程序 . 21 附录 2 CRC检验高低字节表 . 64 火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件

9、设计 1 1 绪论 1.1 课题来源 我国是人口众多、资源相对不足的国家 ， 煤炭是我国的主要资源， 中国是燃煤大国，煤炭占一次能源消费总量的 75%。改革开放以来，伴随着经济的发展，燃煤火力发电站成了我国电力的主力，也导致了二氧化硫的过度排放，严重影响了环境。 1例如根据 2009年中国环境状况公报中显示， 2009 年中国二氧化硫的排放总量为 2214.4万吨。 按照目前的经济发展速度 ， 以及污染控制方式和力度，到 2020 年，全国仅火电厂排放的二氧化硫就将达 2100 万吨以上，全部排放量将超过大气环境容量 1 倍以上， 而消除酸雨污染所允许的最大二氧化硫排放量仅为 1200 万至

10、1400 万吨。目前， 全国 1/3 的城市人口呼吸着严重污染的空气，有 1/3 的国土被酸雨侵蚀。经济发达的浙江省，酸雨覆盖率已达到 100 ， 酸雨发生的频率，上海达 11，江苏大概为 12。华中地区以及部分南方城市，如 宜宾、怀化、绍兴、遵义、宁波、温州等，酸雨频率超过了 90 ，毫无疑问这 对生态环境和民众健康将是一场严重灾难 。 2 环境保护是我国的基本国策，随着国民环保意识的提高，人们对于大气质量的要求也越来越高，也越来越深刻地认识到大气污染的严重性，火力发电厂作为二氧化硫的主要排放源之一，所面临的环保压力也越来越大，实施电厂烟气脱硫势在必行。 3 因此 对 于火电厂 二氧化硫排放

11、的控制工作必须下大决心，尽早开始。 为了改善以往 煤炭消费中有相当数量的高硫煤 ， 燃烧方式落后，清洁能源比例很小的情况，实现对酸雨和二氧化硫的控制，必须 加大资金力度用于火电厂脱硫装置和脱硫技术的研究，推广和应用。就脱硫技术而言， 目前火电厂减排 SO2的主要途径有：煤炭洗选、洁净煤燃烧技术、烟气脱硫技术。 19其中煤炭洗选目前仅能除去煤炭中的部分无机硫，对于煤炭中的有机硫尚无经济可行的去除技术。洁净煤燃烧技术在国际上是近些年开发的新技术，国内目前尚处于引进技术和示范试验阶段。而烟气脱硫是目前国际上广泛采用的控制 SO2的成熟技术，由于火电厂用煤量大，锅炉热效率和煤炭转换成电能的效率较高，脱

12、硫工艺本身对环境的影响可有效加以控制，是符合我国国情，控制 SO2排放的最 好途径。 20 而在火电厂的脱硫装置中，型扁圈成型机是不可缺少的，非常重要的一环，它实际上是一种数控机床，主要实现的功能是钢料的打圈成型，这里我们要研究的是它完成所有动作所采用的控制系统。 火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件设计 2 1.2 课题的意义 国内的生产厂商目前在型扁圈成型机上，大部分采用的是传统的电气和液压传动的控制方式，其控制系统线路复杂、可靠性差、维护工作量大。所以采用一个 高效的控制系统 来控制冷弯机的各个动作，不仅可以降低工作人员的劳动强度，而且可以消除人工操作带来的诸多不可靠因素，使型扁圈

13、的 加工精度有了保证 ， 生产效率也大大提高。 1.3 数控设备 控制系统的 国内外发展现状 数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。脱硫装置中的型扁圈成型机就是一种数控机床。 目前，对数控机床控制系统的控制主要有计算机控制系统、基于 PLC的控制系统和基于单片机的控制系统。 1 3 1数控机床中的计算机控制系统 根据应用特点、控制方案、控制目标和系统构成的不同，过程计算机控制系统大体可以分为以下几类： （ 1）数据采集系统， 在这 种应用中，计算机只承担数据

14、的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。 （ 2）直接数字控制系统，即 DDC系统。 计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统 必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构 。 (3)监督计算 机控制系统，即 SCC系统。 这个系统根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化

15、设定值，送给 直接数字控制系统 执行。监督计算机系统承担着高级控制与管理任务，要求数据处理功能强，存储容量大等，一般采用较高档微机。 (4)分级控制系统，即 DCS 系统。 它 是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件设计 3 规仪表 功能单一，人 -机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在

16、功能、负荷和危险性三方面的分散 。 4 (5)现场总线控制系统，即 FCS系统。这 是新一代分布式控制系统。该系统改进了 DCS 系统成本高，各厂商的产品通信标准不统一而造成不能互联的弱点。近年来，由于现场总线的发展，智能传感器跟执行器也向数字化方向发展，用数字信号取代 4-20mA 模拟信号，为现场总线的应用奠定了基础。现场总线是连接工业现场仪表和控制装置之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络。现场总线被称为 21世纪的工业控制网络标准。 目前， 由于火电厂用户的习惯，脱硫控制系统多采用集散控制系统（ DCS系统），通常与电厂主机目前所采用的 DCS控制系统一致，在脱硫电气和仪控系统中控

17、制、保护和数据传输等都是通过硬接点方式与 DCS 系统进行有限的控制和信号交换。 因此在 火电厂的数控机床中计算机控制系统通常也采用 DCS 系统的形式，使得运行人员能方便地控制各种参数，操作简单，确保了系统稳定运行，提高了系统的安全性，降低了运行人员劳动强度，提高了工作效率。 1 3 2数控机床中基于 PLC的控制系统 可编程控制器 ,简 称 PLC,它 是以微处理器为基础 ,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点 ,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计 ,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。 5

18、 PLC在冷弯机组中的应用涉及机组前后的工序单机间速度匹配、整线速度的调整以及 型扁圈成型机 组的位置定位、各单机整线自动运行或手动运行的输入输出的控制、整线故障自诊断等控制方面，如压力机单机运行的电气控制及其与整线相联接的输入输出信号等；光电编码器和测长 轮同轴连接、 冷弯型材长度与相应的脉冲信号的转化问题，及利用 PLC的高速计数模块或伺服定位模块进行计数、定位控制，以实现冷弯型材的伺服测长送料和定尺剪切动作等。为了减少故障排除时间，整线电气控制的系统有启动提示、误操作提示、故障报警、逻辑互锁及自动停机等功能，并通过汉字显示终端，显示故障详细内容：如压机抬起不到位，伺服模块故障，直流过热等

19、信息。 6 在自动化领域出现触摸屏后， PLC和触摸屏的组合成为了一种主导的形式，触摸屏是一种连接人和机器的人机界面 , 它代替了原始的控制台和显示器 ,可用于数据显示和参数设置 ,并且可以用 动态曲线的形式描述系统的控制过程 ， 扩展了 PLC的功能 , 减少了按钮、开关、仪表等仪器的使用。 14操作人员可以直接通过触摸屏的按钮来控制系统的运行 , 简化了操作难度 , 且通过运行曲线可以更直观地掌握系统的运行状态。系统具有实时显示被控系统的参数值、显示曲线、火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件设计 4 控制、报警、记录及设置参数等功能 , 实现了 PLC的可视化功能。 10国内外已建立

20、了基于 PLC和触摸屏的 型扁圈成型机 控制系统 ， 是加工船体上的型钢构件如 型扁圈、 肋 骨、横梁、纵骨等的机器设备 , 通过三支点弯曲或者纯弯曲原理来加工型材以得到所要求的外形。 PLC和触摸屏的组合使用是工控领域的发展趋势。 1 3 3数控机床中基于单片机的控制系统 单片机应用系统是指以单片机为核心，配以一定外围电路和软件，能实现某种或几种功能的应用系统。单片机应用系统设计包括硬件和软件设计两大部分。一般来说，应用系统所要完成的任务不同，相应的硬件和软件也就不同。为了保证系统能可靠工作，在软、硬件设计中，还要考虑系统抗干扰设计。 很多成型机利用 PIC16F877 单片机，它具有哈佛总

21、线结构、 RISC技术、功耗低、驱动能力强、应用平台界面友好、开发方便、一次性编程、体积小等特点，因此以 PIC16F87X 单片机为主开发控制系统，在软、硬件的设计上有其独特优势，在成型机的控制系统中得到了广泛的应用。设计的软件部分由 PIC16F87X 单片机借助于开发软件 MPLAB-ICD在线编制和调试，单独完成；硬件部分则是根据软件的设计，通过在电路板上对单片机管脚的输入输出连接完成。上文所述软、硬件合成为数控装置，此装置是数控系统的核心，功能有正确识别和解释数控程序，对解释结果进行数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入输出程序。 根据本课题的设计要求，我们选用的 的是 51系列的单片

22、机作为主控制器。首先， 单片机 有较高的运算速度，开发成本低，结构简单，易于开发。而 89C51片内有 Flash ROM，可在现场修改和更新程序存储器的应用场合，使用方便 。另外，单片机的应用已经非常的广泛，具有许多可以借鉴的经验，为控制器的设计带来了方便。综上分析，我们采用了价格较低，信号处理能满足要求的 89C51单片机作为主控制器。 7 1.4 课题研究的主要内容 (1)在阅读文献以及深入企业实习的基础上，了解火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的的特点及工作原理。 (2)完成步进电机、电磁阀、伺服电机、接近传感器按键等的硬件电路的控制程序。 要求：扁圈周长精度正负 0.1mm，外型尺寸精度正

23、负 0.5mm。 (3)完成触摸屏的人机界面。 (4)完成设计说明书。 火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件设计 5 2 型扁圈成型机的系统概述 2.1 型扁圈成型机工作原理 成型机按机器的自动化程度可分为：自动成型机、全自动纸箱成型机等。基本成型机的工作原理是：纵向气缸先向下压下，使放置于左右夹板上的钢板弯曲；当需一次压时，主缸退回拿出弯芯，左右气缸退拿出钢样，左右夹板回设定坐标即可；当需要二次压时，先主气缸压下，左右微退 、 主缸退 、 取出弯芯，左右微进进行水平挤压，水平退 、 取出钢样 、 左右气缸回设定坐标 型 扁圈成型机工作流程如图 2.1 当中所示，启动开始按钮，送料缸作一

24、次送料动作，送入 钢样，然后将不平的钢样进行校平，得到平直度较高的材料。接下来送丝缸将调直的材料送入，驱动步进电机进行定长，将材料压紧，压紧后开始冲切。冲切完毕，在复位状态开始打圈成型，最后送出材料。 图 2.1 型扁圈成型机工作流程图 2.2 型扁圈成型机的设备概述 成型机的控制系统由硬件和软件两部分组成，根据设计要求和硬件选型，设计系统硬件连接如图 2.2 中所示。 其中功能按钮有五个，分别为： 电源，开始，暂停，单步调试，停止。 3个传感式接近开关在成型机中有一个是用来检测周长，两个用于打圈轮复位检测。电磁阀驱动气缸，完成冲切，打圈成型，出料等动作。由图可知， 计算机通过 RS485转换

25、器，依次连接多台 485设备（门禁控制器），采用轮询的方式，对总线上的设备轮流进行通讯。而 触摸屏是通过 MAX485 接口芯片与单片机完成通讯，进行参数传递的。 进料 校平 定长 冲切 打圈成型 出料 火电厂脱硫装置中型扁圈成型机的控制系统软件设计 6 L E D指 示 灯触 摸 屏人 机 界 面电 磁 阀驱 动 电 路步 进 电 机接 近 传感 装 置数 据存 储电 压 检测 电 路8 9 C 5 1单 片 机电 机 驱 动功 能按 钮R S 4 8 5电 磁 阀图 2.2 硬件控制连接方案 3 成型机控制系统 软件 方案的确定 3.1 成型机控制系统软件的 主体方案设计 根据系统硬件的设计，系统功能的实现主要是依靠软件的设计来完成。本系统的软件设计采用模块化设计，将系统分为若干个模块，分别实现各项功能。这样在系统软件的调试过程中，各个模块的独立调试有助于问题的发现和解决。在一定程度上减少了程序错误的发生，同时也节约了程序的调试时问。 整个系统软件由主程序、中断服务模块、步进电机驱动模块、工作方式模块、通讯处理模块等组成。根据成型机要实现的动作，设计系统程序流程图如下。