【DQ059】便携式煤质分析仪控制系统设计[论文类]
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便携式
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【DQ059】便携式煤质分析仪控制系统设计[论文类],dq059,便携式,煤质,分析,控制系统,设计,论文
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湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 便携式媒质分析仪控制系统设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2008963328 姓 名： 龚望宜 指导教师： 朱石沙 完成日期： 2012 年 5 月 20日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 便携式 煤质分析仪控制系统设计 学号： 2008963328 姓名： 龚望宜 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 朱石沙 系主任： 一、主要内容及基本要求 主要内容： 握单片机系统的主要硬件模块的原理； c 语言下的编程 ； 出对 便携式煤质分析仪 的需求分析以及可行性分析； 划、系统功能）以及系统设计（设计目标、开发 及运行环境、逻辑结构设计）； 现各功能模块。 基本要求： 1 仪器符合企业的特点，成本相对较低； 动化程度较高的检测平台； 3 检测系统运行稳定，安全 ； 洁、正确，引文规范；设计书名书文字通畅； 5 翻译一篇外文文献， 3000 字以上 二、重点研究的问题 快速检测的煤质检测平台； 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 资料查阅，开题准备，对课题总体构思。 2012 年 3 月 02 日 2 开题报告、制订设计方案 2012 年 3 月 10 日 4 具体设计阶段，主要是初步画出控制电路图 2012 年 4 月 10 日 5 写出初稿 2012 年 4 月 28 日 6 修改，写出第二稿 2012 年 5 月 01 日 7 写出正式稿 2012 年 5 月 04 日 8 答辩 2012 年 5 月 31 日 四、应收集的资料及主要参考文献 1中华人民共和国煤的工业分析方法 T 212 2何立民 系统配置与接口技术 1990,5 3李永敏 据转换及采集技术 1987,3 4张毅刚等 武汉力源单片机技术研究所 ,1996, 5杨宁 北华大学学报（自然科学版） ,2000,1 6徐志军 M2000, 6 7赵不贿 M2001,3 8张洪润、蓝清华 M1997, 6 9张毅刚等编 . 哈尔滨工业大学出版社 ,1993,6 10嵌入式处理器在便携式煤质分析仪中的应用机电设备 2007年 08 期 11基于 械制造与自动化 2007年 05期 12如何提高煤炭灰分测定的准确度科技创新导报 2010年 05期 13入厂煤机械自动采样的应用上海电力 2006年 06期 14我国煤质分析标准中的常用符号煤炭加工与综合利用 1989年 03 期 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2008963328 姓名 龚望宜 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 便携式 煤质分析仪控制系统设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量是否适当； 研、社会等实际相结合。 能力 合归纳资料的能力； 究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力如何； 无创新之处。 综 合 评 价 能独立查阅文献和从事其他调研；综合分析的正确性和设计、计算的正确性，论证的充分性综述简练完整，有见解，立论正确，论述充分，结论严谨合理，验证正确，分析处理科学，文字通顺，技术用语准确，符号标准统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备，整洁，正确；论文结果有应用价值，图纸绘制符合国家标准，质量符合要求，计算及测试结果准确，工作中有创新意识，对前人工作有改进或突破，有独特见解。 评阅人： 年 月 日 湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴 定意见 学号： 2008963328 姓名： 龚望宜 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 37 页 图 表 4 张 论文（设计）题目： 便携式 煤质分析仪控制系统设计 内容提要： 便携式煤质分析仪携 带方便 , 可以直接携带至火车、汽车或煤堆上 , 进行现场检验。工业的发展 成本 已成为 核心的市场 下 ，为大幅度降低煤价，改烧低质煤或混配煤已成为越来越多厂 矿 首要考虑的问题。入炉煤质的变化对锅炉燃烧具有重大影响，尤其是在锅炉燃煤偏离设计煤种时，将给运行调整带来更大的困难。过去，通过采制样化验煤质的方法尽管具有很高的分析精度，但存在较大的采制样误差，而且至少要数小时才能分析出结果，对实时燃烧调整和优化运行的促进作用非常有限，因此迫切需要能在线分析煤质的新技术和新产品。此外，燃料资源的质量不稳定性和多样性也会影响到制粉系 统和锅炉燃烧的安全性，直接关系到 生产 的安全 和 经济 的 运行。因此，为保持和控制燃料质量而进行配煤，并对整个燃烧过程进行有效监测以便确定混煤对燃烧效率和污染物排放的影响就变得尤为重要。 指导教师评语 。 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 目 录 摘 要 . 1 . 2 第 1 章 绪 论 . 3 言 . 3 艺流程 . 3 第 2 章 控制方案设计 . 5 统控制要求 . 5 第 3 章 硬件部分设计 . 7 机 . 7 片机的概述 . 7 控单片机的选择 . 8 度检测 . 14 度传感器 . 15 算放大器 . 19 ： . 31 行程序 . 31 第 5 章 收获与体会 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 1 便携式煤质分析仪控制系统 摘 要： 便携式煤质分析仪在工业上应用非常广泛。主要用于煤的生产开采和商业部门及用煤的各类用户，如焦化厂、电厂、化工厂等。根据分析结果，我们可以大致了解煤中有机质的含量及发热量的高低，从而初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途，根据工业分析数据还可计算煤的发热量和焦化产品的产率等。煤的工业分析。本论文中我们采用 51 单片机系列中的 片机作为主控单片机。通过一个 入两个模拟量，即质量与温度。通过 8255A 加上基本驱动电路来控制加热丝，从而达到 预定温度。由于 c 语言同时具有硬件语言和高级语言特点，使编程大大简化的同时，效率也没有实质的降低。所以本文中我们采用 c 语言进行软件方面编程。主控程序主要完成 开关控制（氧气开光，氮气开关控制）、温度显示、温度检测及温度值变换（完成 A/D 转换 及数字滤波） 。温度控制 、报警等功能。通过本论文的设计，大大提高了煤质分析的自动化程度。 关键词： 煤质分析仪； 片机； 2 a of of in of as to of we of in of a on of be to of so of In as 1 8255A to so as to a C at is in So in we c to / D of of of 809 3 第 1 章 绪 论 言 便携式煤质分析仪携带方便 , 可以直接携带至火车、汽车或煤堆上 , 进行现场检验。工业的发展 成本 已成为 核心的市场 下 ，为大幅度降低煤价，改烧低质煤或混配煤已成为越来越多厂 矿 首要考虑的问题。入炉煤质的变化对锅炉燃烧具有重大影响，尤其是在锅炉燃煤偏离设计煤种时，将给运行调整带来更大的困难。过去，通过采制样化验煤质的方法尽管具有很高的分析精度，但存在较大的采制样误差，而且至少要数小时才能分析出结果，对实时燃烧调整和优化运行的促进作用非常有限，因此迫切需要能在线分析煤质的新技术和新产品。此外， 燃料资源的质量不稳定性和多样性也会影响到制粉系统和锅炉燃烧的安全性，直接关系到 生产 的安全 和 经济 的 运行。因此，为保持和控制燃料质量而进行配煤，并对整个燃烧过程进行有效监测以便确定混煤对燃烧效率和污染物排放的影响就变得尤为重要。 便携式 煤质 分析仪 可以快速、准确地对入煤 质 进行实时分析测量，达到有效把握和控制煤炭质量的目的，使燃煤质量更具科学性和可靠性，在提高生产的安全性和经济性、实现过程控制方面具有极其重要的意义和巨大的经济潜力。该技术从 80 年代中期开始就在美国、澳大利亚和欧洲得到了较快地发展，近 10 年才引入国内。 设备多为进口，价格较高， 所以本研究对我国煤质的检测技术的发展有很重要的积极的意义。 艺流程 本设计中煤的分析方法采用 212准进行设计。 （ 1）水分检测方法： 称取一定量的分析实验煤样，置于（ 105氏度干燥中，在干燥氮气流中干燥到质量恒定。 结果计算：按 (1)计算一般分析试验煤样的水分 M1=00 m （ 1） 式中： 般分析试验煤样水分的质量分数， 取的一般分析试验煤样的质量，单位为克（ g）， 样干燥后失去 的质量，单位为克（ g）。 4 表 1分测定结果的重复性限 水分质量分数（ (2)挥发分检测方法： 将分析实验煤样经水分检测后，隔绝空气，在（ 90010）摄氏度下，热 7少的质量除以煤样总质量即为挥发分。 结果计算 ： 按 (1)计算一般分析试验煤样的挥发分 M2=00 （ 2） 式中： 般分析试验煤样挥发分的质量分数 ， 取的一般分析试验 煤样的质量，单位为克（ g） ， 样干燥后失去的质量，单位为克（ g）。 般分析试验煤样水分质量分数。 表 1发分测定的精密度 挥发分质量分数 /% 重复性限 再现性临界差 3）灰分检测方法： 将分析实验煤样经水分与挥发份检测后，通入氧气流，加热到（ 81510）摄氏度，直到质量保持不变（即完全灰发后）。 结果计算 ： 按 (1)计算一般 分析试验煤样的灰分 M3=00 m （ 3） 式中： 气干燥灰分的质量分数 ， 取的一般分析试验煤样的质量，单位为克（ g） ， 样燃烧后残留物质的质量，单位为克（ g）。 表 1分测定的精密度 灰分质量分数 /% 重复性限 再现性临界差 5 第 2 章 控制方案设计 统控制要求 系统一次总共需检测一件煤样。为了准 确测量煤质，总共需要两个个参数即一个质量参数与一个温度参数。还有一个温度度控制输出还输出量。两个开关输出量。即氧气开控制 ， 氮气开关控制。还有一个报警输出量。 本课题是以八位单片机为核心的控制系统，来控制便携式煤质分析仪对煤质的快速检测，该系统控制的最高温度是 1000 。当温度超出预置检测温度 10时，由蜂呜器发出报警声。总共包括以下四个模块：人机对话模块（包含显示与报警）、质量检测模块、温度检测模块、温度控制模块。在温度检测模块中，为了提高数据采样的可靠性，采用四次采样的数字滤波方法。 产品的工艺不同，控 制温度的精度也不同，因而所采用的控制算法也不同，就温度控制系统的动态特性来讲，基本上都是具有纯滞后的一阶环节，当系统精度及温度控制的线性性能要求较高时，采用 法或达林顿算法来实现温度控制。 本系统是一个典型的闭环控制系统。从技术指标可以看出系统对控制精度的要求不高，对升降温过程的线性也没有要求。因此，系统采用最简单的通断控制方式，即当烘干箱温度达到设定值时断开加热电炉，当温度降到低于某值时接通电炉开始加热，从而保持恒温制。 基本操作流程： （ 1） 打开电源和计算机检测系统程序； （ 2） 放入待测煤样件 ， 仪器自动称重并 保存样件质量； （ 3） 称重完后 ， 运行测水分的程序 。 先炉体内通入氮气 ， 炉温上升至 110 ，加热至质量恒定时 ， 仪器自动记录数据 ； （ 4） 测完水分后 ， 系统控制炉体温度上升至 900 左右 ， 测挥发分 ， 加热至质量恒定时 ， 仪器自动记录数据 ； (5) 测完挥发分后 ,最后测灰分 ， 先炉体的温度通过恒温调节器降温至815 ， 炉体内通入氧气 ， 加热至当天平测试的数据保持不变时 ， 仪器自动记录数据 32 =0; ,R=0,A=0,B=0,C=0,D=0,E,F,G,t； i,j,k,l,m,n; =1; /*过载报警 */ B=A; /*水分检测 */ =1 /*打开氮气开关 */ R=B; 110) /*当温度大于 110 摄氏度时，关闭加热开关 */ /*通过控制 8255 芯片 闭加热开关 */ /*对 A、 B、 C 工作方式进行设置 */ =0; 33 =1; /*设置 A、 B、 C 工作方式为 0*/ /*将 为 0*/ /*把温度存入 H 内存单元中 */ =0; /*选则 通道 0，即选通温度模拟量进行转换 */ =1; /*锁存通道 */ =0; =1; /*启动 A/D 转换 */ 27=0) /*查询是否转换完成 */ =0； /*选通 询信号 */ =0 /*，输入 态 */ =1; /*转换完毕 ,使 口高电平，输出转换结果 */ /*将 口置一，输入转换后的数据至 口 */ H=H=H*4; H=H=H*4; /*动态显示实时温度 */ i=H/1000%10; /*温度千位存入内存单元 i*/ j=H/100%10; /*温度百位存入内存单元 j*/ k=H/10%10; /*温度十位存入内存单元 k*/ l=H%10; /*温度个位存入内存单元 l*/ t=5000000 /*每 个十秒检测一次 */ /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssi; /*段锁存，输出千位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssj; /*段锁存，输出百位 */ =0; =1; /*位锁存 */ 34 =0; =1; P0=ssk; /*段锁存，输出十位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssl; /*段锁存，输出个位 */ =0; =1; /*通过控制 质量输入内存单元 B*/ =1; /*选则通道 1，即选通质量模拟量进行转换 */ =1; /*锁存通道 */ =0; =1; /*启动 A/D 转换 */ P21=0 27=0) /*查询是否转换完成 */ =0； /*选通 询信号 */ =0 /*，输入 态 */ =1; /*转换完毕 ,使 口高电平，输出转换结果 */ /*将 口置一，输入转换后的数据至 口 */ B= ) /*质量是否有变化 */ =0 /*关闭氮气开关 */ C=B; /*挥发分检测 */ R=C; 110) /*当温度大于 110 摄氏度时，关闭加热开关 */ 1000) /*当温度大于 1000 摄氏度时，关闭加热开关 */ /*通过控制 8255 芯片 闭加热开关 */ /*对 A、 B、 C 工作方式进行设置 */ =0; =1; /*设置 A、 B、 C 工作方式为 0*/ /*将 为 0*/ H= /*把温度 存入 H 内存单元中 */ H=H*4; H=H=H*4; /*动态显示实时温度 */ i=H/1000%10; /*温度千位存入内存单元 i*/ j=H/100%10; /*温度百位存入内存单元 j*/ k=H/10%10; /*温度十位存入内存单元 k*/ l=H%10; /*温度个位存入内存单元 l*/ t=5000000 /*每个十秒检测一次 */ /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssi; /*段锁存，输出千位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssj; /*段锁存，输出百位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssk; /*段锁存，输出十位 */ =0; =1; 36 /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssl; /*段锁存，输出个位 */ =0; =1; /*通过控制 质量输入内存单元 C*/ =1; /*选则通道 1，即选通质量模拟量进行转换 */ =1; /*锁存通道 */ =0; =1; /*启动 A/D 转换 */ =0 ) /*查询是否转换完成 */ =0； /*选通 询信号 */ =0 /*，输入 态 */ =1; /*转换完毕 ,使 口高电平，输出转换结果 */ /*将 口置一，输入转换后的数据至 口 */ C= ) /*质量是否有变化 */ D=C; /*灰分检测 */ =1; /*打开氧气开关 */ R=D; 820) /*当温度大于 820 摄氏度时，关闭加热开关 */ /*通过控制 8255 芯片 闭加热开关 */ /*对 A、 B、 C 工作方式进行设置 */ 37 =0; =1; /*设置 A、 B、 C 工作方式为 0*/ /*将 为 0*/ H= /*把温度存入 H 内存单元中 */ H=H*4; H=H=H*4; /*动态显示实时温度 */ i=H/1000%10; /*温度千位存入内存单元 i*/ j=H/100%10; /*温度百位存入内存单元 j*/ k=H/10%10; /*温度十位存入内存单元 k*/ l=H%10; /*温度个位存入内存单元 l*/ 00000) /*每个十秒检测一次 */ /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssi; /*段锁 存，输出千位 */ =0; =1; /*位锁存 */ P24=0; =1; P0=ssj; /*段锁存，输出百位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssk; /*段锁存，输出十位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssl; /*段锁存，输出个位 */ =0; =1; /*输出挥发分百分比 */ 38 /*通过控制 质量输入内存单元 D*/ =1; /*选则通道 1，即选通质量模拟量进行转换 */ =1; /*锁存通道 */ =0; =1; /*启动 A/D 转换 */ =0 27=0) /*查询是否转换完成 */ =0； /*选通 询信号 */ =0 /*，输入 态 */ =1; /*转换完毕 ,使 口高电平，输出转换结果 */ /*将 口置一，输入转换后的数据至 口 */ D= ) /*质量是否有变化 */ =0 ； /*关闭氧气开关 */ /*百分比显示 */ F=(100/A; i=F/10%10; /*水分百分比十位 */ j=F%10; /*水分百分比个位 */ E=(100/A; k=F/10%10; /*挥发分百分比十位 */ l=F%10; /*挥发分百分比个位 */ G=(D/A); m=F/10%10; /*灰分百分比十位 */ =F%10; /*灰分百分比个位 */ ) /*数码管动态显示 */ /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssi; /*段锁存，输出水分百分比十位 */ =0; =1; /*位锁存 */ P24=0; =1; P0=ssj; /*段锁存，输出水分百分比个位 */ =0; =1; /*位锁存 */ 39 =0; =1; P0=ssk; /*段锁存，输出挥发分百分比十位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssl; /*段锁存，输出挥发分百分比个位 */ =0; =1; /*位锁存 */ =0; =1; P0=ssm; /*段锁存，输出灰分百分比十位 */ =0; =1; /*位锁 存 */ =0; =1; P0=ssn; /*段锁存，输出灰分百分比个位 */ =0; =1; 40 第 5 章 收获与体会 毕业设计刚开始时，拿着选定的题目不知道如何入手。毕竟与课程设计和实验课不同，程序和电路原理图都要自己编写和设计。静下心来，仔细分析题目， 加上指导老师的说明和提示，朱老师专门给我们讲了一下关于毕业设计所需要的知识，心中才有了点谱。于是我知道了要将整个系统 设计的基本流程就是 根据不同的功能化分成模块，在分别进行程序设计，逐个攻破，最后再进行整合 。通过这次毕业设计，使我受益颇多。巩固了课堂上学到的许多理论知识， 在毕业设计的实践中也出现了很多问题，通过对这些问题的解决，使我个能能力也有了很大的提高。自己亲自设计一个系统从硬件到软件的编程，让我学会面对一个实际问题，如何去自己收集资料，如何自己去学习新的知识，并且能够自己去制定解决问题的方案并通过实践不断地去分析和解决前进道路上的一切问题。 虽然碰到不少的问题，但是在老师的指导以及自己的努力下，终于取得了一定成果。总体来时这次毕业设计是我达到了一下几个目的 ： 1、熟悉 片机功能及工作特性， 掌握其接口扩展方法。 2、通过对数据采集的分析，了解了各种传感器、放大器及 A/D 转换器 3、采用面向对象的思想，分层次、分模块构建设计的总体框架 。 41 致谢 本次的毕业设计 ，要特别感谢我的指导老师 朱石沙 老师。 朱 老师不仅为我们提供了 论文设计所需的相关资料 ，更是详细地为我们讲述 其中 的主要 原理 ；同时，在 系统 的实现上， 朱 老师还提出了许多有帮助的建议；此外，在百忙中给予我们论文上规范化的指导。特别是当我准备尝试 很多新的想法进行毕业设计实践时 ， 朱 老师给 予 了我肯定的支持。在此表示我深深的感谢。 感谢答辩小组的老师们，谢谢 你们给我们的意见和建议，相信在以后的生活中会给予我们很大的帮助！ 最后，感谢大学四年学习过程中，给予我们学业上指导和关怀的老师们，谢谢！ 42 参考 文献 1何立民 系统配置与接口技术 1990,5 2孙育才 列单片微型计算机及其应用 1987,2 3李永敏 据转换及采集技术 1987,3 4张毅刚等 片机原理及应用 1996, 5杨宁 北华大学学报（自然科学版） ,2000,1 6徐志军 M2000, 6 7赵不贿 M2001,3 8张洪润、蓝清华 M1997, 6 9张毅刚等编 . 片机应用设计 1993,6 10沙占友 M1998,4 11张俊谟编著 应用 社 ,2000,6 12何立民编著 北京航空航天大学出版出社 ,2000,8 13张奋程 字集成电路应用手册 1995
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