炼油塔切焦过程控制系统软件设计(附件)【字数：9883】
摘 要随着科技的发展，自动化的应用越来越来普及了，在生产过程中加入自动化控制的话，就会大大的提高工作的效率和节省人力资源。由此而来，我的课题关于炼油厂里面炼油切焦过程的监视和控制就是利用单片机为基础的设计的一个简单的振动数据采集和波形频谱显示的系统，然后进行分析来对切焦过程进行控制。本课题的研究包含了两个部分，一是硬件设计，二是软件设计。其中硬件部分最重要的就是单片机芯片的选择，这对于振动信号采集和处理的速度有很大的关系，另外当然每种电路的知识也是同样的重要，这都是画图的基础。设计时将硬件分为设计电路图和各部分控制电路，例如数据采集电路、积分电路、时钟振荡电路、达林顿放大电路等。另外软件部分对于这个系统也是同样的很重要的，因为单片机和C语言程序是相辅相成的，谁也离不开谁。软件部分包含的是信号的产生和采集，就是扫频信号，经过采集，在呈现波形的软件部分利用的是插值法来编写程序的。然后就是LCD显示程序。最终实验结果就是能够在显示屏上显示出两个通道的波形和频谱，可以供以来作为控制切焦过程的依据。根据我们的课题可以看出自动化可以对现实生产的过来带来很简便的控制和操作。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3课题的主要研究内容 2
第二章 水力切焦过程控制系统设计思路 3
2.1总体概述 3
2.2切焦过程控制总体设计思想 4
第三章 水力切焦过程控制系统硬件设计 5
3.1硬件开发环境Protel99 SE简单介绍 5
3.2芯片选择与对比 5
3.4数据采集电路（信号放大电路） 7
3.4.1电压跟随器 8
3.4.2反相放大电路 9
3.4.3积分电路 10
3.5时钟振荡电路 10
3.6可编程增益放大器 11
3.7抗混滤波 13
3.8达林顿放大电路 14
第四章 水力切焦过程控制系统软件设计 15
4.1软件开发环境简介 15
4.2主程序 15
4.3 A/D转换 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
程序 15
4.4 D/A转换程序 17
4.5 LCD显示程序 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录一：源程序简单说明 22
第一章 绪论
1.1课题背景
伴着科学技术的快速发展，人们在以单片机为元件的理论上就研究出了一套数据采集系统，此后数据采集系统也快速的在很多领域得到运用，它在工业、地质、医疗器械、通讯等各个领域运用的比较多，并且是获取信息最好的基础。就像在工业控制系统中，控制单元和执行单元之外，应该也要有反馈环节。在反馈环节中，当中最重要的部分就是数据的采集。在实际生产中运用数据采集系统的话，能够完成对生产之中各类参数的采集、监视和记录，并且为降低生产成本和减少没必要的损失提供重要的信息和手段。
在以前的一些个工业现场都是人工读取和记录数据。然而由于时代在进步发展，工业现场需要采集和分析的数据越来越多，仅仅靠人工已经没有办法满足自动控制工业生产的需要了，在这样的情况下，依靠传感器的数据采集系统就这样快速的产生了。就如我所研究的课题水力切焦一样，同样也是采用单机机实现的自动化进程。
数据采集简而言之就是利用传感器或者其他的设备采集被测的信息，然后进一步通过处理单元对采集过来信息进行处理。数据采集系统一般包含传感器模块、转换模块、处理模块、校对模块和反馈模块。当然对于不同的领域来说，采集系统自然而然也是不可能一样的了。对于数据采集系统应该怎么样提升采集的准确性和高效性是当中最关键的部分，解决这个问题就能够让数据采集系统在各个领域得到利用。一般而言，传感器和A/D转换器的精确度可以决定准确性；A/D转换器的转换率决定了效率，主控制器的处理速度是前两个方面最重要的部分。
水力切焦是炼油的最后一道工序，从安装在塔外的传感器，获取切割的振动噪声信号，并据此判断塔内切割过程，并据此发出控制信号调整切割水刀的进刀过程。有5个传感器信号，送到控制电路，显示振动波形，并进行频谱分析，作为控制的依据。实现智能化控制，可以提高效率，节省电能。
1.2国内外研究现状
当前，海内在切焦过程中利用的延迟焦化装置，基本上都是依赖着操作工人不停的在现场查看除焦水，并且要通过听声音的变化来作为焦炭是否被切除干净的依据。现场的操作工人要求在高三十五米左右的的平台上，通过查看焦炭塔底部流出的切焦水，并以此来判断焦炭是否清除干净，要是选用这种方法的话受到天气环境的影响比较的大，同样也并不能满足全天候除焦的需求。一些炼油厂的操作人员误以为焦炭是干净的，实际上切不干净的焦炭塔入口温度封锁事件发生焦炭焦炭塔壁过程中。一些炼油厂，以避免不影响除焦过程的安全，被迫延长焦炭去除时间，切焦结束后派工人到塔底利用强光手电再观察的办法来确保焦炭清除干净，然而这些措施既浪费时间不说而且效率也是非常低的，同时也非常的耗费劳动力，而且影响切焦装置的安全生产。
水力除焦的效率直接影响焦炭塔的效率和焦化周期和设备的加工能力，由此它的自动化水平高低对焦化装置的经济安全运行、产能的提高，对炼油企业重油加工平衡具有重要意义。很多国内外的一些企业对此进行了很深刻的许多研究。美国的CONOCO公司是首先开始利用水力切焦控制系统，在80年代的时候就实施了这项技术，经历了三年的时间才取得成功。然而当时它也只是一个简单的系统，而且也是需要人工操作的，并且没有相应的检测系统的开发。
上世纪90年代日本得公司展示了CS3000集散控制系统，CS3000系统拥有功能强、可靠性高、扩散性好的特征，而且能够完成一些复杂控制的需求。但它不能实现水力切焦过程的自动检测，也不能实现除焦过程的自动控制。
在上个世纪80年代以来，我国展现出水力除焦控制系统，并在1996年就已经能够国产了，到目前为止已经达到比较先进的水平，因此，购买相关设备不需要依赖进口。然而，目前水力除焦控制系统的自动化还是有特别大的提升空间。中国最早的PLC液压焦控制系统是参考欧姆龙c200g PLC基本设备的日本公司，可靠的控制阀来代替开关阀门的手动操作从而减轻了操作工人的工作强度。系统配有仪表控制柜，可检测现场工作，更换现场仪表显示，系统具有联锁保护功能，进一步提高了系统的安全性。然而这个系统并不具有判断除焦是否结束的功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3课题的主要研究内容 2
第二章 水力切焦过程控制系统设计思路 3
2.1总体概述 3
2.2切焦过程控制总体设计思想 4
第三章 水力切焦过程控制系统硬件设计 5
3.1硬件开发环境Protel99 SE简单介绍 5
3.2芯片选择与对比 5
3.4数据采集电路（信号放大电路） 7
3.4.1电压跟随器 8
3.4.2反相放大电路 9
3.4.3积分电路 10
3.5时钟振荡电路 10
3.6可编程增益放大器 11
3.7抗混滤波 13
3.8达林顿放大电路 14
第四章 水力切焦过程控制系统软件设计 15
4.1软件开发环境简介 15
4.2主程序 15
4.3 A/D转换 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
程序 15
4.4 D/A转换程序 17
4.5 LCD显示程序 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录一：源程序简单说明 22
第一章 绪论
1.1课题背景
伴着科学技术的快速发展，人们在以单片机为元件的理论上就研究出了一套数据采集系统，此后数据采集系统也快速的在很多领域得到运用，它在工业、地质、医疗器械、通讯等各个领域运用的比较多，并且是获取信息最好的基础。就像在工业控制系统中，控制单元和执行单元之外，应该也要有反馈环节。在反馈环节中，当中最重要的部分就是数据的采集。在实际生产中运用数据采集系统的话，能够完成对生产之中各类参数的采集、监视和记录，并且为降低生产成本和减少没必要的损失提供重要的信息和手段。
在以前的一些个工业现场都是人工读取和记录数据。然而由于时代在进步发展，工业现场需要采集和分析的数据越来越多，仅仅靠人工已经没有办法满足自动控制工业生产的需要了，在这样的情况下，依靠传感器的数据采集系统就这样快速的产生了。就如我所研究的课题水力切焦一样，同样也是采用单机机实现的自动化进程。
数据采集简而言之就是利用传感器或者其他的设备采集被测的信息，然后进一步通过处理单元对采集过来信息进行处理。数据采集系统一般包含传感器模块、转换模块、处理模块、校对模块和反馈模块。当然对于不同的领域来说，采集系统自然而然也是不可能一样的了。对于数据采集系统应该怎么样提升采集的准确性和高效性是当中最关键的部分，解决这个问题就能够让数据采集系统在各个领域得到利用。一般而言，传感器和A/D转换器的精确度可以决定准确性；A/D转换器的转换率决定了效率，主控制器的处理速度是前两个方面最重要的部分。
水力切焦是炼油的最后一道工序，从安装在塔外的传感器，获取切割的振动噪声信号，并据此判断塔内切割过程，并据此发出控制信号调整切割水刀的进刀过程。有5个传感器信号，送到控制电路，显示振动波形，并进行频谱分析，作为控制的依据。实现智能化控制，可以提高效率，节省电能。
1.2国内外研究现状
当前，海内在切焦过程中利用的延迟焦化装置，基本上都是依赖着操作工人不停的在现场查看除焦水，并且要通过听声音的变化来作为焦炭是否被切除干净的依据。现场的操作工人要求在高三十五米左右的的平台上，通过查看焦炭塔底部流出的切焦水，并以此来判断焦炭是否清除干净，要是选用这种方法的话受到天气环境的影响比较的大，同样也并不能满足全天候除焦的需求。一些炼油厂的操作人员误以为焦炭是干净的，实际上切不干净的焦炭塔入口温度封锁事件发生焦炭焦炭塔壁过程中。一些炼油厂，以避免不影响除焦过程的安全，被迫延长焦炭去除时间，切焦结束后派工人到塔底利用强光手电再观察的办法来确保焦炭清除干净，然而这些措施既浪费时间不说而且效率也是非常低的，同时也非常的耗费劳动力，而且影响切焦装置的安全生产。
水力除焦的效率直接影响焦炭塔的效率和焦化周期和设备的加工能力，由此它的自动化水平高低对焦化装置的经济安全运行、产能的提高，对炼油企业重油加工平衡具有重要意义。很多国内外的一些企业对此进行了很深刻的许多研究。美国的CONOCO公司是首先开始利用水力切焦控制系统，在80年代的时候就实施了这项技术，经历了三年的时间才取得成功。然而当时它也只是一个简单的系统，而且也是需要人工操作的，并且没有相应的检测系统的开发。
上世纪90年代日本得公司展示了CS3000集散控制系统，CS3000系统拥有功能强、可靠性高、扩散性好的特征，而且能够完成一些复杂控制的需求。但它不能实现水力切焦过程的自动检测，也不能实现除焦过程的自动控制。
在上个世纪80年代以来，我国展现出水力除焦控制系统，并在1996年就已经能够国产了，到目前为止已经达到比较先进的水平，因此，购买相关设备不需要依赖进口。然而，目前水力除焦控制系统的自动化还是有特别大的提升空间。中国最早的PLC液压焦控制系统是参考欧姆龙c200g PLC基本设备的日本公司，可靠的控制阀来代替开关阀门的手动操作从而减轻了操作工人的工作强度。系统配有仪表控制柜，可检测现场工作，更换现场仪表显示，系统具有联锁保护功能，进一步提高了系统的安全性。然而这个系统并不具有判断除焦是否结束的功能。
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