基于 PCI1711U 的气体流量控制系统设计

基于 PCI1711U 的气体流量控制系统设计
1. 设计任务和性能指标
1.1. 设计任务
1.1.1. 接线图设计
使用 PCI1711U、流量计、气动调节阀的所有接线图；包括接线操作、流量计、气 动调节阀的试验和基本应用等。
1.1.2. 程序设计
界面设计：主界面设计、设定流量曲线、实际流量实时趋势曲线等的设计。 数据采集与处理程序设计：PCI1711U 数据采集程序、D/A 输出程序，标度换算、 数字滤波程序设计等。 气体流量采集与 PID 控制程序设计：实现设定流量的实时控制。 要求：根据自己的学号与模 16 之余确定自己的 A/D 通道（采集实际流量） ，据此设 计相应的接线图；编写、调试和运行控制程序；整定 PID 参数满足相应的控制要求；撰 写设计报告。
图 3.1
PCI1711U 的 I/O 接口图
根据设计要求，A/D 通道号（采集实际流量）采用学号与模 16 之余，由于我的学 号为 2010441486，故输入通道选择 14，输出通道选择 1。接线图如图 3.2 所示：
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AI14 传感器 输入+ 信号+ AIGND AO1_Out AOGND
1.2. 性能指标
流量计：具体见说明书；气动调节阀：具体参数见说明书 数据采集误差：<0.5% 稳态误差：<1%（选） 动态误差：<5%（选）
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2.
设计方案
2.1. 系统总体设计
该系统气源采用空气压缩机提供气源，信号通过传感器和信号调理器进入 PCI1711U 数据采集卡，然后通过 PCI 总线把数据送入计算机，计算机再通过相反的过 程送入数据对生产对象进行控制。其系统框图如图 2.1 所示：
图 2.3
增量型控制示意图
增量型 PID 算法的算式：
u (n) a 0 e(n) a1e(n 1) a 2 e(n 2)
式中：
3.
a 0 K P (1
T TD ) TI T
a1 K P (1
2TD ) T
a2 K P
TD T
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图 4.1
主面板设计图
4.2. PID 控制算法设计
系统选择增量型 PID 控制算法，增量型 PID 算法的程序流程如图 4.2 所示：
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基于 PCI1711U 的气体流量控制系统设计 Nhomakorabea图 4.2
增量型 PID 算法的程序流程图
4.3. 图形显示设计
图形的显示采用的是 Image 组件，其历例程如下： for(int i=0;i<479;i++) t30tread[i]=t30tread[i+1];//刷新实时数据 t30tread[479]=37500*((sum/100.00)-3.967)/31;//最新数据赋值 Image1->Picture->LoadFromFile("QUSHI.BMP") ;//重调趋势背景，清除当前 Image1-> Canvas->Pen->Width = 1;//曲线粗细程度 Image1-> Canvas->Pen->Color = clRed;//曲线颜色为红色 Image1->Canvas->MoveTo(0,300);//曲线起点 for(int i=0;i<480;i++) Image1->Canvas->LineTo(i,300-t30tread[i]);//曲线由 480 点组成
u (n) u (n) u (n 1) K P e(n) e(n 1) K P T T e(n) K P D e(n) 2e(n 1) e(n 2) TI T
增量型控制示意图如图 2.3 所示：
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PCI1711U 板卡
24V直流电源 + -
调节阀 输入+ 信号+
图 3.2
硬件接线图
实物接线如图 3.3 所示：
图 3.3
实物接线图
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4. 系统软件设计
4.1. 主面板设计
该系统采用 Borland C++Builder 编辑主界面，进行设定值、测量值、阀开度、P、I、 D 等各项参数以及流量曲线、实际流量实时趋势曲线的显示。 系统有两种控制方式：手动控制方式和自动控制方式。手动控制方式即为直接输入 调节阀的开度进行控制，自动控制方式即为调节 P、I、D 的参数进行控制。 主面板的设计如图 4.1 所示：
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3. 系统硬件设计
PCI1711U 有如下特点： 16 路单端或 8 路差分模拟量输入,或组合方式输入 12 位 A/D 转换器, 采样数率可达 100KHz 每个通道的增益可编程 单端或差分输入自由组合 卡上 4K 采样 FIFO 缓冲器 2 路 12 位模拟量输出 16 路数字量输入及 16 路数字量输出 可编程触发器/定时器 板卡 ID PCI 总线数据传输 PCI1711U 的 I/O 接口图如图 3.1 所示：
图 2.1
基于 PCI1711U 板卡的控制系统框图
2.2. PID 设计
PID 设计以微型计算机作为控制器。控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变 控制规律，只要改变相应的程序即可。微机过程控制系统基本框图如图 2.2 所示：
图 2.2
微机过程控制系统基本框图
系统采用的是增量型 PID 算式，增量型控制公式如下：
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目
录
1. 设计任务和性能指标 ........................................................................................................... 1 1.1. 设计任务 ........................................................................................................................ 1 1.1.1. 接线图设计 .............................................................................................................. 1 1.1.2. 程序设计 .................................................................................................................. 1 1.2. 性能指标 ........................................................................................................................ 1 2. 设计方案 ............................................................................................................................... 2 2.1. 系统总体设计 ................................................................................................................ 2 2.2. PID 设计 ......................................................................................................................... 2 3. 系统硬件设计 ....................................................................................................................... 4 4. 系统软件设计 ....................................................................................................................... 6 4.1. 主面板设计 .................................................................................................................... 6 4.2. PID 控制算法设计 ......................................................................................................... 6 4.3. 图形显示设计 ................................................................................................................ 7 4.4. 滑动平均滤波设计 ........................................................................................................ 7 5. 调试及性能分析 ................................................................................................................... 9 5.1. 调试步骤 ........................................................................................................................ 9 5.1.1. 板卡调试 .................................................................................................................. 9 5.1.2. 程序调试 .................................................................................................................. 9 5.2. 性能分析 ........................................................................................................................ 9 6. 心得体会 ............................................................................................................................. 12 参考文献 .................................................................................................................................. 13 附录：程序清单 ...................................................................................................................... 14