第9章计算机控制系统的应用实例
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①10点参数检测功能
入口水温、出口水温、蒸汽温度、冷却塔底温度，共8 路温度，量程为0～100℃，检测精度为0．2级。两路循环 水流量，量程为200～1200L／h，检测精度为1级。还有计 算显示出入口温差、瞬时污垢热阻、水阀与风阀门开度、 试验时间与剩余时间。
②22个参数设定功能
换热器试管直径与长度、流量与温度的给定值、PID控 制的比例系数、积分时间、微分时间以及即时时间与试验 时间。
A及+5V，则b点呈高电平，而电极Байду номын сангаас 仍悬空则c
点为低电平，这时不论水位处于上升或下降趋势，
水泵都应继续维持原有的工作状态，见表中第二种
组合；当水位上升达到上限时，电极B、C通过水
导体连到 电极A及+5V，因此b点、c点呈高电平，
这时水泵应停止供水，如表中第四种组合；还有第
三种组合即水位达到电极C却未达到电极B，即c点
+ 5V
～ 220V
KA
C B A
c 81k
b P1.0
P1.1 81k
XTAL1 30PF
30PF XTAL2
AT89C 2051
+12V + 5V
KM
330Ω
12MH Z
P1.2
+ 5V
P1.3
330Ω
图 15-8 水槽水位控制电路 图9.2 水槽水位控制电路
2．硬件电路 根据工艺要求，设计的控制系统硬件电路如图
图9.4 IPC硬件组成框图
（1）工艺流程
模拟试验装置的主要流程如图9.3所示， 左下方水槽中的冷水经水泵、调节阀打入换 热器，与蒸汽换热后，导入冷却塔与冷风换 冷，喷淋而下回落到水槽，再由水泵打循环。
图9.3 循环水动态模拟试验装置控制流程图
（2）控制要求
通常情形是用户配置两套这样的模拟装置同时运行，因 而计算机系统应同时面向两台模拟装置，集检测、控制与 管理于一体，主要完成如下功能：
表9-1 水位信号及操作状态表
C(P1.1) b(P1.0) 水位
操作
0
0
B点以下 水泵启动
0
1
B、C之 维持原状
间
1
0
系统故障 故障报警
1
1
C点以上 水泵停止
当水位降到下限B以下时，电极B与电极C在
水面上方悬空，b点、c点呈低电平，这时应启动
水泵供水，即是表中第一种组合；当水位处于下限
与上限之间，由于水的导电作用，电极B连到电极
⑥其他功能指标 所有参数的采样、计算、控制周期均为0.25S，刷新显示周 期为2S，试验数据记录时间间隔按工艺要求而定，数据保 存时间为10年，系统内部设有软件硬件自诊断、自恢复功 能，具有永不“死机”的高度可靠性。
上述所有参数均以汉字分屏幕显示，且附有提示菜单以便操 作。
2．硬件设计
根据上述系统功能及技术指标的要求， 采用一台现成的STD总线IPC较为适宜。选 用某电子工厂的IPC产品，共由10块功能模 板及外设组成，如图9.4所示。
第9章 计算机控制系统的应用实例
9.1 水槽水位单片机控制系统 9.2 循环水装置IPC系统 9.3 中水回用PLC控制系统 9.4 火电厂DCS控制系统
9.1 水槽水位单片机控制系统
对于小型测控系统或者某些专用的智能化 仪器仪表，一般可采用以单片机为核心、配以 接口电路和外围设备、再编制应用程序的模式 来实现。下面以一个简单的水槽水位控制系统 为例。
为高电平而b点为低电平，这在正常情况下是不可
能发生的，作为一种故障状态，在设计中还是应考
虑的。
(3) 控制报警部分：由P1.2端输出高电 平，经反相器使光耦隔离器导通，继电器线 圈KM得电，常开触点KA闭合，启动水泵运 转；当P1.2端输出低电平，经反相器使光耦 隔离器截止，继电器线圈J失电，常开触点 断开，则使水泵停转。由P1.3端输出高电平， 经反相器变为低电平，驱动一支发光二极管 发光进行故障报警。
③10个参数标定功能 对8路温度、2路流量进行现场标定。
④PID控制功能 实时控制2路入口水温与2路循环水流量，温度控制精度： 设定值 ±0．5℃；流量控制精度：设定值±2％ FS（FS 即Full Scale，意为满刻度或满量程）。
⑤工艺计算、列表绘图功能 根据污垢热阻计算公式计算并显示出瞬时污垢热阻，而且 自动生成试 验数据列表。自动绘制时间-污垢热阻曲线。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．软件设计 4．功能画面
1．系统概述
大型化工企业普遍采用冷却水循环使 用技术，但循环冷却水同时带来设备的结垢 与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验 装置，模拟生产现场的流态水质、流速、金 属材质和循环冷却水进出口温度等主要参数， 来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相 应的操作工艺条件。
9.1所示，这是一个用单片机采集水位信号并通过 继电器控制水泵的小型计算机控制系统。主要组成 部分的功能如下：
(1) 系统核心部分：采用低档型AT89C2051单 片机，用P1.0和P1.1端作为水位信号的采集输入口， P1.2和P1.3端作为控制与报警输出口。
(2) 水位测量部分：电极A接+5V电源，电极B、 C各通过一个电阻与地相连。b点电平与c点电平分 别接到P1.0和P1.1输入端，可以代表水位的各种状 态与操作要求，共有4种组合，如表9-1所示。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．程序设计
1．系统概述
通过水槽水位的高低变化来启停水泵，从
而达到对水位的控制目的，这是一种常见的工
艺控制。如图9.1点划线框内所示，一般可在水 槽内安装3个金属电极A、B、C，它们分别代 表水位的下下限、下限与上限。工艺要求：当
水位升到上限C以上时，水泵应停止供水；当 水位降到下限B以下时，应启动水泵供水；当 水位处于下限B与上限C之间，水泵应维持原有 的工作状态。
3．程序设计
程序流程如图9.2所示。
开始 设置堆栈指针
P1.1、P1.0=00？ 启动水泵P1.2←1
P1.1、P1.0=10？ 故障报警P1.3←1
P1.1、P1.0=11？ 停止水泵P1.2←0
9.2 循环水装置IPC系统
☏ 在以模拟量为主的中小规模控制条件下， 应优先选择IPC控制装置，下面介绍用一 台STD总线IPC控制循环水动态模拟试验 装置的实例。
入口水温、出口水温、蒸汽温度、冷却塔底温度，共8 路温度，量程为0～100℃，检测精度为0．2级。两路循环 水流量，量程为200～1200L／h，检测精度为1级。还有计 算显示出入口温差、瞬时污垢热阻、水阀与风阀门开度、 试验时间与剩余时间。
②22个参数设定功能
换热器试管直径与长度、流量与温度的给定值、PID控 制的比例系数、积分时间、微分时间以及即时时间与试验 时间。
A及+5V，则b点呈高电平，而电极Байду номын сангаас 仍悬空则c
点为低电平，这时不论水位处于上升或下降趋势，
水泵都应继续维持原有的工作状态，见表中第二种
组合；当水位上升达到上限时，电极B、C通过水
导体连到 电极A及+5V，因此b点、c点呈高电平，
这时水泵应停止供水，如表中第四种组合；还有第
三种组合即水位达到电极C却未达到电极B，即c点
+ 5V
～ 220V
KA
C B A
c 81k
b P1.0
P1.1 81k
XTAL1 30PF
30PF XTAL2
AT89C 2051
+12V + 5V
KM
330Ω
12MH Z
P1.2
+ 5V
P1.3
330Ω
图 15-8 水槽水位控制电路 图9.2 水槽水位控制电路
2．硬件电路 根据工艺要求，设计的控制系统硬件电路如图
图9.4 IPC硬件组成框图
（1）工艺流程
模拟试验装置的主要流程如图9.3所示， 左下方水槽中的冷水经水泵、调节阀打入换 热器，与蒸汽换热后，导入冷却塔与冷风换 冷，喷淋而下回落到水槽，再由水泵打循环。
图9.3 循环水动态模拟试验装置控制流程图
（2）控制要求
通常情形是用户配置两套这样的模拟装置同时运行，因 而计算机系统应同时面向两台模拟装置，集检测、控制与 管理于一体，主要完成如下功能：
表9-1 水位信号及操作状态表
C(P1.1) b(P1.0) 水位
操作
0
0
B点以下 水泵启动
0
1
B、C之 维持原状
间
1
0
系统故障 故障报警
1
1
C点以上 水泵停止
当水位降到下限B以下时，电极B与电极C在
水面上方悬空，b点、c点呈低电平，这时应启动
水泵供水，即是表中第一种组合；当水位处于下限
与上限之间，由于水的导电作用，电极B连到电极
⑥其他功能指标 所有参数的采样、计算、控制周期均为0.25S，刷新显示周 期为2S，试验数据记录时间间隔按工艺要求而定，数据保 存时间为10年，系统内部设有软件硬件自诊断、自恢复功 能，具有永不“死机”的高度可靠性。
上述所有参数均以汉字分屏幕显示，且附有提示菜单以便操 作。
2．硬件设计
根据上述系统功能及技术指标的要求， 采用一台现成的STD总线IPC较为适宜。选 用某电子工厂的IPC产品，共由10块功能模 板及外设组成，如图9.4所示。
第9章 计算机控制系统的应用实例
9.1 水槽水位单片机控制系统 9.2 循环水装置IPC系统 9.3 中水回用PLC控制系统 9.4 火电厂DCS控制系统
9.1 水槽水位单片机控制系统
对于小型测控系统或者某些专用的智能化 仪器仪表，一般可采用以单片机为核心、配以 接口电路和外围设备、再编制应用程序的模式 来实现。下面以一个简单的水槽水位控制系统 为例。
为高电平而b点为低电平，这在正常情况下是不可
能发生的，作为一种故障状态，在设计中还是应考
虑的。
(3) 控制报警部分：由P1.2端输出高电 平，经反相器使光耦隔离器导通，继电器线 圈KM得电，常开触点KA闭合，启动水泵运 转；当P1.2端输出低电平，经反相器使光耦 隔离器截止，继电器线圈J失电，常开触点 断开，则使水泵停转。由P1.3端输出高电平， 经反相器变为低电平，驱动一支发光二极管 发光进行故障报警。
③10个参数标定功能 对8路温度、2路流量进行现场标定。
④PID控制功能 实时控制2路入口水温与2路循环水流量，温度控制精度： 设定值 ±0．5℃；流量控制精度：设定值±2％ FS（FS 即Full Scale，意为满刻度或满量程）。
⑤工艺计算、列表绘图功能 根据污垢热阻计算公式计算并显示出瞬时污垢热阻，而且 自动生成试 验数据列表。自动绘制时间-污垢热阻曲线。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．软件设计 4．功能画面
1．系统概述
大型化工企业普遍采用冷却水循环使 用技术，但循环冷却水同时带来设备的结垢 与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验 装置，模拟生产现场的流态水质、流速、金 属材质和循环冷却水进出口温度等主要参数， 来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相 应的操作工艺条件。
9.1所示，这是一个用单片机采集水位信号并通过 继电器控制水泵的小型计算机控制系统。主要组成 部分的功能如下：
(1) 系统核心部分：采用低档型AT89C2051单 片机，用P1.0和P1.1端作为水位信号的采集输入口， P1.2和P1.3端作为控制与报警输出口。
(2) 水位测量部分：电极A接+5V电源，电极B、 C各通过一个电阻与地相连。b点电平与c点电平分 别接到P1.0和P1.1输入端，可以代表水位的各种状 态与操作要求，共有4种组合，如表9-1所示。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．程序设计
1．系统概述
通过水槽水位的高低变化来启停水泵，从
而达到对水位的控制目的，这是一种常见的工
艺控制。如图9.1点划线框内所示，一般可在水 槽内安装3个金属电极A、B、C，它们分别代 表水位的下下限、下限与上限。工艺要求：当
水位升到上限C以上时，水泵应停止供水；当 水位降到下限B以下时，应启动水泵供水；当 水位处于下限B与上限C之间，水泵应维持原有 的工作状态。
3．程序设计
程序流程如图9.2所示。
开始 设置堆栈指针
P1.1、P1.0=00？ 启动水泵P1.2←1
P1.1、P1.0=10？ 故障报警P1.3←1
P1.1、P1.0=11？ 停止水泵P1.2←0
9.2 循环水装置IPC系统
☏ 在以模拟量为主的中小规模控制条件下， 应优先选择IPC控制装置，下面介绍用一 台STD总线IPC控制循环水动态模拟试验 装置的实例。