二氧化氯发生器综合控制器的研究与设计

论文摘要

作为生命起源的水,无论在我们的日常生活还是社会发展中都起着不可或缺的作用,但是,由于工业的发展和人口的增加,我们赖以生存的水资源正面临着严重的污染的短缺。因此,节约用水和开发新水源的同时、污水治理和净化具有同等重要的意义。污水治理及净化的方法多种多样,但国际上公认的最理想的氯系消毒剂为二氧化氯,而且被欧美国家推崇为第四代消毒剂,其应用领域也越来越广阔。山大华特公司是国内最早研制开发也是国内规模最大的化学法ClO2发生器专业制造企业,在国内ClO2及水处理行业享有较高的知名度。该产品的可靠性和效率依赖于准确的给药量和反应温度,愿来的电气控制系统主要采用通用仪表改装或PLC等方式实现,影响了产品的反应效率及自动控制水平,山大华天1997年开始与山大华特公司合作开发二氧化氯发生器控制系统,先后成功研制出HT908、HT99、HT2000、二氧化氯发生器综合控制器等系列产品。针对二氧化氯发生器的原理,结合温度仪表及自动控制原理,设计开发具有针对型和专用型的综合控制器,并且按照不同的客户需求,将产品系列化。总体方案设计方面,采用AVR单片机作为主控部分的核心,温度采集采用具有高精度的PT100,温度控制方面采用误差分段、积分和输出限幅的二位智能PID控制算法,提高了温度的控制精度;计量泵控制方面采用单片机定时控制加光耦隔离的方式,提高了计量泵的计量精度和系统的可靠性;显示方面采用LED和LCD相结合的方式,直观明了;另外,产品还具有故障自检、历史事件记录、通讯等功能。由于PT100的非线性,系统设计时在硬件设计方面对其进行了现行修正;温度控制方面,采用误差分段、积分和输出限幅的二位智能PID控制算法,提高了温度的控制精度;计量泵控制方面,采用水流量测量前馈和余氯检测反馈相结合的方式,计量泵的输出基准采用单片机定时器准确计时、光耦隔离输出等方式,提高了给药量的的准确性和系统的抗干扰能力。由于产品使用的环境具有强腐蚀性,并且要求产品的可靠性很高,因此在产品的抗腐蚀性、可靠性等方面,做了较为全面的分析与设计;随着计算机的大力普及,与计算机联网组成集中监控系统实现远程控制也变得极其现实和必要,该产品采用RS-485接口、标准MODBUS通讯协议,实现了与计算机系统的互联和集中监控;

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 水资源状况
• 1.1.2 水净化的方法及现状
• 1.1.3 二氧化氯发生器的原理
• 1.1.4 二氧化氯发生器控制器开发的必要性
• 1.2 二氧化氯发生器控制器简介
• 1.2.1 二氧化氯发生器控制器发展现状
• 1.2.2 二氧化氯发生器控制器的新要求
• 1.3 外观要求与设计
• 1.4 本课题的主要工作
• 第2章 二氧化氯发生器控制器的方案设计
• 2.1 二氧化氯发生器的原理
• 2.2 二氧化氯发生器控制器的功能
• 2.2.1 二氧化氯发生器控制器的原理框图
• 2.2.2 二氧化氯发生器控制器的基本功能
• 2.2.3 二氧化氯发生器控制器的的技术参数
• 第3章 硬件电路设计与实现
• 3.1 整机电路的设计
• 3.1.1 整机电路设计原则
• 3.1.2 CPU硬件资源分配
• 3.1.3 控制器原理框图
• 3.1.4 ATMEGA128L单片机介绍
• 3.1.5 液晶显示模块OCM240128-1介绍
• 3.2 电源的设计与实现
• 3.2.1 电源设计原则
• 3.2.2 电源硬件原理图
• 3.3 温度采集电路的设计与实现
• 3.3.1 温度采样器件的选取
• 3.3.2 PT100的非线性修正
• 3.3.3 PT100的引线电阻补偿
• 3.4 模拟量输出电路设计与实现
• 3.5 水位检测电路的设计与实现
• 第4章 软件的分析与设计
• 4.1 程序模块化设计
• 4.2 主程序设计
• 4.3 温度控制子程序
• 4.3.1 控制策略概述
• 4.3.2 控制原理
• 4.3.3 温度控制过程
• 4.3.4 温度控制功能模块
• 4.3.5 温度PID控制过程的实现
• 4.3.6 温度控制系统的程序流程
• 4.4 计量泵控制软件的设计
• 4.4.1 计量泵控制概述
• 4.4.2 计量泵的启停控制方式
• 4.4.3 计量泵频率控制方式
• 4.4.4 计量泵参数设定
• 4.5 通讯程序设计
• 4.5.1 通讯概述
• 4.5.2 MODBUS通讯协议
• 4.5.3 通讯预设参数
• 4.5.4 通讯信息传输过程
• 4.5.5 通讯报文
• 4.5.6 通讯程序流程图
• 第5章 可靠性分析与设计
• 5.1 硬件可靠性设计与实现
• 5.1.1 采用高可靠优质元器件
• 5.1.2 优化电路设计
• 5.1.3 正确进行热设计
• 5.1.4 对印制电路板和整机结构进行优化设计
• 5.1.5 MTBF预计
• 5.2 软件可靠性设计
• 5.3 防腐蚀设计与实现
• 第6章 全文总结及后续工作展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表