基于单片机及LabVIEW的制浆机水量调节系统的研究与设计

基于单片机及LabVIEW的制浆机水量调节系统的研究与设计基于单片机及LabVIEW的制浆机水量调节系统的研究与设计ResearchandDesignfortheadjustmentofwatersupplybasedonMCUandlabview校内导师：教授黑龙江科技大学二○一六年六月致谢在此我要感谢始终陪伴我一起走完学士求学之路的同学们，在论文的书写过程中我们互相借鉴，互相扶持，互相帮助。在我大学时光即将走到最后的现在，我衷心希望在我们的以后还能求学之路中的我们一样，虽然不再同以往在身边，但愿我们感情天长，友谊地久。在我多年的学习生活中，我的亲人始终给我无微不至的关怀，在我求学的道路中不断鼓励我、支持我，正是由于他们多年来对我的信任与理解，给了我克服多种困难的勇气与信心，使我在学习中、在人生旅程中不断前进，你们对我的恩情我无以回报，你们健康快乐是我最大的心愿。最后，向所有帮助过我的老师、同学、亲人、朋友，以及百忙之中对我的论文进行评审的专家表示感谢，谢谢你们！摘要本次设计为一种制浆机及其控制方法，对此方面文献资料较少，因此论文难度偏难，需要参考资料非常之多。本设计制浆机，包括有水量检测传感器、装在水量阀上的电机及控制装置、置于机头下端的盛浆容器。其特征在于所述盛浆容器内或机头上装设有用于检测浆量（将浓度的测量转化成对浆水的重量测量可以避免浓度探头的损伤带来的经济利益的损失，而且方法更为简便）并将检测结果反馈给控制装置以供控制装置选择不同制浆程序的水位检测装置，水位检测装置的信号输出端与控制装置的信号输入端电连接。本发明制浆机的控制方法：质量检测模块将检测到的固定体积水量质量数据传输到上位控制界面，控制界面将接收到的水量质量数据与之前设定的数据进行比较分析，并得出加入容器内的实际水量；从而控制水量阀的开关大小。底层硬件部分为单片机控制的质量测量模块，经串口与LabVIEW相连接，上位机用LabVIEW编写控制界面。该论文有图64幅，表0个，参考文献84篇。关键词：制浆机，MCU，LabVIEW，水量控制。Abstractthedesignisasystemthatfocusonthecontroltecnologyofwatersupplyforpaper/juicepulpmakingmachine.thereisalackofliteraturemajorinthisfield,sothisiskindofdifferent,andIhavetoconsultsomanyteachersandfriends.themachineisincludesensorsformeasuringthewatersupply,thecontrolfacilitiesofwaterswithseandthecontainerforwater.Itscharacteristicsisthepulpcontainerorarrangedonthehandpiecehasusedfordetectionofplasmavolume(concentrationmeasurementtransformationgravimetricmeasurementswithpairwiseserofluidcanavoidlossofconcentrationprobecausedbythedamageoftheeconomicbenefits,andthemethodissimpleandconvenient)andthedetectionresultsfeedbacktothecontroldeviceforcontrollingdevicetochoosedifferentpulpingprocessofthewaterleveldetectiondeviceandwaterleveldetectingdeviceofthesignaloutputterminalandthecontroldeviceofthesignalinputendoftheelectricconnection.Thecontrolmethodofthepulpingmachineoftheinvention:waterleveldetectingdevicetodetectthewaterleveldatatransmissiontothecontroldevice,controldevicetoreceivethedataofwaterlevelandprestoreddataforcomparativeanalysis,anddrawtojoinShengslurryvesselwithintheactualcontent;controldevicewiththerecalloftheactualamountofwatercorrespondingtothepulpingprocess,thenadjustthesizeofthewater,pulpingmachinebeganpulping.Thepulpingmachineoftheinventioncanavoidthedefectsofthepulpinghalfwayoverflowcausedbytheadditionofwaterquantityorthesmallamountofpulpingmaterialandthedifferenceofthetextureofthepulp.Theunderlyinghardwarepartisthequalitymeasurementmodulecontrolledbysinglechipmicrocomputer,whichisconnectedwithLabVIEWthroughserialport,andthehostcomputerisprogrammedbyLabVIEWtocontroltheinterface.Keywords:vehicleinverters,SPWM,push-pullconverter,powerswitches目录1绪论1.1课题研究的背景1.2制浆机水量控制技术研究现状1.3对我国制浆机水量控制技术的分析和课题提出的意义1.4本课题设计要求与主要研究内容1.4.1本课题设计要求1.4.2本课题主要研究内容2硬件设计2.1底层测量模块硬件选型2.1.1单片机选型2.1.2测重传感器选型2.1.3AD芯片选型2.2硬件电路设计2.3硬件数据采集控制3系统软件设计3.1单片机测质量部分程序设计3.2串口通信部分程序设计3.3labview控制界面编程及设计3.3.1labview简介3.3.2数字PID控制算法3.3.3LabVIEW界面PID控制设计4软件程序4.1ADS110模数转换程序4.2单片机串口收发程序4.3LabVIEW界面串口收发图形化编程4.4LabVIEW控制界面图形化编程5实验仿真分析6总结与展望参考文献1绪论1.1课题研究的背景伴随着时代的发展，人们对制浆的需求越来越多。制浆机是造纸行业使用多种含纤维原料进行制浆生产专用设施，它是纤维再使用造纸过程中广泛采用的机械设施之一。制浆机中,可一次性制成白度70以上的白浆或根据用户需要制成本色浆,满足生产多种纸品的需要。它完全可替代蒸球制浆,整个制浆过程,快速，无污染、高效、无需高温、高压,是最佳的制浆机械。今年一季度，全国共生产机制纸及纸板2832万吨，同比增长3.8%，相比于去年同期的0.8%涨幅明显恢复。机制纸及纸板产量的增长，使得国内造纸及纸制品业主营收入同比增长6.7%，但增幅则下降3.5个百分点，表明市场需求减弱，产能过剩的加剧。造纸行业发展缓慢的原因主要有三个：一是造纸业属于传统行业，前十年是造纸业的黄金发展期，而现在纸品市场已基本饱和，目前处于一个瓶颈期；二是受宏观消费的影响，轻工行业的增速与GDP高度相关，近年来我国经济由高速增长进入了新常态，GDP增速不断放缓，快速消费品以及高端消费品的增速也随之回落，行业下游需求不振导致增速下降；三是受外部环境的影响，造纸行业的出口量增速近年来也在逐渐放缓，行业生存压力相对较大。1.2制浆机水量控制技术研究现状据中国造纸协会调查资料显示2008年全国纸及纸板生产企业约3500家；全国纸及纸板生产量7980万吨较上年增长8.57%，消费量7935万吨；2007年瓦楞原纸产量约1350万吨，进口量约60万吨。我国的纸及纸板产量在2000~2008年间实现了每年12.78%的高速增长。在纸和纸板产量高速增长的背后却暴露了我国制浆造纸工业的困境：纤维资源短缺，用水量大，环境污染严重。目前，我国造纸的原料结构中，木浆所占比例较少，国产木浆就更少，2008年我国木浆消耗672万吨，废纸浆消耗4439万吨，非木浆消耗1297万吨。木浆进口量有持续增加的趋势，废纸浆占纸浆消耗的绝大部分，非木浆用量比例有所减少。我国现有林业用地面积2.63亿公顷，活立木蓄积量124.9亿立方米。对生态环境造成了严重的危害。随着国家对企业排污标准的提高，草浆生产在越来越多的省份受到限制，一大批生产污水不能达标排放的企业面临被强制关停的境况。据统计仅2008年全国就有3000多家小型纸厂被关，其中草类制浆造纸厂据多数。由于废纸制浆相对污染较少，水处理较为简单，因此以废纸为原料制浆造纸的企业迅速增加。在此情况下水量控制显得尤为重要，可以使制浆流程大幅简化，而且可以使制浆效率得到提高。1.3对我国制浆机水量控制技术的分析和课题提出的意义现代制浆造纸装备具有大型、高速、连续、复杂、自动化程度高、成套化和控制精度要求高等特点,装备要具备高速生产过程浆料纤维悬浮液等多相流、多介质、宏观微观均衡分布和质量能量动力传递等功能,同时与机、电、仪和计算机等高新技术相结合配套,而且是当今新材料和先进制造科技水平的综合[1]。制浆造纸装备从其科技含量角度上看当属高科技类成套装备,可以说现代制浆造纸装备是在当今工业品制造业中所用的科技含量与水平较高的装备中少有的,因而具有先进水平的大型制浆造纸成套装备价格昂贵,只能被国外少数公司垄断。近年来,通过成套引进或引进关键部件的方法,我国制浆造纸装备的制造能力和科技水平有了一定提高[1]。世界先进装备厂商在我国的落户和国产化设备制造水平的提高,不仅缩小了我国与国际先进水平的差距,同时也引入了先进的管理方法和技术人才,提高了产品研发能力和自主创新能力。我国制浆造纸工业已拥有世界上领先的制浆造纸技术和装备,如连续蒸煮、氧脱木素、二氧化氯制备及漂白、各种化学机械制浆、涂布加工、废纸脱墨,带有夹网成形器、靴式压榨、单排烘缸、机内超压、软压光等高速纸机,废水处理系统,QCS、DCS、MCC、PLC等自动控制系统目前,我国制浆造纸装备已呈现了大型化、高速化、自动化、国产化、成套化的特征和趋势,在此情况下水量控制显得尤为重要，可以使制浆流程大幅简化，而且可以使制浆效率得到提高[1]。1.4本课题设计要求与主要研究内容1.4.1本课题设计要求
如图1所示，固体原料和水进入磨料机中，经过磨料机的研磨和水的混合作用生成含有细颗粒的固液混合物，混合物进入混合装置与另一路给水充分混合形成固液混合物的终产品，浓度计1和浓度计2检测固体颗粒在混合物中的浓度，流量计1、2分别计量中间混合物和终产品的流量，流量阀控制混合水的添加量。【】一、算法公式Q2=Q1+Q3(1)式中：Q1――流量计1计量的流量l/minQ2――流量计2计量的流量l/minQ3――需要水的流量l/minρ1*Q1=ρ2*Q2—Q3*1(2)式中：Q1――流量计1计量的流量l/minQ2――流量计2计量的流量l/minρ1――浓度计1计量的浓度g/lρ2――浓度计2计量的浓度g/lT=∑Q计*ρ计*10(3)式中：Q计――流量计2在10分钟计量的平均值l/minρ计――浓度计2在10分钟计量的平均值l/minT――产量g二、缺省参数值Q1：100～200l/minρ1：