智能定硫仪的设计

发布于：2007/5/22 8:51:48 | 534 次阅读

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智能定硫仪的设计

束　慧，陈卫兵

(南通职业大学电子工程系，江苏南通 226007)

　　摘　要：从系统的构成，硬件软件等方面介绍了一种硫含量的检测系统。该系统能快速地测量煤和钢铁中的硫含量，为煤和钢铁的鉴定和合理使用提供科学依据。
　　关键词：监测；硫含量；单片机；RS232

Design of Intellectual Meter on Analyse of Sulfur

SHU Hui, CHEN Weibing

(Nantong Vocational College, Nantong 226007, China)

　　Abstract: The system of Inspecting and Measuring quantity of Sul f ur was introduced. The system can measure quantity of Sulfur contained in coal a nd steel repidly and exactly, and provide gist of science to identify and use.
　　Key words: inspecting and measuring; quantity of sulfur containe d; SCM; RS232

1系统的构成及工作原理
　　系统由单片机和测硫仪主机组成，包括电子天平、自动送样机构、高温裂解炉、滴定测硫系统、显示打印等部件。先由电子天平测得样品的质量，并通过RS232送入单片机系统，然后送样机构自动将样品送入高温炉。在单片机系统的控制下，给样品加热，在1150℃温度下样品被氧化，其中硫成份完全转化为SO₂，反应中生成的气体导入滴定系统，通过与标样的参数对比而得到试样中的含硫量，送显示和打印，并可通过RS232与PC机连接，以便长期保存数据和进一步处理，系统结构的基本组成如图1所示。

2系统的硬件设计
2.1单片机
　　本系统采用华邦公司的W77E58作中央处理器。利用其2个串行口，通过RS232接口同时与电子天平和PC机通讯，3个定时器T0、T1、T2分别作为时间中断、波特率发生器使用，4个I/O口实现监控测量功能。
2.2键盘和显示
　　采用单片机W77E58的P1口控制ZLG7290，实现键盘显示管理。ZLG7290是广州周立功发展有限公司设计的键盘及LED驱动器，该芯片可直接驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键，通过I²C串行接口，方便地与处理器相连；因其独特的性能在仪器仪表中得到广泛的应用。
2.3A/D转换器
　　采用12位串行A/D转换器芯片TLC2543。该芯片具有8路输入，各路分别可连接到各测量点上，通过较少的口线直接与单片机相连，且易于光电隔离。
2.4温度测控系统
　　通过实验和查阅有关资料，确定温度在1150℃时，样品中的硫能够得到充分释放，并和氧气很好地结合成SO₂，因而对高温裂解炉的温度控制是至关重要的。温度测控系统由温度采集和控制两部分组成，其框图如图2所示。

　　由于所测温度较高，故采用K分度号热电偶作温度传感器，AD590作冷端补偿，两个信号经放大后送入TLC2543进行A/D转换，并送入单片机进行计算而得到实际显示。单片机通过光电隔离控制晶闸管的通断而对加热炉进行控制，从而达到控温目的。
　　在整个控温中，力求升温速度快，控温准确，因而本系统采用模糊控制加PID调节的复合控制法。实施方案是在温差较大时实行模糊控制，在接近控温点时采用PID实现微控。通过控制电炉丝所受电压的占空比来控制温度。
2.5滴定测控系统
　　滴定测控系统是本系统的，其结构见图3。

　　SO₂气体进入装有水和pH试剂的反应杯中，形成硫酸或亚硫酸，呈酸性，使杯中的溶液呈深色；与KOH溶液中和反应而呈中性，从而杯中溶液透明。通过光敏管来测量其颜色的变化；通过控制电磁阀达到控制KOH的用量。由压力传感器测量反应量和反应结束时反应杯中溶液的重量（与质量对应），而大气压力通过另一个压力传感器的测量对该量进行修正，从而得到KOH的实际用量；然后与标样进行比较计算，得到S的含量。计算公式为：
　　
　　由电子天平可测得标样和试样的质量，用上述方法测得KOH的各自用量，而标样的硫含量已知，从而可得到试样的硫含量。
2.6送样机构
　　由单片机控制电机的正反转实现送样和出样控制，由霍尔传感器和磁钢测量进料位置。
2.7排废和进液系统
　　每次测量结束，由单片机控制排废阀打开，使反应杯中的废液排出。
　　在进行新的测量之前，由单片机控制进液阀打开，使水和pH试剂的混合液体流入反应杯，在压力传感器测得重量达到后，关闭进液阀，停止进液。

3软件设计
　　本系统软件包括测量、控制、通讯等部分，每部分的程序皆采用模块化结构。
　　主程序包括送样机构的控制、进液控制、滴定控制、排废控制、温控参数计算和显示打印处理等，通讯中断负责与电子天平和上位机的通讯；定时中断负责控制晶闸管的导通和截止之间的时间占空比来，以此达到控温的目的。其软件流程图如图4所示。

4抗干扰处理
4.1看门狗电路
　　采用W77E58的片内看门狗。
4.2光电隔离
　　由于本系统集控制与测量于一体，大功率的控制对象(高温裂解炉等)有可能引起电网或系统地的电平波动，从而造成系统瘫痪，因而采用了光电隔离技术，再加上如A/D等串行芯片的运用，实现了模拟/数字的隔离。
4.3软件中的抗干扰技术
　　考虑控温的过零触发，减少电网的波动。设置复位陷阱等。

5结束语
　　本文对智能定硫仪的硬件设计及软件设计进行了介绍，在实际应用中，与传统的定硫装置相比，具有速度快，自动化程度高，计算等优点。

参考文献

［1］陈龙三.8051单片机C语言控制与应用［M］.北京：清华大学出版社，2000.
［2］张智荣，等.智能化流量计量系统研究与开发［J］.电子技术应用，2001，(2 ).
［3］何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1990.

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