油管静水压试管装置自动控制系统论文2稿文档格式.docx
- 文档编号:19590784
- 上传时间:2023-01-08
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:744.08KB
油管静水压试管装置自动控制系统论文2稿文档格式.docx
《油管静水压试管装置自动控制系统论文2稿文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《油管静水压试管装置自动控制系统论文2稿文档格式.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.2.5扩展I/O端口......................................................................................13
2.2.6选择键盘/显示器接口芯片.................................................................13
2.2.7选择7段LED数码显示器................................................................15
2.2.8选择打印机.........................................................................................16
2.2.9选择光电耦合器.................................................................................16
3.过程论述.........................................................................................................,17
3.1绘制电路原理图.....................................................................................17
3.1.1调理电路..............................................................................................17
3.1.2A/D转换器引脚的连接......................................................................18
3.1.3单片机AT89C52端口的分配...........................................................18
3.1.4外部数据存储器MK48S80X15........................................................18
3.1.5扩展I/O端口.....................................................................................18
3.1.6Intel8279可编程键显接口芯片的连接.............................................19
3.1.7编写控制程序.....................................................................................21
3.1.8PCB版图制作.....................................................................................23
4.毕业设计总结................................................................................................25
参考文献.............................................................................................................26
致谢.....................................................................................................................27
附录...................................................................................................................28
摘要
随着国民经济的飞速发展,钢管被广泛应用于石油化工,锅炉制造等行业,,它们的普遍特点是常用于高温、高压等恶劣工况下,因此对钢管的质量提出了更高的要求。
尤其在油田采油、输油过程中,油管埋于地下,承受高温、高压、强腐蚀,一旦出现裂痕或爆裂,将会影响生产,造成重大经济损失。
因此,油管在使用前必须进行静水压试验。
静水压试验过程中试压压力高达近100MPa,且油管两端分别加压,很容易产生压力不平衡的状况,过大的压力差会损坏动密封头和其他试验设备,因此需要一套自动控制系统。
本文所介绍的静水压试验机控制系统正是为检验钢管的耐压能力而设计制造的.它是一个多方面为一体的复杂系统,是集机械,电气,液压,传感和自动控制为一体的复杂的机电液一体化设备。
本文所研究的是静水压试管装置的单片机控制
关键词:
静水压试管装置控制系统;
单片机控制
Abstract
Withtherapiddevelopmentofthenationaleconomy,steelpipesarewidelyusedinpetrochemical,boilermanufacturingindustry,theirgeneralcharacteristicsiscommonlyusedinhightemperature,highpressureandotheradverseconditions,sothequalityofsteelhasputforwardhigherrequirements.Tubingisgreatlyneededintheprocessingoftheoilrecoveryandtheoiltransportation.Becausethereishighpressure,hightemperatureandstrongcorrosionundertheground,ifthetubingcracks,itwillbeserioustroubletomaintain.Anditmaybebringsgreatdamage.Sothehydrostaticpressuretestingfortubingisnecessary.Accordingtotheproblem,asetofthehydrostaticpressuretestingequipmentfortubingisdeveloped.Inthehydrostaticpressuretesting,thepressureisnearly100MPa,andalsothepressuresareputseparatelyinthetwoendofthetubing;
itwillbringthepressureerror.ToobigerrorwilldamagetheDynamicSealandotherequipment,sothehydraulicpressurebalancesystemisgreatlyneeded.Describedinthisarticlehydrostatictestingmachinecontrolsystemforthetesttubeistheabilitytodesignandmanufactureofpressureof.Itisamultifacetedcomplexsystemasawhole,isamechanical,electrical,hydraulic,sensorintegrationandautomationforcomplexmechanical,electricalandhydraulicequipmentintegration.
Inthispaper,Thedesign,primarilyresponsibleforpartofSCMcontrol.
Keywords:
Controlsystemforhydrostatictestingmachine;
SCMcontrol
1.选题背景
本课题主要来自于生产实践。
目前,静水压试验装置(简称试压装置)是对石油钻井用油管、套管等管线综合性能检测的重要装备。
管线生产进行静水压试验,一方面检查管线是否有渗漏现象,另一方面可以消除管线在成型过程中产生的残余内应力。
静水压试验过程中产生的压力比较大,为了保证现场操作人员的安全,必须确保每根管线都能在规定的压力下试验。
当前管线生产过程中提出的API等规范也要求试压装置应配备能记录试验参数的相关设备,以满足研发工作以及日后购方所要生产记录等要求。
所以综合考虑,要对试压装置进行自动化控制系统设计。
本课题主要研究方向:
●设计以单片机AT89C52为核心控制系统的硬件,熟悉单片机的内部结构及原理。
●编写控制程序,实现试压过程的自动化控制。
2.方案论证
2.1.试压原理
如图2-1,当试管安装定位后,启动水压系统,高压卸荷阀Ⅱ关闭,压力水经管箍端密封装置进试管并推动胶塞至试管之螺扣端定位。
水压达到1.5MPa时,低压卸荷阀卸荷,高压水继续注人试管。
当水压达到21.2MPa时,高压卸荷阀Ⅰ卸荷包压,高压止回阀阻止试管内的水回流,使试管内的水压保持在21.2MPa,时间继电器开始计时(低压安全阀和高压安全阀的调定压力分别为2.0MPa和23MPa)。
若油管没有渗漏现象,此时由油管、堵头、单向阀及相应管道构成的封闭系统维持管内压力基本不变;
若油管存在渗漏现象,则管内压力在短时间内很快下降。
当时间继电器计达到20s时,其发出电信号使高压卸荷阀Ⅱ卸荷,即使试管内的水卸荷。
并判断试压是否合格,试压结束。
图2-1试压机实物图
2.2控制系统硬件规划方案
分析上述试压过程可知,要完成油管试压的控制过程只需要控制两个开关量,现被广泛采用的单片机、PLC和工控机均可完成该控制任务,考虑控制系统的可靠性及试压数据海量存储的要求,选定抗干扰性能优异的单片机为核心,通过光电耦合器实现对现场设备的控制。
为了便于单片机进行控制,首先在原液压系统上增加压力传感器。
当油管内充满液体时,启动试压泵给油管加压,同时压力传感器开始工作,将检测到的压力信号转换为电信号,通过放大、调零等处理转化为标准信号,经A/D转换器送入单片机内部计算处理。
当检测到的实时压力值大于或等于系统设定值时,单片机输出控制信号使液压泵停止工作,进行保压,同时开始记时,保压过程结束后,系统自动判断试压结果是否合格,自动存储试压结果,根据设定决定是否打印试压结果,同时输出信号使电控卸压阀得电卸压。
控制系统的硬件需求大致如下:
压力传感器、A/D转换器、控制系统核心单片机、键盘/显示器、打印机、光电耦合器。
根据控制系统的硬件需求,选定相应芯片初步拟订两种控制系统硬件原理图方案,如图2-2、图2-3。
图2-2控制系统硬件原理流程图方案一
图2-3控制系统硬件原理流程图方案二
2.2.1选择压力传感器
查阅传感器应用手册可选用P722IS/7261IS系列工业压力变送器,其具体型号为P722ISBGC2001F-IP67BDA.。
特点:
(1)、表压量程为0.5~200bar;
(2)、电压输出和2线制4~20mA电流输出;
(3)、全部不锈钢接液部件。
应用范围:
压缩机,制冷-压缩机和润滑油压力设备。
压力范围:
真空至400bar(6000psi)表压。
耐压:
2xFS。
电流输出:
输出4~20mA;
供电(Vs):
DC24V(7~25.5)。
其电气连接方式及实物图如下所示:
图2-4压力传感器电气连接方式图2-5压力传感器实物图
2.2.2选择A/D转换器
ADC12451是一种高分辨率的12位10个符号位的A/D转换器。
该芯片内部不仅有采样保持电路,而且还具有能校准多种误差的校准电路。
它通过自校准周期来校准线性误差、零点误差和满刻度误差,使之达到较高的技术指标。
利用芯片内部的采样保持电路对输入的模拟信号进行跟踪和保持,这种无需外加采样/保持电路的结构,不仅节省空间,缩小体积,而且还能优化电路设计和系统性能。
ADC12451转换器具有一个S/H控制输入端,能有效地控制A/D转换器的跟踪和保持状态,从而达到控制转换器性能的目的。
其引脚如图2-6。
主要性能:
●逐次比较型;
●CMOS工艺制造;
●具有温度稳定的自较功能;
●片内含有采样/保持(S/H)电路;
●具有8位uC/DSP接口;
图2-6ADC12451转换器引脚图
●在整个温度范围内无失码;
●数字输入/输出与TTL/CMOS兼容;
●单极性模拟输入或双极性模拟输入;
●双电源供电;
●分辨率:
12位加符号位;
●转换时间:
7.7us(max);
●采样速率:
83000次/秒(max);
●双极性信躁比;
73.5dB(max);
●总谐波失真:
-78.0dB(max);
●孔径时间:
100ns;
●孔径误差:
100ps(真有效值0.5);
●零点误差:
±
0.05%(max);
●正的满刻度误差:
0.0375%(max);
图2-7ADC574A引脚图
●功耗(±
5V):
113mW(max);
AD574A是一种常见的逐次比较逼近式12位ADC芯片。
它的转换时间为25us,转换误差为±
1LSB,可采用+5V、±
12V、或±
15V电源供电。
片内有输出三态缓冲器,可与8位或16位单片机直接相连。
输出数据可以12位一起读出,也可以两次读出。
输出模拟信号可以是单极性0~10V,也可以是双极性±
5V或±
10V。
其引脚图见图2-7。
由以上两种A/D转换器性能比较可得出:
ADC12451比AD574A多一个采样保持电路,转换时间远低于AD574A,但ADC12451只有一个模拟信号输入通道。
考虑到控制系统要求A/D转换器必须具有12位分辨率和较快的转换时间,所以选择ADC12451更能符合要求。
2.2.3选择单片机
单片机是控制系统的核心,主要对数据采集系统(A/D转换器、键盘)的数据进行处理,并按照预先编制的程序,将处理的结果送到显示器和对执行机构发出动作指令。
8051单片机是在Intel公司于20世纪80年代推出的MCS-51系列高性能8位单片机的基础上发展而来的,它在单一芯片内集成了并行I/O口、异步串行口、16位定时器/计数器、中断系统、片内RAM和片内ROM以及其他一些功能部件。
而AT89C52是在8051基础上发展起来的新型具有片内FLASH的单片机。
AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
其片内FLASH存储器的擦写周期在1000次以上,可反复编程,采用静态时钟方式,可以极大地降低系统功耗。
所以选用AT89C52可以使本控制系统更加完善。
AT89C52的实物和封装引脚图如下。
图2-8AT89C52实物图图2-9AT89C52封装引脚图
AT89C52主要功能特性:
·
兼容MCS51指令系统;
8k可反复擦写(>
1000次)FlashROM;
32个双向I/O口;
256x8bit内部RAM;
3个16位可编程定时/计数器中断;
时钟频率0-24MHz;
2个串行中断;
可编程UART串行通道;
2个外部中断源;
共6个中断源;
2个读写中断口线;
3级加密位;
低功耗空闲和掉电模式;
软件设置睡眠和唤醒功能。
图2-10AT89C52各引脚功能图
AT89C52各引脚功能及管脚电压如图2-10。
AT89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器,采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有:
XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz晶振。
RST/Vpd(9脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。
VCC(40脚)和VSS(20脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0端口(32~39脚)被定义为N1功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13脚定义为IR输入端,10脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口,12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU的相应功能端,用于当前制式的检测。
图2-11MK48S80X15引脚图
2.2.4选择外部扩展数据存储器
M27C512-10B1外部数据存储器具有64KB存储空间,这种外部数据存储器将要占用单片机的12位地址线,即要全部占用P0和P2端口。
考虑到系统还要作I/O端口扩展,所以必须保留部分地址线以用来作为扩展I/O端口芯片的片选。
而具有8KB存储空间的外部数据存储器MK48S80X15只需占用13根地址线,剩余3根地址线可用来外接74LS138作为地址线的扩展,可通过编码控制8路片选,这对于系统片选控制要求是够的。
另外每根套管在试压过程中会产生80字节需要存储的数据,一片MK48S80X15就可记录100根套管的试压数据。
其引脚图如图2-11。
2.2.5扩展I/O端口
单片机外围接有A/D转换器、外部数据存储器、打印机、键显8279,另外需要7个I/O端口来控制电机阀组和试压结果反馈装置。
单片机本身具有P0、P1、P2、P3四组I/O端口,即32个控制引脚。
方案一中安排单片机I/O端口P1作为A/D转换器转换数据输入端,P3.0作为A/D转换器片选;
P0、P2接64KB的外部数据存储器;
P3端口的部分引脚作为执行机构控
制端。
这样就没有多余的I/O端口来控制键显和打印机,只能复用已选用的端口。
而方案二通过外接一片Intel8255扩展了其I/O端口,用高地址线P2.7作为Intel8255的片选信号,即可对Intel8255入口地址编码为7FFFH。
Intel8255的PC口可接打印机,PB口可接电机阀组和试压结果反馈装置,PA口接键显。
这样单片机外围芯片基本上都有独立的控制端口,较方案二而言,方案一选择扩展I/O端口更加合理。
8255封装引脚如图2-12。
图2-128255封装引脚图
2.2.6选择键盘/显示器接口芯片
根据控制系统的设计要求外围电路必须要有键盘和显示器部分,可选择Intel公司生产的8279,8279是专供键盘及显示器接口用的可编程接口芯片。
8279分为两个部分:
键盘部分和显示部分。
其引脚图如图2-13。
图2-138279封装引脚图
键盘部分:
能够提供64按键阵列(可扩展为128)的扫描接口,也可以接传感器阵列。
键的按下可以是双键锁定或N键互锁。
键盘输入经过反弹跳电路自动消除前后沿按键抖动影响之后,被选通送入一个8字符的FIFO(先进先出栈)存储器。
如果送入的字符多于8个,则溢出状态位置。
按键输入后将中
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 油管 静水 试管 装置 自动控制系统 论文