智能定硫儀的設(shè)計(jì)

Design of Intellectual Meter on Analyse of Sulfur

SHU Hui, CHEN Weibing

(Nantong Vocational College, Nantong 226007, China)

　　Key words: inspecting and measuring; quantity of sulfur containe d; SCM; RS232

　　系統(tǒng)由單片機(jī)和測(cè)硫儀主機(jī)組成，包括電子天平、自動(dòng)送樣機(jī)構(gòu)、高溫裂解爐、滴定測(cè)硫系統(tǒng)、顯示打印等部件。先由電子天平測(cè)得樣品的質(zhì)量，并通過(guò)RS232送入單片機(jī)系統(tǒng)，然后送樣機(jī)構(gòu)自動(dòng)將樣品送入高溫爐。在單片機(jī)系統(tǒng)的控制下，給樣品加熱，在1150℃最佳溫度下樣品被氧化，其中硫成份完全轉(zhuǎn)化為SO2，反應(yīng)中生成的氣體導(dǎo)入滴定系統(tǒng)，通過(guò)與標(biāo)樣的參數(shù)對(duì)比而得到試樣中的含硫量，送顯示和打印，并可通過(guò)RS232與PC機(jī)連接，以便長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)和進(jìn)一步處理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本組成如圖1所示。

2.1單片機(jī)
　　本系統(tǒng)采用華邦公司的W77E58作中央處理器。利用其2個(gè)串行口，通過(guò)RS232接口同時(shí)與電子天平和PC機(jī)通訊，3個(gè)定時(shí)器T0、T1、T2分別作為時(shí)間中斷、波特率發(fā)生器使用，4個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)監(jiān)控測(cè)量功能。
2.2鍵盤(pán)和顯示
　　采用單片機(jī)W77E58的P1口控制ZLG7290，實(shí)現(xiàn) 鍵盤(pán)顯示管理。ZLG7290是廣州周立功發(fā)展有限公司設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)及LED驅(qū)動(dòng)器，該芯片可直接驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED和64個(gè)按鍵，通過(guò)I2C串行接口，方便地與處理器相連；因其獨(dú)特的性能在儀器儀表中得到廣泛的應(yīng)用。
2.3A/D轉(zhuǎn)換器
　　采用12位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片TLC2543。該芯片具有8路輸入，各路分別可連接到各測(cè)量點(diǎn)上，通過(guò)較少的口線直接與單片機(jī)相連，且易于光電隔離。
2.4溫度測(cè)控系統(tǒng)
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)和查閱有關(guān)資料，確定溫度在1150℃時(shí)，樣品中的硫能夠得到充分釋放，并和氧氣很好地結(jié)合成SO2，因而對(duì)高溫裂解爐的溫度控制是至關(guān)重要的。溫度測(cè)控系統(tǒng)由溫度采集和控制兩部分組成，其框圖如圖2所示。

　　在整個(gè)控溫中，力求升溫速度快，控溫準(zhǔn)確，因而本系統(tǒng)采用模糊控制加PID調(diào)節(jié)的復(fù)合控制法。實(shí)施方案是在溫差較大時(shí)實(shí)行模糊控制，在接近控溫點(diǎn)時(shí)采用PID實(shí)現(xiàn)微控。通過(guò)控制電爐絲所受電壓的占空比來(lái)控制溫度。
2.5滴定測(cè)控系統(tǒng)
　　滴定測(cè)控系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

　　
　　由電子天平可測(cè)得標(biāo)樣和試樣的質(zhì)量，用上述方法測(cè)得KOH的各自用量，而標(biāo)樣的硫含量已知，從而可得到試樣的硫含量。
2.6送樣機(jī)構(gòu)
　　由單片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)送樣和出樣控制，由霍爾傳感器和磁鋼測(cè)量進(jìn)料位置。
2.7排廢和進(jìn)液系統(tǒng)
　　每次測(cè)量結(jié)束，由單片機(jī)控制排廢閥打開(kāi)，使反應(yīng)杯中的廢液排出。
　　在進(jìn)行新的測(cè)量之前，由單片機(jī)控制進(jìn)液閥打開(kāi)，使水和pH試劑的混合液體流入反應(yīng)杯，在壓力傳感器測(cè)得重量達(dá)到后，關(guān)閉進(jìn)液閥，停止進(jìn)液。?

　　本系統(tǒng)軟件包括測(cè)量、控制、通訊等部分，每部分的程序皆采用模塊化結(jié)構(gòu)。
　　主程序包括送樣機(jī)構(gòu)的控制、進(jìn)液控制、滴定控制、排廢控制、溫控參數(shù)計(jì)算和顯示打印處理等，通訊中斷負(fù)責(zé)與電子天平和上位機(jī)的通訊；定時(shí)中斷負(fù)責(zé)控制晶閘管的導(dǎo)通和截止之間的時(shí)間占空比來(lái)，以此達(dá)到控溫的目的。其軟件流程圖如圖4所示。

4.1看門(mén)狗電路
　　采用W77E58的片內(nèi)看門(mén)狗。
4.2光電隔離
　　由于本系統(tǒng)集控制與測(cè)量于一體，大功率的控制對(duì)象(高溫裂解爐等)有可能引起電網(wǎng)或系統(tǒng)地的電平波動(dòng)，從而造成系統(tǒng)癱瘓，因而采用了光電隔離技術(shù)，再加上如A/D等串行芯片的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了模擬/數(shù)字的隔離。
4.3軟件中的抗干擾技術(shù)
　　考慮控溫的過(guò)零觸發(fā)，減少電網(wǎng)的波動(dòng)。設(shè)置復(fù)位陷阱等。

　　本文對(duì)智能定硫儀的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，在實(shí)際應(yīng)用中，與傳統(tǒng)的定硫裝置相比，具有速度快，自動(dòng)化程度高，計(jì)算精確等優(yōu)點(diǎn)。