基于單片機的鍋爐自動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文.doc

河南科技學(xué)院機電學(xué)院1基于單片機的鍋爐自動控制系統(tǒng)摘要：本文介紹一種新型單片機控制的鍋爐采暖自動系統(tǒng)的組成，工作原理及特點。對改造舊鍋爐，提高自動化水平提供了一種有效的方法。關(guān)鍵字：鍋爐；自動控制系統(tǒng)；單片機Abstract：Automaticcontrolsystemisimportantguaranteeforrunofboiler.Thecompositionandworkprincipleandcharacteristicsofthermalauto-regulatingsystemforboilerareintroducedinpaperwhichoffersaneffectivemethodformodificationonoldboilerandforheatefficiencyandcoalsaving.Keywords:boiler；auto-regulatingsystem；singleboardcomputer.1引言熱水鍋爐是目前廣泛應(yīng)用于居民住宅采暖的供熱設(shè)備之一。供熱系統(tǒng)示意圖如圖所示。其工作原理是，熱水鍋爐將水進行加熱，當水溫達到要求時，啟動循環(huán)水泵將供熱管道的水進行加壓循環(huán)，從而使住宅內(nèi)的散熱器升溫達到采暖的目的。圖1供熱系統(tǒng)示意圖在供熱期間，由于供熱管道有一定的水量損失，為保證供熱質(zhì)量，必須通過補水泵對鍋爐進行補水。補水的原則是：在設(shè)備和管道承壓能力下保證系統(tǒng)水不汽化。傳統(tǒng)的熱水鍋爐供熱系統(tǒng)中，循環(huán)泵的啟動和停止有由人工操作，而補水泵是由安裝在回水管上的電接點壓力表控制的。通過電接點壓力表設(shè)定的回水管補水壓力的上下限值，來控制補水泵的停止和工作。其中壓力上限值應(yīng)不大于管道和鍋爐所承受的最大壓力，壓力下限值應(yīng)保證系統(tǒng)水不汽化。這種補水控制有如下缺點：（）補水泵頻繁啟動和停止。（）補水壓力不恒定。（）河南科技學(xué)院機電學(xué)院2工人勞動強度大，工作環(huán)境差。就各工業(yè)部門的現(xiàn)狀來看，除研制新型節(jié)能鍋爐以外，對現(xiàn)在舊設(shè)備進行技術(shù)改造，提高鍋爐的自動化程度也是一項極其重要的途徑。在設(shè)計鍋爐自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案時，考慮到現(xiàn)在市場上已經(jīng)大量供應(yīng)新器件，而且這些新器件具有功能更強大、運行更穩(wěn)定、應(yīng)用更簡單額、升級更方便等優(yōu)點，所以本系統(tǒng)采用新型80C592單片機和新型數(shù)字式傳感器。系統(tǒng)對鍋爐水位、蒸汽壓力、經(jīng)濟燃燒等系統(tǒng)的熱工過程實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能。本系統(tǒng)通過面板操作，實現(xiàn)開工運行、參數(shù)顯示、不停機進行參數(shù)修改和功能設(shè)置等。使鍋爐的安全性、操作性大大提高。2系統(tǒng)組成圖2系統(tǒng)組成圖3系統(tǒng)功能（1）系統(tǒng)具有高低水位報警，由軟件實現(xiàn)大小泵的控制來實現(xiàn)水位的自動調(diào)節(jié)。（2）系統(tǒng)具有高低壓報警，由軟件控制外圍電磁閥和風機來實現(xiàn)壓力的調(diào)節(jié)。（3）系統(tǒng)具有高低溫報警，由軟件控制外圍電磁閥和風機來實現(xiàn)工作溫度的需求。（4）系統(tǒng)具有無擾動手動切換控制以及緊急情況報警急停功能。4系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)是由信號采集裝置，微控制單元，外圍機電設(shè)備等組成。利用傳感河南科技學(xué)院機電學(xué)院3器，采集鍋爐的高低壓，高低水位，高低極限水位以及溫度信號，將這些信號傳送到核心控制元件單片機進行判斷，以控制外圍相應(yīng)設(shè)備。當系統(tǒng)所收集到的參數(shù)超過系統(tǒng)設(shè)定的安全參數(shù)時，系統(tǒng)可以自動急?？刂疲瑰仩t停止工作。使鍋爐安全穩(wěn)定的工作，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)還采取了手動功能。正常工作時自動狀態(tài)和手動狀態(tài)操作可以隨時無擾動切換?；诎踩紤]，系統(tǒng)在運行開始時，首先要對高溫、高壓、高極限水位和高溫、高壓、低極限水位進行檢測，若發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)異常，系統(tǒng)會緊急報警并急停工作，保護設(shè)備。在常規(guī)運行中，當鍋爐處于高壓時，系統(tǒng)開始報警紅燈亮并打開鍋爐上的電磁閥，釋放部分水蒸汽，保證壓力正常。當鍋爐處于低壓時，系統(tǒng)打開風機，使爐膛加熱更快，使鍋爐達到正常工作壓力。當鍋爐水位在低極限水位時，系統(tǒng)開始報警紅燈亮，然后打開大泵，使鍋爐水位快速增高。當達到低水位點時，大泵停，小泵開始工作。當達到高水位時，小泵停。若水位檢測時發(fā)現(xiàn)水位點到達高水位極限時，系統(tǒng)報警紅燈亮并急停，同時打開電磁閥放水，待水位正常后系統(tǒng)開始工作。在溫度采集時，若發(fā)現(xiàn)溫度處于低溫時，系統(tǒng)打開風機，加速爐膛燃燒，提高水溫。若系統(tǒng)采集信號正常，綠燈亮。然后系統(tǒng)又循環(huán)重新檢測控制。5系統(tǒng)設(shè)計5.1系統(tǒng)分析汽包水位是鍋爐運行的主要指標,是一個非常重要的被控變量,維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件,這是因為:(1)水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離,飽和水蒸汽帶水過多,同時過熱蒸汽溫度急劇下降。該過熱蒸汽作為汽輪機動力的話,將會損壞汽輪機葉片,影響運行的安全性與經(jīng)濟性。(2)水位過低,說明汽包內(nèi)的水量較少,而當負荷很大時,水的汽化速度加快,則汽包內(nèi)的水位變化速度亦隨之加快,如不及時調(diào)節(jié),就會使汽包內(nèi)的水全部汽化,導(dǎo)致爐管燒壞,甚至引起爆炸。因此,在鍋爐控制系統(tǒng)中必須對汽包水位有深入了解并在運行中嚴加控制。經(jīng)研究表明：（1）汽包水位不僅受汽包(包括循環(huán)水管)中儲水量的影響,亦受水位下汽泡容積的影響。而水位下汽泡容積與蒸汽負荷蒸汽壓力爐膛熱負荷等有關(guān)。因此,影響水位變化的因素很多,其中主要的因素是鍋爐蒸發(fā)量(蒸汽流量S)和給水流量。汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性見圖3。由于給水溫度比汽河南科技學(xué)院機電學(xué)院4圖給水流量作用下水位階躍響應(yīng)曲線包內(nèi)飽和水的溫度低,所以給水流量增加后,從原有飽和水中吸收部分熱量,這使得水位下汽泡容積有所減少。當水位下汽泡容積的變化過程逐漸平衡時,水位就由于汽包中儲水量的增加而逐漸上升,最后當水位下汽泡容積不再變化時,水位變化就完全反映了由于儲水量的增加而逐漸上升。因此,實際水位曲線如圖中線。即當給水量作階躍變化后,汽包水位一開始不立即增加,而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。給水溫度越低,時滯亦越大。（2）蒸汽流量作用下水位階躍響應(yīng)曲線在蒸汽流量S擾動作用下,水位的階躍響應(yīng)曲線如下圖4所示。圖4水位的階躍響應(yīng)曲線當蒸汽流量S突然增加時,從鍋爐的物料平衡關(guān)系來看,蒸汽量S大于給水量W,水位應(yīng)下降,但實際情況并