畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-采暖鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：采暖鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)全套圖紙加V信 sheji1120或扣 3346389411II采暖鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，資源和環(huán)境矛盾日趨尖銳，使我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。然而，我國(guó)目前運(yùn)行的很多鍋爐控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低、工作效率和環(huán)境污染普遍低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此實(shí)現(xiàn)鍋爐的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制具有重要的意義。在本控制系統(tǒng)中，采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器，主要包括傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼顯示單元等，使控制系統(tǒng)的運(yùn)行更加準(zhǔn)確、可靠。在設(shè)計(jì)中主要通過(guò)兩個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20分別對(duì)環(huán)境溫度和鍋爐出水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)采集，用壓力傳感器PT1

2、25作為對(duì)鍋爐內(nèi)壓力的實(shí)時(shí)信號(hào)采集，用二極管和光敏三極管3DU對(duì)鍋爐內(nèi)水位進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)AT89S52可根據(jù)這些采集信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的程序運(yùn)算，以判斷單片機(jī)是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，是否需要開(kāi)啟補(bǔ)水泵，是否需要加快循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速等操作，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制的目的，保證系統(tǒng)節(jié)能、安全運(yùn)行。另外為了使系統(tǒng)操作、維護(hù)更加方便，加入了手動(dòng)按鍵操作、顯示和報(bào)警等電路。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制易于實(shí)現(xiàn)鍋爐供暖、而且有造價(jià)低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他部分的工作、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；壓力；水位Heating Boiler Control System Desig

3、nAbstractWith Chinas economic development, resources and the environment has become an increasingly acute contradiction, so that the modernization of our country is facing a formidable challenge. However, the majority of Chinas current operating boiler systems security and efficiency is enera1ly low

4、er than the national standard. So its great significance to achieve automatic control for boiler with computer.In the control system, using the MCS-51 series single-chip as the main controller, including sensor, A / D converter, digital display unit and so on, the operation of the control system is

5、more accurate and reliable. In the design of the main through two digital temperature sensor DS18B20 respectively on the ambient temperature and the temperature of the water for real-time signal acquisition, using a pressure sensor PT125 as the pressure in the boiler of the real-time signal acquisit

6、ion, using a diode and a photosensitive triode3DU on boiler water level detection, single chip AT89S52 according to the collected signal real time program, to judge whether SCM need to carry on the corresponding operation, namely, whether it needs to open a fan, whether it needs to turn on a water p

7、ump, whether it needs to quicken circulating pump speed operation, thereby realizing the single slice machine automatic control to ensure system, safe operation, energy saving. In order to make the system operation, maintenance more convenient, joined the manual button operation, display and alarm c

8、ircuit. The design of MCU control is easy to realize the heating boiler, and has low cost, easy to debug the program, a part of fault will not affect other parts of the work, convenient repair.Key Words: SCM; Sensor; Pressure; Water level主要符號(hào)表溫度熱量熱當(dāng)量比熱有效系數(shù)熱耗量溫度溫度III目 錄1 緒論11.1鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展概述11.2燃油燃?xì)忮仩t控制系

9、統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3本課題的基本內(nèi)容22 系統(tǒng)總體方案32.1系統(tǒng)框圖32.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案33 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1單片機(jī)的配置53.2溫度傳感器63.3壓力傳感器93.4水位傳感器93.5顯示部分103.6 A/D轉(zhuǎn)換器114 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)134.1單片機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖134.2電源電路134.3溫度控制系統(tǒng)144.3.1讀出溫度子程序154.3.2溫度轉(zhuǎn)換命令子程序164.4壓力控制系統(tǒng)164.5風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)174.5.1風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵硬件控制電路174.5.2風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵軟件控制流程184.6水位控制系統(tǒng)184.6.1補(bǔ)水泵軟件控制設(shè)計(jì)流程194.6.2水位控制硬件電

10、路204.7鍵盤(pán)部分214.8顯示部分電路214.9自動(dòng)報(bào)警電路224.11單片機(jī)標(biāo)志及按鍵功能234.12安全控制235 理論計(jì)算255.1熱網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的預(yù)估255.2熱網(wǎng)預(yù)估模型255.3負(fù)荷調(diào)節(jié)275.3.1小偏差區(qū)間0.3285.3.2中偏差區(qū)間0.31.5285.3.3大偏差區(qū)間1.5286 結(jié)束語(yǔ)30參考文獻(xiàn)31致 謝32附錄1 程序代碼35331 緒論1.1鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展概述隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。目前，我國(guó)北方地區(qū)冬季生活供暖仍然以鍋爐供暖為主，鍋爐房自動(dòng)控制系統(tǒng)配置相

11、對(duì)落后，風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的控制主要依賴值班人員的手工操作，控制過(guò)程繁瑣，耗電耗資源，耗費(fèi)人力，對(duì)人的依賴行高，而且手動(dòng)控制無(wú)法對(duì)鍋爐供水溫度和管網(wǎng)壓力變化及時(shí)做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。傳統(tǒng)的供暖鍋爐控制方式存在許多問(wèn)題，例如：不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離的集中控制、自動(dòng)化程度低、調(diào)節(jié)精度差，導(dǎo)致采暖系統(tǒng)穩(wěn)定性差、鍋爐運(yùn)行耗能大以及存在安全隱患等問(wèn)題，而由于被控對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)控制的要求卻不斷提高，單靠人工操作已不能適應(yīng)采暖系統(tǒng)的控制需要11。1.2燃油燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)今，環(huán)境與發(fā)展已成為人類社會(huì)面臨的兩大課題，而這些問(wèn)題的解決無(wú)一不與能源密切相關(guān)。我國(guó)的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國(guó)煤產(chǎn)量的

12、三分之一，燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重，而且鍋爐形式比較陳舊，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度低，這又進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度。因此，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的措施之一。其中油、氣燃料作為優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保型清潔能源有著廣 闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家中，石油和天然氣在能源消費(fèi)中約占60%，成為第一能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些國(guó)家的供暖鍋爐中，燃油燃?xì)忮仩t己經(jīng)占據(jù)相當(dāng)大的份額。燃油、燃?xì)忮仩t的燃燒效率高、體積小、無(wú)塵、噪音低，并且適合于自動(dòng)控制，具有廣大的應(yīng)用發(fā)展前景，成為中小型鍋爐必然的升級(jí)換代產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)的研究起步較晚

13、，始于80年代初期。國(guó)內(nèi)研究鍋爐控制系統(tǒng)比較成熟的企業(yè)包括上海杜比公司、南京仁泰公司，還有一些科研院校聯(lián)合企業(yè)開(kāi)發(fā)的各種智能鍋爐控制系統(tǒng)，如清華大學(xué)動(dòng)力工程與控制學(xué)院為亞運(yùn)村北辰供熱廠熱水鍋爐改造開(kāi)發(fā)的鍋爐控制系統(tǒng)，采用“一控四”方案，既一臺(tái)主機(jī)控制4臺(tái)熱水鍋爐等等。盡管對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)的研究已有了很大進(jìn)展，但是仍然存在許多急待解決的問(wèn)題:a. 鍋爐控制方案不盡合理;b. 現(xiàn)有的鍋爐控制器可控制的仍是普通開(kāi)關(guān)量設(shè)備，不能對(duì)它們進(jìn)行精確連續(xù)調(diào)節(jié)，使控制精度低，控制手段單一;c. 鍋爐控制系統(tǒng)外圍設(shè)備適用范圍不廣;d. 鍋爐控制系統(tǒng)的通訊配置較為落后;目前鍋爐自動(dòng)控制在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展程度，尚未達(dá)到較高

14、的綜合控制水平，特別在鍋爐供熱量與用戶熱用量的自動(dòng)精確匹配方面，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)先例，大有潛力可挖。我國(guó)目前大多數(shù)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、對(duì)環(huán)境污染比較嚴(yán)重的狀態(tài)3。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些國(guó)家的供暖鍋爐中，燃油燃?xì)忮仩t己經(jīng)占據(jù)相當(dāng)大的份額。燃油、燃?xì)忮仩t的燃燒效率高、體積小、無(wú)塵、噪音低，并且適合于自動(dòng)控制，具有廣大的應(yīng)用發(fā)展前景，成為中小型鍋爐必然的升級(jí)換代產(chǎn)品1。1.3本課題的基本內(nèi)容 本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為核心，對(duì)鍋爐運(yùn)行時(shí)的溫度、水位實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，通過(guò)單片機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)中小型鍋爐運(yùn)行的自動(dòng)控制。設(shè)計(jì)中采用低功耗數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)控，可大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)性能也更穩(wěn)定；

15、用壓力傳感器MP4250進(jìn)行鍋爐內(nèi)壓力實(shí)時(shí)采集壓力信號(hào)；采用光敏三極管3DU測(cè)控水位，可有效保證水位的自動(dòng)控制，能更好地對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制；用四位LED顯示器來(lái)完成顯示部分，用變頻器來(lái)控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。通過(guò)對(duì)環(huán)境溫度、水位信號(hào)的采集，將這些信號(hào)與單片機(jī)中內(nèi)部設(shè)定的值相比，進(jìn)行內(nèi)部程序運(yùn)算，輸出結(jié)果控制變頻器，以判斷單片機(jī)是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，是否需要開(kāi)啟補(bǔ)水泵，是否需要加快循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速等操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)、補(bǔ)水泵等部件的自動(dòng)控2。2 系統(tǒng)總體方案2.1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示，系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度、鍋爐出水溫度、鍋爐蒸氣室內(nèi)壓力、鍋爐內(nèi)液位

16、等參數(shù)輸入單片機(jī)，由單片機(jī)AT89S52在內(nèi)部與預(yù)先設(shè)定參數(shù)通過(guò)軟件計(jì)算生成各個(gè)控制信號(hào)，從而對(duì)補(bǔ)水泵、循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)等鍋爐部件進(jìn)行優(yōu)化控制。另外，系統(tǒng)中加入了故障報(bào)警、顯示和手動(dòng)按鍵等電路，使系統(tǒng)操作、維護(hù)更加方便17。 鍋爐單片機(jī)驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵風(fēng)機(jī)壓力溫度水位按鍵顯示故障報(bào)警補(bǔ)水泵泄壓閥圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)采用單片機(jī)模塊化來(lái)完成程序設(shè)計(jì)使程序易于編寫(xiě)、調(diào)試和修改；便于分工，從而可同時(shí)調(diào)試多個(gè)程序；程序可讀性好；程序可進(jìn)行局部修改，其他部分保持不變。這里采用51系列單片機(jī)AT89S52控制鍋爐供暖，系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種。主要是單片機(jī)自動(dòng)控制，設(shè)置有手動(dòng)/自動(dòng)切換。包括溫

17、度控制、補(bǔ)水泵控制、循環(huán)泵控制、故障報(bào)警。在溫度控制部分，用數(shù)字溫度傳感器的值送入單片機(jī)與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較。在當(dāng)溫度低于給定溫度1時(shí)，蒸汽閥打開(kāi)給水加熱；當(dāng)溫度低于給定溫度2時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。在壓力控制部分，鍋爐正常安全運(yùn)行，爐膛負(fù)壓是一個(gè)重要的參數(shù)。本系統(tǒng)采用在爐膛內(nèi)放置壓力傳感器，其采集信號(hào)與單片機(jī)內(nèi)預(yù)存最大值信號(hào)相比較，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，開(kāi)啟泄壓閥，從而保障鍋爐安全運(yùn)行。在壓力控制部分，鍋爐正常安全運(yùn)行，爐膛負(fù)壓是一個(gè)重要的參數(shù)。本系統(tǒng)采用在爐膛內(nèi)放置壓力傳感器，其采集信號(hào)與單片機(jī)內(nèi)預(yù)存最大值信號(hào)相比較，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，開(kāi)啟泄壓閥，從而保障鍋爐安全運(yùn)行。 在補(bǔ)水部分，用水位傳感器來(lái)檢測(cè)水位

18、，當(dāng)鍋爐汽包水位低于規(guī)定的最低水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，指示燈亮，繼電器線圈得電，電磁閥打開(kāi)，水泵開(kāi)始注水；爐內(nèi)的水位到達(dá)或超過(guò)規(guī)定的最高水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，指示燈亮，線圈失電，電磁閥閉合，停止注水。在循環(huán)控制部分當(dāng)水溫值在設(shè)定的范圍內(nèi)，則開(kāi)啟循環(huán)泵。當(dāng)循環(huán)泵1出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，單片機(jī)接收到信號(hào)，備用的循環(huán)泵2開(kāi)始代替循環(huán)泵1工作。在故障報(bào)警部分，當(dāng)溫度控制部分、補(bǔ)水泵部分、循環(huán)泵部分出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。而且報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置的是聲光報(bào)警，使維修人員容易區(qū)分哪部分出現(xiàn)了問(wèn)題，以便及時(shí)維修。 附屬電路包括故障報(bào)警部分和顯示部分和按鍵控制部分。當(dāng)風(fēng)機(jī)控制部分、補(bǔ)水泵部分、循環(huán)泵部分等出現(xiàn)故障時(shí)，

19、報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。而且報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置的是聲光報(bào)警，使維修人員容易區(qū)分哪部分出現(xiàn)了問(wèn)題，以便及時(shí)維修。 顯示部分可實(shí)時(shí)顯示管道水溫、環(huán)境溫度、和鍋爐內(nèi)壓力值。多功能控制按鍵，通過(guò)軟件控制實(shí)現(xiàn)按鍵的多功能操作，可以完成設(shè)定溫度、壓力基準(zhǔn)值和報(bào)警取消等功能。安全方面，在鍋爐的上方安裝空氣減壓閥，避免鍋爐內(nèi)的空氣壓力過(guò)高，發(fā)生爆炸，實(shí)現(xiàn)機(jī)械方面的安全保護(hù)，在電氣方面，安裝一個(gè)電磁控制的卸壓孔，用單片機(jī)控制，如果鍋爐內(nèi)的壓力高于預(yù)設(shè)值時(shí)，打開(kāi)控制閥，保護(hù)設(shè)備的安全，雙重保護(hù)避免發(fā)生鍋爐爆炸。在鍋爐水循環(huán)泵附件安裝一個(gè)流體溢流閥，防止循環(huán)水的壓力過(guò)高，損壞循環(huán)泵。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)性，電路結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)性

20、能等多方面考慮。選用單片機(jī)AT89S52，在其外圍加入數(shù)字溫度傳感器DS18B20，以及壓力傳感器MP4250，輸出通過(guò)控制繼電器等元件來(lái)控制數(shù)碼管顯示，光敏三極管3DU等，共同組成風(fēng)機(jī)、補(bǔ)水泵、循環(huán)泵控制系統(tǒng)。 3.1單片機(jī)的配置現(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域常用的微處理器主要有MCS-51系列和MCS-96 系列。MCS-51系列為8位微處理器，它技術(shù)成熟，擴(kuò)展芯片選擇范圍廣，價(jià)格低廉;MCS-96系列為16位微處理器，它的工作速度和精度較高，但價(jià)格也較高，主要用在對(duì)控制精度和響應(yīng)速度要求很高的場(chǎng)合。而鍋爐是一個(gè)大延時(shí)系統(tǒng)，對(duì)速度和溫度、水位的精度沒(méi)有特別高的要求，同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)成本上考慮， MCS-96

21、系列微處理器的價(jià)格比51系列高很多，因此在滿足系統(tǒng)功能的前提下，選擇MCS-51系列是完全經(jīng)濟(jì)可行的7。選擇微處理器另一個(gè)是看ROM的容量大小，容量越大，能存放的程序也就越長(zhǎng)，特別是較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)對(duì)ROM的需求更高。最初本課題選擇的是美國(guó)ATMEL公司的AT89S51芯片，其EEPROM容量為4K，但隨著程序的編制，最終程序長(zhǎng)度己達(dá)6K，AT89S51已不能滿足需要，因此最后選擇的是AT89S52。AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用A

22、TMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS -51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè) 全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。AT89S52引腳圖如圖3.1。圖3.1 AT89S52引腳圖此

23、外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求14。主要功能特性：a. 兼容MCS-51指令系統(tǒng)； b. 4k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）ISP Flash ROM；c. 32個(gè)雙向I/O口； d. 4.5-5.5V工作電壓；e. 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器； f. 時(shí)鐘頻率0-33MHz；g. 全雙工UART串行中斷口線

24、； h. 128x8bit內(nèi)部RAM；i. 2個(gè)外部中斷源；j. 低功耗空閑和省電模式；k. 中斷喚醒省電模式； l. 3級(jí)加密位；m. 看門(mén)狗（WDT）電路； n. 軟件設(shè)置空閑和省電功能；o. 靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程； p. 雙數(shù)據(jù)寄存器指針；3.2溫度傳感器本系統(tǒng)采用的是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)度數(shù)，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)： a. 獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； b. 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)

25、多點(diǎn)組網(wǎng)功能； c. 無(wú)須外部器件； d. 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.0-5.5V，零待機(jī)功耗； e. 溫度以9或12位數(shù)字量讀出； f. 用戶還可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置； g. 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； h. 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；DSl8B20的引腳如圖3.2所示。此外DSl8B20數(shù)字溫度計(jì)提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機(jī)CPU到DSl8B20僅需一條線(和地線)。DSl8B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要

26、外部電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DSl8B20在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào)，因此任意多個(gè)DSl8B20可以存放在同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DSl8B20的測(cè)量范圍從-55攝氏度到+125攝氏度，增量值為0.5攝氏度，可在ls(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。每一個(gè)DSl8B20包括一個(gè)唯一的64位長(zhǎng)的序號(hào)，該序號(hào)值存放在DSl8B20內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型編(DSl8B20編碼均為10H)。接著的48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào)。最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼。DSl8B20中還有用于存儲(chǔ)測(cè)得的溫度值的兩個(gè)8位存貯器RAM，編號(hào)為0號(hào)和1號(hào)。

27、1號(hào)存貯器存放溫度值的符號(hào)，如果溫度為負(fù)(攝氏度)，則1號(hào)存貯器8位全為1，否則全為0。0號(hào)存貯器用于存放溫度值的補(bǔ)碼，LSB(最低位)的1表示0.5攝氏度。將存貯器中的二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)并除以2就得到被測(cè)溫度值(-55攝氏度-125攝氏度)。每只D518B20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導(dǎo)線，但完成溫度測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)，采取外部供電方式則多用一根導(dǎo)線，但測(cè)量速度較快。圖3.2 DS18B20引腳圖DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)

28、的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3.4所示。低5位一直為1，是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。 64位ROM和單線接口存儲(chǔ)器與控制邏輯 高 速 緩 存溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器8位CRC發(fā)生器 圖3.3 DS18

29、B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 溫度 LSB溫度 MSBTH 用戶字節(jié) 1TL 用戶字節(jié) 2配置寄存器保留保留保留CRC圖3.3 氣壓傳感器配置TMR1R011111圖3.4 DS18B20 字節(jié)定義3.3 壓力傳感器設(shè)計(jì)采用高溫高壓壓力變送器MP4250來(lái)采集蒸汽室氣壓MP4250常應(yīng)用于橡膠、塑料、滌綸錦綸、聚脂、蒸汽等高溫的精確測(cè)量和控制。其常用參數(shù)如下：a. 量 程：01-450MPa；b. 綜合精度：0.1%FS 0.2%FS 0.5%FS 1.0%FS；c. 輸 出 ：05V； d. 工作溫度：-10200-450；e. 供電電壓： 936 V(24VDC)；f. 長(zhǎng)期穩(wěn)定性：0.1%FS/年；g

30、. 負(fù)載阻抗：電流型最大800 電壓型50K以上；h. 絕緣電阻：大于2000M ，100VDC；i. 振動(dòng)影響：對(duì)于20HZ-1KHZ的機(jī)械振動(dòng)，輸出變化小于0.1%FS；j. 密封等級(jí)：IP65；l. 信號(hào)引出：六芯鍍金進(jìn)口接插件；m. 螺紋連接：1/2-20UNF(可按客戶要求加工)；3.4水位傳感器用二極管和光敏三極管3DU來(lái)檢測(cè)水位。3.5顯示部分在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼顯示模塊來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。由于直接使用I/O端口驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼顯示模塊占用比較多，故采用MAX6951驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼

31、顯示模塊。MAX6951是緊湊的共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)SPITM、QSPITM、MICROWIRETM兼容的串行接口，連接微處理器和獨(dú)立的7段LED數(shù)碼管、條形圖或分立的LED。電源電壓可低至2.7V?？沈?qū)動(dòng)8位7段數(shù)碼管或64個(gè)分立的LED。內(nèi)置16進(jìn)制字符譯碼器(09，AF)、復(fù)用掃描電路、段碼和位驅(qū)動(dòng)器，以及存儲(chǔ)每一位數(shù)據(jù)的靜態(tài)RAM。用戶可以為每一個(gè)顯示位選擇16進(jìn)制譯碼方式，或非譯碼方式，驅(qū)動(dòng)任何7段碼組合、柱狀圖或分立LED。LED段電流由內(nèi)部數(shù)字亮度控制電路設(shè)定，段驅(qū)動(dòng)器為限斜率輸出，以降低EMI。每個(gè)顯示位單獨(dú)尋址和刷新，無(wú)須重寫(xiě)所有顯示單元。這些器件具有低功耗關(guān)斷模式、數(shù)字亮

32、度控制電路、掃描限制寄存器(允許用戶選擇1至8位顯示)、各驅(qū)動(dòng)器可相互保持同步的段閃爍控制，以及強(qiáng)制所有LED點(diǎn)亮的測(cè)試模式。MAX6951的引腳圖如圖3.5：圖3.5 MAX6951的引腳圖MAX6951有16個(gè)引腳的功能如下：a.DIN：串行數(shù)據(jù)輸入。在CLK的上升沿將數(shù)據(jù)移入內(nèi)部16位移位寄存器；b.CLK：串行時(shí)鐘輸入。在CLK的上升沿，數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器。在CLK的下降沿，數(shù)據(jù)在DOUT端移出。CLK輸入僅在CS為低電平時(shí)有效；c.DIGX， SEGX：充當(dāng)位驅(qū)動(dòng)器時(shí)，X位輸出端吸入來(lái)自顯示器共陰極的電流。段X驅(qū)動(dòng)器為顯示器源出電流。段/位驅(qū)動(dòng)器在關(guān)斷時(shí)處于高阻狀態(tài)；d.ISE

33、T：電流設(shè)置。在此引腳與GND之間連接一個(gè)電阻(RSET)，以便設(shè)置峰值電流。該電阻還與電容CSET一起用來(lái)設(shè)置復(fù)用顯示時(shí)鐘頻率；e.GND：電源地；f.OSC：復(fù)用顯示時(shí)鐘輸出。當(dāng)使用內(nèi)部RC振蕩器復(fù)用時(shí)鐘時(shí)，在此引腳和GND之間連接一個(gè)電容(CSET)。電阻RSET (還用來(lái)設(shè)置峰值電流) 和電容CSET一起用來(lái)設(shè)置復(fù)用時(shí)鐘頻率。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，OSC由一個(gè)1MHz到8MHz的時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)；g.CS：片選輸入。只有在CS為低電平時(shí)，串行數(shù)據(jù)才能移入移位寄存器，在CS的上升沿，鎖定最后的16位串行輸入數(shù)據(jù)；h.V+：電源正端。0.1uF電容旁路之GND；3.6A/D轉(zhuǎn)換器采用常見(jiàn)的ADC08

34、09。ADC0809的引腳圖如圖3.6;ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及與微型計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，其轉(zhuǎn)換方法為逐次逼近型。在A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有一個(gè)高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，一個(gè)帶有模擬開(kāi)關(guān)樹(shù)組的256電阻分壓器，以及一個(gè)逐次逼近型寄存器。8路的模擬開(kāi)關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在8個(gè)通道中任意訪問(wèn)一個(gè)通道的模擬信號(hào)。由于多路開(kāi)關(guān)的地址輸入部分能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且三態(tài)TTL輸出也可以鎖存，所以它易于與微型計(jì)算機(jī)接口直接相連。 圖3.6 ADC0809引腳圖a. ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳功 能如下。b. IN0IN7：8

35、路模擬量輸入端。c. 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。d. DDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。如表3.7所示。表3.7 ADDA、ADDB、ADDC真值圖地址碼C B A對(duì)應(yīng)輸入通道000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7e. ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。f. START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。g. EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。h. OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入

36、一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。i. CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。j. REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。k. Vcc：電源，單一5V。l. GND：地。 4 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4.1單片機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖單片機(jī)控制系統(tǒng)模擬量處理子程序、溫度控制部分子程序、循環(huán)系統(tǒng)控制子程序、補(bǔ)水泵選擇子程序、故障診斷與報(bào)警處理，它的流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 系統(tǒng)控制流程圖4.2電源電路系統(tǒng)工作電壓為6V，電流1A。采用原邊交流220V，副邊12V的變壓器，經(jīng)橋式整流，1000UF電容濾波，7805穩(wěn)壓，可使電源滿足要求。其原理圖如圖4.2所示。圖4.2

37、 電源原理圖4.3溫度控制系統(tǒng)傳感器是“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”，它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。溫度傳感器DS18B20將檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)由單片機(jī)的P1.8口送入。由單片機(jī)AT89C51進(jìn)行運(yùn)算，換算出測(cè)量溫度，即水溫。它與設(shè)定溫度相比較，從而控制繼電器的通斷即（控制蒸汽電磁閥的通斷）及報(bào)警系統(tǒng)的開(kāi)閉。當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)蒸汽閥關(guān)，水溫剛低于設(shè)定溫度時(shí)，蒸汽閥并不會(huì)立即導(dǎo)通，只有當(dāng)水溫底于設(shè)定溫度1時(shí)，蒸汽閥才會(huì)導(dǎo)通，給水加熱。若水溫繼續(xù)下降，低于設(shè)定溫度2時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。溫度控制部分。將檢測(cè)到的溫度送到P1.4、P1.5、P1.6、P1.7分別為

38、室外溫度、出水溫度、回水溫度。它們與設(shè)定溫度相比較，從而控制繼電器的通斷即（控制蒸汽電磁閥的通斷）及報(bào)警系統(tǒng)的開(kāi)閉。溫度控制流程框圖如4.3所示。圖4.3 溫度控制流程框4.3.1讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。讀溫度子程序框圖如圖4.4所示。圖4.4 讀溫度子程序框4.3.2溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換流程圖如圖4.5所示。圖4.5 溫度轉(zhuǎn)換流程圖4.4壓力控制系統(tǒng) 設(shè)

39、計(jì)中將ADC0809作為一個(gè)外部擴(kuò)展的并行I/O口，直接由單片機(jī)的P2.0和P2.1、P2.2脈沖啟動(dòng)其A/D轉(zhuǎn)換，MP4250輸出的模擬信號(hào)送入IN.0端。而其他輸入口端均無(wú)效，所以將ADDA-B-C端均置零。收發(fā)數(shù)據(jù)則由中斷處理程序來(lái)完成，所以除將EOC狀態(tài)端的狀態(tài)信號(hào)送至外部中斷口1端以共向CPU提出中斷請(qǐng)求。如果壓力值超出預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)P3.6輸出信號(hào)控制繼電器KM8從而控制泄壓閥動(dòng)作，保證鍋爐正常安全運(yùn)行。壓力控制系統(tǒng)電路如圖4.6所示。 圖4.6 壓力控制系統(tǒng)電路圖4.5風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)4.5.1風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵硬件控制電路圖4.7 溫度采集控制電路由于風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵都是利用溫度傳

40、感器DS18B20采集溫度來(lái)控制其運(yùn)行，其工作原理相同，所以在此不做獨(dú)立介紹要由DS18B20、AT89S52和上拉電阻組成，其工作電路如圖4.7所示。設(shè)計(jì)利用單片機(jī)總線技術(shù)，單片機(jī)P2.7口作為總線口，掛接兩個(gè)DS18B20。它們分別檢測(cè)鍋爐出水口處溫度和供暖環(huán)境溫度，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算從P3.6和P0.3口輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)給KM1、KM2繼電器控制相應(yīng)變頻器動(dòng)作來(lái)控制循環(huán)泵運(yùn)行狀況；單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算從P2.5和P2.2口輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)給KM7、KM8繼電器控制相應(yīng)變頻器動(dòng)作來(lái)控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況。4.5.2風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵軟件控制流程本系統(tǒng)用兩臺(tái)循環(huán)，一臺(tái)工作一臺(tái)備用。循環(huán)泵部分的子程序部分當(dāng)出水溫度和回水

41、溫度在規(guī)定范圍之內(nèi)，開(kāi)啟循環(huán)泵1，有變頻器控制。使鍋爐內(nèi)水循環(huán)達(dá)到供暖。當(dāng)循環(huán)泵1出現(xiàn)故障時(shí)，用備用的循環(huán)泵2。循環(huán)泵1出現(xiàn)故障即是出水溫度與回水溫度的差值非常大即設(shè)定的最大溫差時(shí)，循環(huán)泵故障報(bào)警，改用循環(huán)泵2來(lái)替代循環(huán)泵1工作。被替代的泵在循環(huán)順序中可以自動(dòng)跳過(guò)，順沿循環(huán)。 在循環(huán)泵投入或切除的轉(zhuǎn)換過(guò)程中需要PLC 對(duì)變頻器的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，同時(shí)為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免頻繁投切循環(huán)泵，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中要有一段時(shí)間間隙。溫差為給定停止循環(huán)泵。循環(huán)框圖如圖4.8所示。圖4.8 循環(huán)框圖4.6水位控制系統(tǒng)水位檢測(cè)是通過(guò)四對(duì)高亮二極管和光敏三極管分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單

42、片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐里的水位進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平。3DU實(shí)用電路圖如圖4.9所示。水位檢測(cè)安裝位置如圖4.10所示。 圖4.9 3DU實(shí)用電路圖圖4.10 水位檢測(cè)安裝示意圖4.6.1補(bǔ)水泵軟件控制設(shè)計(jì)流程水位控制補(bǔ)水泵動(dòng)作，兩個(gè)補(bǔ)水泵循環(huán)工作以作備用。由上至下的第一個(gè)位置為水位上限報(bào)警線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，開(kāi)水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，補(bǔ)水泵有可能出故障；第二個(gè)位置是自動(dòng)停止加水線，即當(dāng)水位高于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)

43、關(guān)閉不水泵，停止加水；第三個(gè)位置是自動(dòng)加水線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)接通加水電磁閥，開(kāi)水加水；第四個(gè)位置是水位下限報(bào)警線，即當(dāng)水位低于此位置時(shí)，開(kāi)水房控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，補(bǔ)水泵可能出故障。當(dāng)一臺(tái)補(bǔ)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，另一臺(tái)備用的補(bǔ)水泵開(kāi)始工作。水位控制流程框圖如圖4.11所示。圖4.11 水位控制流程框圖4.6.2水位控制硬件電路水位檢測(cè)控制電路如圖4.12所示。當(dāng)水位到達(dá)某一光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出高電平；當(dāng)水位低于此光敏三極管的位置時(shí)，其輸出端口就向單片機(jī)輸出低電平，從而通過(guò)程序設(shè)定控制補(bǔ)水泵動(dòng)作。單片機(jī)輸出控制端P2.3和P0.

44、4分別接繼電器KM3和KM4線圈，繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作受單片機(jī)控制，從而對(duì)變頻器和補(bǔ)水泵形成自動(dòng)控制。圖4.12 水位控制電路4.7鍵盤(pán)部分按鍵控制電路由4個(gè)開(kāi)關(guān)組成，分別接在單片機(jī)P1.0P1.3口。它由4個(gè)常開(kāi)按鍵構(gòu)成，直接與單片機(jī)I/O口相連，另一端與地相接。當(dāng)按鍵閉合時(shí)，單片機(jī)與之相連的端口變?yōu)榈碗娖?。S1作為多功能鍵由軟件設(shè)置可用于多種功能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)用于溫度調(diào)節(jié)時(shí)，4個(gè)開(kāi)關(guān)分別用于調(diào)整溫度的上下限值，以及控制溫度的輸出。其中S1為多功能鍵，有軟件設(shè)置，長(zhǎng)按S1后可對(duì)兩個(gè)溫度設(shè)置的設(shè)定。選定設(shè)置目標(biāo)后，第一次按下用于顯示采集的溫度，第二次按下則進(jìn)行溫度的上限調(diào)整，第三次按下進(jìn)行溫度的下限調(diào)

45、整，第四次按下則進(jìn)行采集溫度的顯示構(gòu)成循環(huán)。S2可以進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示個(gè)位，第二次顯示十位。S3用于增加一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)之上加1，這個(gè)值在0-9-0之間變化。S4用于減少一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)之上減1，這個(gè)值在9-0-9之間變化。對(duì)壓力的調(diào)節(jié)也是如此。4.8顯示部分電路由單片機(jī)AT89S52控制，采用一個(gè)MAX6951數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器和四個(gè)共陽(yáng)7段LED組成。顯示原理圖如圖4.13所示。顯示電路圖如圖4.14所示。由于在實(shí)際中，AT89S52的串行口RXD和TXD為一個(gè)全雙工串行通信口，但工作在方式0下可作同步移位寄存器，其數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）串行輸出或輸入；而同步移位時(shí)鐘由T

46、XD（P3.1）端串行輸出，在同步時(shí)鐘作用下，實(shí)現(xiàn)同串行到并行的數(shù)據(jù)通信。在不需要使用串行通信的場(chǎng)合，利用串行口加芯片74HC164就可構(gòu)成一個(gè)并行輸入輸出口。數(shù)據(jù)顯示采用共陽(yáng)數(shù)碼管，其共陽(yáng)端接高電平，三個(gè)二極管起到限流作用?？赏ㄟ^(guò)軟件按鍵等設(shè)置顯示溫度等數(shù)值。圖4.14 數(shù)碼顯示電路4.9自動(dòng)報(bào)警電路鍋爐上限極限水位報(bào)警，爐內(nèi)的水位到達(dá)上限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，指示燈亮；鍋爐下限極限水位報(bào)警，爐內(nèi)的水位到達(dá)下限極限水位時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，指示燈亮；循環(huán)泵故障報(bào)警，當(dāng)循環(huán)泵開(kāi)啟后，出水與回水溫度的差值很大，認(rèn)為循環(huán)泵故障，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。自動(dòng)報(bào)警電路如圖4.15所示。此部分采用聲光報(bào)警以便很容易區(qū)

47、分哪部分出現(xiàn)問(wèn)題，便于維修人員及時(shí)進(jìn)行維修。根據(jù)報(bào)警鈴和燈的不同確定哪部分出現(xiàn)問(wèn)題。 圖4.15 自動(dòng)報(bào)警電路4.11單片機(jī)標(biāo)志及按鍵功能20H.0為水溫故障標(biāo)志，1時(shí)有效報(bào)警。20H.1為水位故障標(biāo)志，1時(shí)有效報(bào)警。20H.2為水位故障標(biāo)志，1時(shí)有效報(bào)警。20H.3為報(bào)警取消標(biāo)志，1時(shí)有效取消報(bào)警。按P3.2鍵，20H.3置1。設(shè)置溫度確定后，按P3.4鍵，20H.4清0。水位高出上限20H.1置1，水位低于下限20H.1置1。水位檢測(cè)系統(tǒng)故障20H.2置1，單片機(jī)程序見(jiàn)附錄13。4.12安全控制空氣減壓閥選擇QTYA-L15，它的通徑為15mm，連接螺紋為G1/2，工作介質(zhì)是壓縮空氣，使用

48、的溫度范圍為-2580攝氏度，最高的進(jìn)氣壓力為10bar，壓力特性為空氣過(guò)濾減壓閥輸出流量穩(wěn)定在給定值，其調(diào)定的輸出壓力隨輸入壓力的變化而變化的值不大于0.5bar。圖形符號(hào)如圖4.16。圖4.16 減壓閥溢流閥是通過(guò)閥口的開(kāi)啟溢流，是控制系統(tǒng)的壓力維持恒定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、調(diào)壓和限壓的作用。它的主要用途為在水路循環(huán)中做安全閥用，只是在系統(tǒng)壓力等于或大于其調(diào)定的壓力值時(shí)才開(kāi)啟溢流，對(duì)系統(tǒng)起到過(guò)載保護(hù)作用。根據(jù)要求選擇直動(dòng)式溢流閥，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高10。圖形符號(hào)如圖4.17。圖4.17 溢流閥5 理論計(jì)算5.1熱網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的預(yù)估根據(jù)熱網(wǎng)熱用戶室內(nèi)溫度情況和大氣溫度的變化情況，由預(yù)估模型可以預(yù)測(cè)鍋爐

49、的循環(huán)水出口溫度應(yīng)為何值才能滿足熱網(wǎng)熱負(fù)荷的需求，以便調(diào)整鍋爐的負(fù)荷，使其處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，提高效率，達(dá)到節(jié)約能源的目的6。單片機(jī)對(duì)采暖鍋爐實(shí)施具體的控制，它包括:布風(fēng)調(diào)節(jié)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、風(fēng)量調(diào)節(jié)、負(fù)壓調(diào)節(jié)等。其特點(diǎn)是后三種調(diào)節(jié)采用了變頻調(diào)節(jié)器來(lái)節(jié)電和提高可靠性和靈敏性。在控制算法上采用了專家操作指導(dǎo)和風(fēng)燃料連調(diào)的方式，風(fēng)量調(diào)節(jié)成為隨動(dòng)系統(tǒng)，按風(fēng)燃料比隨著燃料量的大小來(lái)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)量，保證燃燒的過(guò)量空氣系數(shù)處于較佳的狀態(tài)。由布風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，提高燃燒溫度，穩(wěn)定火床的長(zhǎng)度，改善了變工況時(shí)爐子運(yùn)行的可靠性和安全性，縮短了非穩(wěn)定工況時(shí)的調(diào)整時(shí)間使?fàn)t子易于穩(wěn)定，取得了喜人的效果4。5.2熱網(wǎng)預(yù)估

50、模型 采暖鍋爐的供熱和用熱熱網(wǎng)的耗熱是一對(duì)矛盾也是一個(gè)整體。而現(xiàn)有采暖鍋爐的控制系統(tǒng)僅控制鍋爐的熱負(fù)荷，對(duì)熱網(wǎng)有的不管，有的由運(yùn)行操作人員參考一下供熱熱網(wǎng)用戶的室內(nèi)溫度狀況適當(dāng)調(diào)整鍋爐的熱負(fù)荷。由于熱網(wǎng)的熱用戶常達(dá)幾萬(wàn)戶，其熱容量十分龐大，熱慣性時(shí)間常數(shù)很大，當(dāng)調(diào)整鍋爐負(fù)荷后，若在熱用戶的室內(nèi)溫度上有所反應(yīng)，常需半天時(shí)間以上才見(jiàn)效果。而冷源大氣溫度的變化卻常較快，白天和黑夜的溫差在冬季可達(dá)十幾度以上，由此造成熱網(wǎng)熱用戶供熱品質(zhì)下降，即室內(nèi)溫度波動(dòng)較大。為解決此難題，根據(jù)傳熱學(xué)原理建立了熱網(wǎng)的預(yù)估模型對(duì)鍋爐的熱負(fù)荷實(shí)行監(jiān)控，取得了預(yù)期的效果，提高了供熱品質(zhì)5。 采暖鍋爐循環(huán)水對(duì)熱網(wǎng)熱用戶的供熱量

51、可以簡(jiǎn)寫(xiě)為:(5.1)式中:供熱量；有效系數(shù)；流量的熱當(dāng)量；熱用戶平均室內(nèi)溫度；(5.2)式中: 循環(huán)水的比熱;循環(huán)水的流量。是常數(shù)定流量。熱網(wǎng)熱用戶建筑物對(duì)冷源室外的散熱量可由下式計(jì)算:(5.3)式中:散熱量;建筑物室內(nèi)外溫差為1時(shí)的熱耗室外大氣溫度。顯然，由熱平衡原理可知:(5.4)(5.5)（5.6）式中: 當(dāng)已知系數(shù)K后，可以由大氣溫度和室內(nèi)溫度根據(jù)式(5.6)來(lái)預(yù)估循環(huán)水出口溫度 的值，借以調(diào)整鍋爐的負(fù)荷。要根據(jù)幾萬(wàn)戶熱網(wǎng)的情況來(lái)理論計(jì)算系數(shù)K既困難也不可能準(zhǔn)確。在式(5.6)中室內(nèi)溫度是熱網(wǎng)供熱的被控參數(shù)，一般要求其是一個(gè)定值，北京地區(qū)一=18，考慮到控制精度問(wèn)題，作到±

52、1的誤差是可能的，即=18±1。因此，式(3)可看作一維函數(shù)。由現(xiàn)場(chǎng)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可得到K的擬合計(jì)算公式為: (5.7)這樣，當(dāng)大氣溫度變化時(shí)可以由預(yù)估模型式(5.6)推算循環(huán)水出口溫度 的值來(lái)作為調(diào)整鍋爐負(fù)荷的依據(jù)。5.3負(fù)荷調(diào)節(jié)負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)將燃?xì)鉅t的循環(huán)水出口溫度作為被控參數(shù)，用變頻器帶動(dòng)燃?xì)鉅t的給燃?xì)獾碾姍C(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整爐排的速度改變給燃?xì)饬縼?lái)控制爐子的負(fù)荷。其變頻器的輸出也就是給燃?xì)饬看笮〉男盘?hào)同時(shí)送給送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，使送風(fēng)量按較佳的風(fēng)煤比隨燃?xì)饬扛欕S動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)量來(lái)提高燃燒效率。給燃?xì)獾碾姍C(jī)作是個(gè)非線性、大遲延的控制對(duì)象，其遲延主要體現(xiàn)在一方面燃?xì)馊紵l(fā)的

53、熱量要經(jīng)水冷壁換熱器傳送給循環(huán)水，而循環(huán)水和整個(gè)供熱的水網(wǎng)是連為一體的，采暖鏈條爐的熱負(fù)荷不但和循環(huán)水出口溫度有關(guān)，還和入口水溫有關(guān)，應(yīng)由其溫差 來(lái)反應(yīng)熱負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，而循環(huán)水流出至再流入鍋爐需要較長(zhǎng)的時(shí)間，另一方面由于熱網(wǎng)的介入，使反應(yīng)燃?xì)鉅t熱負(fù)荷大小的循環(huán)水溫差 的動(dòng)態(tài)特性并非一般爐子為一慣性環(huán)節(jié)，而是一個(gè)二階振蕩環(huán)節(jié)。圖5.1和圖5.2給出了當(dāng)燃?xì)饬吭黾恿?0%以后，爐溫和循環(huán)水溫差的動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖可以清楚地看到二者都是二階振蕩環(huán)節(jié)。這樣一個(gè)遲滯振蕩的調(diào)節(jié)對(duì)象采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)難以取得滿意的結(jié)果，易引起給燃?xì)饬亢蜖t溫的大幅度波動(dòng)。對(duì)于這種內(nèi)阻很小的二階振蕩環(huán)節(jié)，且又存在大的滯

54、后，只能根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)調(diào)整的方法來(lái)找到合理的控制方案。我們將控制分為三個(gè)區(qū)間來(lái)分別處理，每間隔10分鐘調(diào)整一次而非連續(xù)調(diào)節(jié)。圖5.1 爐溫的動(dòng)態(tài)特性圖5.2 循環(huán)水溫差的動(dòng)態(tài)特性5.3.1小偏差區(qū)間0.3當(dāng)循環(huán)水出口水溫與給定值比較，偏差E0.3時(shí)，為避免內(nèi)阻小的此調(diào)節(jié)對(duì)象波動(dòng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的頻繁動(dòng)作，此區(qū)間內(nèi)不調(diào)整給煤量，維持原值，以使?fàn)t子的運(yùn)行能穩(wěn)定。5.3.2中偏差區(qū)間0.31.5當(dāng)溫差較大時(shí)，要按溫差大小相應(yīng)調(diào)整煤量，可采用比例調(diào)節(jié)，但由調(diào)節(jié)理論知，為避免引起增幅振蕩，比例放大系數(shù)不宜取大，1左右就可以了。5.3.3大偏差區(qū)間1.5當(dāng)偏差大時(shí)，需加大調(diào)節(jié)量，最大調(diào)節(jié)量為1/50，相當(dāng)于

55、變頻調(diào)速器變化±1Hz，再大會(huì)產(chǎn)生大幅振蕩。采暖鍋爐供水熱網(wǎng)的熱容量因有幾萬(wàn)熱用戶而非常大，循環(huán)水溫度的變化對(duì)熱網(wǎng)的影響較小，其時(shí)間常數(shù)要在半天以上。預(yù)估模型只是簡(jiǎn)單的估算，而非精確的解。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)循環(huán)水出口水溫在±4范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，熱用戶的室溫波動(dòng)范圍僅在±1內(nèi)。因此，沒(méi)必要由預(yù)估模型來(lái)精確對(duì)應(yīng)調(diào)整循環(huán)水出口溫度的值，使循環(huán)水出口水溫處在某一溫差帶內(nèi)即可滿足要求。為此，取預(yù)估模型估算值 與實(shí)際溫度之差2作為可使熱用戶室內(nèi)溫度處于18±1的溫差帶，熱用戶認(rèn)為滿意，循環(huán)水出口水溫不調(diào)整，當(dāng)超出此范圍時(shí)，按上述4.3大偏差地調(diào)節(jié)給燃?xì)饬?，以使其能盡快返回±2的溫