過(guò)程控制液位控制系統(tǒng)(畢業(yè)設(shè)計(jì))

1、中南大學(xué)過(guò)程控制儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目 鍋爐液位控制系統(tǒng) 指導(dǎo)老師 王 莉 吳同茂 設(shè)計(jì)者 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化0710 設(shè)計(jì)日期 2010年6月 目 錄第一章 過(guò)程控制儀表課程設(shè)計(jì)的目的意義11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位和作用1第二章 液位控制系統(tǒng)（實(shí)驗(yàn)部分）22.1 控制系統(tǒng)工藝流程22.2 控制系統(tǒng)的控制要求42.3 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試5第三章 鍋爐液位控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求73.1 控制系統(tǒng)工藝流程73.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求8第四章 總體設(shè)計(jì)方案94.1 設(shè)計(jì)思想9 4.2 總體設(shè)計(jì)流程圖10第五章 硬件設(shè)計(jì)11 5.1 硬件設(shè)計(jì)概要115.2 硬件選型125.3 硬件

2、電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖及其說(shuō)明14第六章 軟件設(shè)計(jì)166.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說(shuō)明166.2 源程序及其說(shuō)明17第七章 系統(tǒng)調(diào)試及使用說(shuō)明23第八章 收獲、體會(huì)24參考文獻(xiàn)25第一章 過(guò)程控制儀表課程設(shè)計(jì)的目的意義1.1 設(shè)計(jì)目的 本課程設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的典型工藝參數(shù)的測(cè)量方法、信號(hào)處理技術(shù)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握測(cè)控對(duì)象參數(shù)檢測(cè)方法、變送器的功能、測(cè)控通道技術(shù)、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過(guò)程控制儀表的PID控制參數(shù)整定方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力?；疽笕缦? 1. 掌握變送器功能原理，能選擇合理的變送器類(lèi)型型號(hào)；2.

3、 掌握?qǐng)?zhí)行器、調(diào)節(jié)閥的功能原理，能選擇合理的器件類(lèi)型型號(hào)；3. 掌握PID調(diào)節(jié)器的功能原理，完成相應(yīng)的壓力、流量、液位及溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并畫(huà)出控制系統(tǒng)的原理圖和系統(tǒng)主要程序框圖。4 通過(guò)對(duì)一個(gè)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程（如煤氣脫硫工藝過(guò)程）進(jìn)行分析，并對(duì)其中的一個(gè)參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。1.2課程設(shè)計(jì)的基本要求本課程設(shè)計(jì)是為過(guò)程控制儀表課程而開(kāi)設(shè)的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、過(guò)程控制儀表、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等前期課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合應(yīng)用。其目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手對(duì)一個(gè)工業(yè)過(guò)程控制對(duì)象進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)與選型

4、，促進(jìn)學(xué)生對(duì)儀表及其理論與設(shè)計(jì)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常遇到的壓力、流量、液位及溫度控制系統(tǒng)，使學(xué)生將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，有效的鞏固與提高理論教學(xué)效果。課程設(shè)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的典型工藝參數(shù)的測(cè)量方法、信號(hào)處理技術(shù)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握測(cè)控對(duì)象參數(shù)檢測(cè)方法、變送器的功能、測(cè)控通道技術(shù)、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過(guò)程控制儀表的PID控制參數(shù)整定方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)課堂理論知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力，進(jìn)而提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力?；疽笕缦? 1. 掌握變送器功能原理，能選擇合理的變送器類(lèi)型型號(hào)；2. 掌握?qǐng)?zhí)行器、調(diào)節(jié)閥的功能原理，能選擇合理的器

5、件類(lèi)型型號(hào)；3. 掌握PID調(diào)節(jié)器的功能原理，完成相應(yīng)的壓力、流量、液位及溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并畫(huà)出控制系統(tǒng)的原理圖和系統(tǒng)主要程序框圖。4 通過(guò)對(duì)一個(gè)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程（如煤氣脫硫工藝過(guò)程）進(jìn)行分析，并對(duì)其中的一個(gè)參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位）設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。第二章 液位控制系統(tǒng)2.1 控制系統(tǒng)工藝流程在復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，簡(jiǎn)單的單回路過(guò)程控制系統(tǒng)不能滿足性能指標(biāo)要求時(shí)，就要采用復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)和智能控制策略。液位串級(jí)是復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)，由主、副兩個(gè)回路組成，每個(gè)回路中有各自的調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象，即主回路中的調(diào)節(jié)器稱(chēng)主調(diào)節(jié)器，被控象為下水槽，作為系統(tǒng)的主被控對(duì)象，下水槽的液位為主控

6、制量。副回路中的調(diào)節(jié)器稱(chēng)副調(diào)節(jié)器，被控對(duì)象為上水槽，為系統(tǒng)副被控對(duì)象，上水槽液位為副被控量。圖2-1帶連接信號(hào)插孔的液位裝置工藝模擬流程圖串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，確保主被控量的控制質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。當(dāng)有擾動(dòng)出現(xiàn)于副回路時(shí)，由于主被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大于副被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)主被控量未作出反映時(shí)，副回路已作出快速響應(yīng)，及時(shí)地消除了擾動(dòng)對(duì)主被控量的影響。此外，如果擾動(dòng)作用于主被控對(duì)象，由于副回路的存在，使副被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大大減小，從而加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。圖2-2 液位串級(jí)過(guò)控系統(tǒng)方框圖H2H12#水箱U1主給定Hs副調(diào)節(jié)器2液位壓力變送其

7、送器21#水箱智能調(diào)節(jié)器 1控制器E111-YH2擾動(dòng)1擾動(dòng)2U2壓力變送器1-YH1電子閥主回路副回路2.2 控制系統(tǒng)的控制要求2.2.1雙回路串級(jí)控制目的在試驗(yàn)中有主副兩個(gè)控制回路，主，副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的給定值Hs，它的 U1作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出u控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù)H1。被控對(duì)象是兩級(jí)串聯(lián)水箱，被控量是水箱的液位Hs，調(diào)節(jié)參數(shù)是流入水箱量Q，水箱液位由液位變送器檢測(cè)得到也未反饋信號(hào)Hf，它和液位設(shè)定信號(hào)Hs進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)e1，進(jìn)行PID計(jì)算，輸出變化控制信號(hào)，控制電子閥門(mén)的閥位，改變進(jìn)水量，是被調(diào)參數(shù)保持在在設(shè)定值。2.2.2 試驗(yàn)中

8、具體要求(1) 掌握PID控制算法及P、I、D參數(shù)的含義及功能；(2) 用工程的方法（看曲線，調(diào)參數(shù)）整定調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及PID參數(shù)，并觀察PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能的影響。(3) 測(cè)取液位串級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性；具體要求：超調(diào)量20%，調(diào)節(jié)時(shí)間Ts100s，余差5%2.3.3主回路PID參數(shù)整定由于主回路是一個(gè)恒值系統(tǒng)，我們要求其超調(diào)量，調(diào)整時(shí)間，穩(wěn)態(tài)誤差等參數(shù)都要求較高，用臨界擴(kuò)充響應(yīng)曲線法并結(jié)合PID試湊法最終整定的參數(shù)是P=50，I=40，D=52.3.4副回路PI參數(shù)整定由于主回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，我們主要要求其跟隨速度快，減小副回路的滯后時(shí)間，超調(diào)量，穩(wěn)態(tài)誤差要求相對(duì)要

9、低一些，用臨界擴(kuò)充響應(yīng)曲線法并結(jié)合PID試湊法最終整定的參數(shù)是P=100，I=45，D=32.3.5主副回路聯(lián)調(diào)在聯(lián)調(diào)是，我們要求根據(jù)主回路修改目標(biāo)值SV,系統(tǒng)都具有很好的響應(yīng)速度快，超調(diào)小等動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)誤差小靜態(tài)特性，而且調(diào)節(jié)時(shí)間盡可能小。 2.3 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試2.3.1實(shí)驗(yàn)儀表裝置簡(jiǎn)介 C:控制器（調(diào)節(jié)器）。該調(diào)器配有三個(gè)單回路調(diào)節(jié)器C1 C2和C3，控制輸出信號(hào)為420mA，每個(gè)調(diào)節(jié)器設(shè)有三對(duì)插座孔。其中：PV孔為測(cè)量值輸入，SV孔為外設(shè)定輸入或反饋信號(hào)輸入，O為調(diào)解器輸出。R:記錄儀為無(wú)紙3通道記錄儀，輸出信號(hào)420mA，其中R1孔為1號(hào)通道，R2孔2號(hào)通道，R3孔為3通道。HT：

10、液位變送器。變送輸出為420mA。VL：電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為電子小流量調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入420mA電流信號(hào)，對(duì)應(yīng)閥門(mén)輸出開(kāi)度0100%V12和A12：兩路電壓/電流轉(zhuǎn)換器。2.3.2具體調(diào)試過(guò)程 (1)按設(shè)計(jì)好的線路圖接線，確定無(wú)誤后方可合上電源。 (2)按照課本要求設(shè)置PID智能控制調(diào)節(jié)器控制參數(shù)（包括二級(jí)參數(shù)）。 (3)先設(shè)定主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律、PID參數(shù)。智能調(diào)節(jié)器1主給定量SV設(shè)為100，智能調(diào)節(jié)器2設(shè)定為外給定。打開(kāi)手動(dòng)閥1，回水閥1打開(kāi)50%，啟動(dòng)水泵1并運(yùn)行系統(tǒng)。在上位監(jiān)控系統(tǒng)觀察液位串級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的輸出特性。該系統(tǒng)為復(fù)雜系統(tǒng)，用工程的方法反復(fù)調(diào)整PID參數(shù)，直到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)

11、、靜態(tài)特性滿足要求為止。其中PID參數(shù)調(diào)節(jié)按照以下原則對(duì)于液位系統(tǒng)：P（%）20-80，I（分）1-5 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查 先是比例后積分，最后再把微分加 曲線振蕩很頻繁，比例度盤(pán)要放大 曲線漂浮繞大灣，比例度盤(pán)往小扳 曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降 曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng) 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái) 動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng) 理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低 (4)記錄各個(gè)參數(shù) 2.3.3各個(gè)記錄參數(shù) ToPIDKpKiKd主回路3s5040520.35/3副回路3s10045312/151/2表2-1pid參數(shù)記錄最終調(diào)節(jié)達(dá)到的效

12、果：調(diào)節(jié)時(shí)間90s；超調(diào)量0.16；余差0.02如下圖所示給定量Hs為50，觀察PID調(diào)節(jié)過(guò)程是否滿足要求第三章 鍋爐液位控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求3.1 控制系統(tǒng)工藝流程目前我國(guó)的燃燒鍋爐的數(shù)量眾多,我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬(wàn)臺(tái),每年耗媒量占我國(guó)原煤產(chǎn)量的四分之一,目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。鍋爐微機(jī)控制,是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù),它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,工業(yè)鍋爐采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制,微機(jī)控制有著明顯優(yōu)勢(shì)。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問(wèn)

13、世以來(lái),性能不斷提高和完善,體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般,工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差,干擾強(qiáng),利用單片機(jī)控制就能克服這些缺點(diǎn),因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,使用單片機(jī)控制鍋爐是很好的選擇。使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制具有較高的實(shí)用價(jià)值和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器測(cè)量水位，可有效保證水位的自動(dòng)控制，保證水質(zhì)無(wú)污染，能更好地對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制,測(cè)量溫度時(shí)采取光電耦合器,實(shí)現(xiàn)光電隔離,避免了工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)操控,方便了人員對(duì)液位系統(tǒng)的控制,控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好；采用壓力傳感器對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)控，采取壓電陶瓷傳感器,可大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

14、方案，系統(tǒng)性能也更穩(wěn)定；單片機(jī)不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性?xún)r(jià)比，應(yīng)用前景廣，同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過(guò)微機(jī)實(shí)現(xiàn)蒸汽與給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，將保證鍋爐正常供氣供暖，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文就是采用8051單片機(jī)為核心芯片的一種鍋爐控制系統(tǒng)，具有較高的實(shí)用價(jià)值和優(yōu)越性。3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本設(shè)計(jì)是采用8051單片機(jī)為核心芯片,及其相關(guān)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的鍋爐液位控制系統(tǒng),在用液位傳感器測(cè)液位的同時(shí),又用光電式隔離器和壓力傳感器對(duì)鍋爐的溫度和壓力進(jìn)行檢測(cè)，CPU循環(huán)檢測(cè)傳感器輸出狀態(tài),并用3位七段LED顯示示液位高度,檢測(cè)液位、溫度和壓力等數(shù)據(jù),實(shí)施報(bào)警

15、安全提示,當(dāng)鍋爐液位低于用戶設(shè)定的值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)泵上水,當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水泵。水位檢測(cè)是通過(guò)四對(duì)高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器分別安裝在四個(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。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)水閥控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員注意，加水電磁閥有可能出故障；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

16、系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉加水電磁閥，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，加水電磁閥可能出故障。第四章 總體設(shè)計(jì)方案4.1 設(shè)計(jì)思想4.1.1硬件設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)的原理是采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器對(duì)液面進(jìn)行控制,通過(guò)四對(duì)傳感器分別安裝在鍋爐內(nèi)四個(gè)不同的位置，由上至下測(cè)量鍋爐液位值,。并把這四個(gè)液位狀態(tài)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809傳到單片機(jī)中,在通過(guò)3位七段LED顯示器顯示出液位的四種狀態(tài)及報(bào)警安全提示。用LED顯示是因?yàn)樗哂酗@示清晰、

17、亮度高、使用電壓低、光電轉(zhuǎn)換效能高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進(jìn)行開(kāi)、關(guān)水泵,需要是否開(kāi)啟和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)運(yùn)用了多種傳感器,在使用液位傳感器測(cè)液位的同時(shí),我還選用了光電式傳感器和壓電式傳感器來(lái)對(duì)鍋爐的溫度和壓力進(jìn)行測(cè)量,因?yàn)槲覀兯岬降腻仩t常用于供暖,所以溫度的檢測(cè)很重要,至于選用壓力傳感器主要是出于安全考慮的,壓力過(guò)大有可能對(duì)鍋爐造成損害甚至造成爆炸,壓力過(guò)低會(huì)導(dǎo)致鍋爐控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。4.1.2軟件設(shè)計(jì)思想 水位檢測(cè)是通過(guò)四對(duì)高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器分別安裝在四個(gè)不同的位置，由上至下四個(gè)輸出端口分別接單片機(jī)的P1.0、P1.1、

18、P1.2、P1.3口，實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐里的水位進(jìn)行檢測(cè)。本系統(tǒng)所使用的傳感器性能穩(wěn)定,測(cè)量準(zhǔn)確,大大簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝,具有較高的性?xún)r(jià)比,有較大的工程應(yīng)用價(jià)值,而且利用計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件技術(shù)對(duì)鍋爐生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制有著重要的意義。其優(yōu)越性主要在于：首先，通過(guò)對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程進(jìn)行有效控制，使燃燒在充分的情況下進(jìn)行，可以提高燃燒效率。 4.2 總體設(shè)計(jì)流程圖總體設(shè)計(jì)硬件模塊軟件模塊輸入模塊：傳感器MCUPID參數(shù)調(diào)節(jié)控制執(zhí)行裝置LED顯示報(bào)警裝置直至得到合適的值編寫(xiě)源程序圖4-1總體設(shè)計(jì)流程圖第五章 硬件設(shè)計(jì)5.1 硬件設(shè)計(jì)概要鍋爐自動(dòng)控制包括對(duì)鍋爐的液位，壓力，溫度等的控制，本系統(tǒng)只側(cè)重于介紹鍋爐的液位控制。

19、液位控制是利用由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809把輸出狀態(tài)直接接到單片機(jī)的I/O接口，單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算控制，輸出數(shù)字信號(hào)，輸出接口接LED進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)液位報(bào)警和鍵盤(pán)顯示與控制；其壓力控制是通過(guò)壓電傳感器將接受的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換后與8051單片機(jī)接口相連，使其與設(shè)定值相比較從而實(shí)現(xiàn)壓力報(bào)警和控制;其溫度檢測(cè)選用的是光電隔離器,實(shí)行光電隔離,有利于人員對(duì)溫度的檢測(cè),再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換后與8051單片機(jī)接口相連，使其與設(shè)定值相比較從而實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警； 而本設(shè)計(jì)主要是對(duì)液位進(jìn)行控制,

20、下圖是鍋爐液位控制系統(tǒng)。控制執(zhí)行裝置MCULED顯示報(bào)警裝置傳感器圖5-1鍋爐液位控制系統(tǒng)由上圖可觀察到傳感器通過(guò)對(duì)液面、溫度和壓力進(jìn)行測(cè)量，輸出模擬信號(hào)，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)8051單片機(jī)的運(yùn)算控制，在通過(guò)LED進(jìn)行顯示,通過(guò)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警顯示之后再通過(guò)對(duì)閥門(mén)的開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的液位進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,閥門(mén)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。5.2 硬件選型5.2.1核心芯片8051單片機(jī)計(jì)算機(jī)芯片MCS-51是一個(gè)電腦晶片,英特爾公司生產(chǎn)系列。它是在MCS-48系列的基礎(chǔ)上發(fā)展的高性能的8位單片機(jī)。所出的系列產(chǎn)品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列的

21、單片機(jī)都以它為核心,所以本設(shè)計(jì)采用的核心芯片是8051單片機(jī)。CPU是它的核心設(shè)備,從功能上看,CPU包括兩個(gè)部分:運(yùn)算器和控制器,它執(zhí)行對(duì)輸入信號(hào)的分析和處理。整個(gè)系統(tǒng)電控部分以ATMEL公司的8051為核心芯片，控制信號(hào)采集、處理、輸出三個(gè)過(guò)程。這種芯片內(nèi)置4KEPROM，因?yàn)橄到y(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置EPROM程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠；而8051卻可以利用P0、P2口作控制總線，大大簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤(pán)參數(shù)輸入、LED數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。圖5-1單片機(jī)管腳圖5.2.2液位傳感器在鍋爐液位控制系統(tǒng)中,傳

22、感器的選擇是非常重要的,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,它的性能直接影響到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)檢測(cè)精確度起著重要的作用。傳感器的種類(lèi)很多,有溫度傳感器,加速度傳感器,光學(xué)傳感器,壓力傳感器的,本設(shè)計(jì)主要采用的是由高亮二級(jí)管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器來(lái)對(duì)液位進(jìn)行控制，又用光電式傳感器和壓電式傳感器來(lái)對(duì)溫度和壓力進(jìn)行檢測(cè),在把檢測(cè)的電信號(hào)輸入到單片機(jī)進(jìn)行分析,這個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是液位的控制,所以下面我要對(duì)液位傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用的是四對(duì)高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器，這種液位傳感器如下圖圖5-2液位傳感器 5.2.3

23、 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器 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。圖5-3ADC0809管腳圖5.3 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖及其說(shuō)明硬件電路由報(bào)警電路.鍵盤(pán)/顯示模塊電路.復(fù)位電路等電路構(gòu)成5.3.1報(bào)警電路；下列

24、四種情況發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警：1)當(dāng)鍋爐達(dá)到上限極限水位時(shí)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；2)鍋爐內(nèi)壓力過(guò)高報(bào)警，壓力傳感器檢測(cè)到鍋爐內(nèi)壓力過(guò)高與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警;3)鍋爐內(nèi)壓力過(guò)低報(bào)警，壓力傳感器檢測(cè)到鍋爐內(nèi)壓力過(guò)低與設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警;4)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。圖5-4自動(dòng)報(bào)警電路5.3.2鍵盤(pán)/顯示模塊電路 顯示部分我采用三位7段LED顯示器，LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用中最常用的輸出部件，它是由若干發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)光，不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。用LED是為具有

25、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)。 圖5-5LED顯示電路5.3.3復(fù)位電路8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)圖2-3。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失, 此設(shè)計(jì)采用自動(dòng)復(fù)位電路。圖5-6復(fù)位電路第六章 軟件設(shè)計(jì)6.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖及其說(shuō)明補(bǔ)水泵1有故障嗎？水位下限水位嗎？開(kāi)啟補(bǔ)水泵1進(jìn)行補(bǔ)水水位檢測(cè)YNN補(bǔ)水泵2工作Y開(kāi)始返回檢測(cè)水位為上限水位嗎？補(bǔ)水泵1停止補(bǔ)水YN檢測(cè)水位為上限水位嗎？補(bǔ)水泵2停止補(bǔ)水YN故障報(bào)警圖6-1軟件流程圖該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運(yùn)算與控

26、制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是控制，由于模糊控制量的求取是采用查表法，因此軟件程序較簡(jiǎn)單，整個(gè)軟件部分分為以下幾個(gè)部分。6.2 源程序及其說(shuō)明6.2.1源程序ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003h AJMP MAINORG 000bh AJMP MAIN ORG 0013h AJMP MAIN ORG 001bh AJMP MAIN ORG 0023H AJMP MAIN ORG 0030HMAIN: CLR p3.6 MOV p0,#0ffh ACALL QL; MOV 3BH ,#95 MAIN1: MOV 3bh,#95 ACALL SHUICPM ;水位檢測(cè)子

27、程序 ACALL BAOJING ;報(bào)警子程序 ACALL DELAY2 AJMP MAIN1; BBB1: MOV A,37H ADD A,#10 CLR C SUBB A,3BH JNC OK2; CLR P2.1; MOV A,37H ADD A,#20 CLR C SUBB A,3BH JNC OK2 CLR P2.1; SETB 20H.0 RETok2: CLR 20H.0 RET6.2.2 水位檢測(cè)主程序這是程序運(yùn)行的主要程序段，主要實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)ADC0809轉(zhuǎn)換器，并從A/D轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)， SHUICPM:MOV A,P1 ANL A,#0FH MOV 30H,#0FH ;000

28、01111 CJNE A,30H,AAA1 SETB P2.0 SETB 20H.1 ;setb水位狀態(tài)標(biāo)志位 AJMP OUT2AAA1: MOV 30H,#0EH ;00001110 CJNE A,30H,AAA2 SETB P2.0 CLR 20H.1 AJMP OUT2AAA2: MOV 30H,#0CH ;00001100 CJNE A,30H,AAA3 CLR 20H.1 CLR p2.0 AJMP OUT2AAA3: MOV 30H,#08H ;00001000 CJNE A,30H,AAA4 CLR P2.0 CLR 20H.1 AJMP OUT2AAA4: MOV 30H,#

29、00H ;00000000 CJNE A,30H,AAA5 setb P2.0 SETB 20H.1 AJMP OUT2AAA5: SETB 20H.2 RETOUT2: CLR 20H.2 RETBAOJING: JB 20H.3,OUT6 MOV A,20H MOV 30H,#00H CJNE A,30H,OUT5 AJMP OUT6OUT5: SETB P3.6 JB 20H.4,OUT9 SETB P0.1OUT10: JB 20H.2,OUT11 SETB P0.2OUT12: JB 20H.1,OUT13 SETB P0.3OUT14: JB 20H.0,OUT15 SETB P0

30、.4OUT16: RETOUT6: CLR P3.6 RET OUT9: CLR P0.1 AJMP OUT10 OUT11: CLR P0.2 AJMP OUT12 OUT13: CLR P0.3 AJMP OUT14 OUT15: CLR P0.4 AJMP OUT16 6.2.3水位檢測(cè)子程序SHUICPM:MOV A,P1 ANL A,#0FH MOV 30H,#0FH ;00001111 CJNE A,30H,AAA1 SETB P2.0 SETB 20H.1 ;setb水位狀態(tài)標(biāo)志位 AJMP OUT2AAA1: MOV 30H,#0EH ;00001110 CJNE A,30H,

31、AAA2 SETB P2.0 CLR 20H.1 AJMP OUT2AAA2: MOV 30H,#0CH ;00001100 CJNE A,30H,AAA3 CLR 20H.1 CLR p2.0 AJMP OUT2AAA3: MOV 30H,#08H ;00001000 CJNE A,30H,AAA4 CLR P2.0 CLR 20H.1 AJMP OUT2AAA4: MOV 30H,#00H ;00000000 CJNE A,30H,AAA5 setb P2.0 SETB 20H.1 AJMP OUT2AAA5: SETB 20H.2 RETOUT2: CLR 20H.2 RETBAOJIN

32、G: JB 20H.3,OUT6 MOV A,20H MOV 30H,#00H CJNE A,30H,OUT5 AJMP OUT6OUT5: SETB P3.6 JB 20H.4,OUT9 SETB P0.1OUT10: JB 20H.2,OUT11 SETB P0.2OUT12: JB 20H.1,OUT13 SETB P0.3OUT14: JB 20H.0,OUT15 SETB P0.4OUT16: RETOUT6: CLR P3.6 RET OUT9: CLR P0.1 AJMP OUT10 OUT11: CLR P0.2 AJMP OUT12 OUT13: CLR P0.3 AJMP OUT14 OUT15: CLR P0.4 AJMP OUT16 第七章 系統(tǒng)調(diào)試及使用說(shuō)明本系統(tǒng)主要介紹了鍋爐的液位檢測(cè)控制，還介紹了對(duì)溫度和壓力的檢測(cè)控制，介紹了8051單片機(jī)和其它一些單片機(jī)在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設(shè)計(jì)還采用了多種傳感器來(lái)對(duì)液位、溫度和壓力的信號(hào)采集，利用LED來(lái)進(jìn)行信號(hào)的輸出顯示,我設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機(jī)交互功能,并設(shè)有液位報(bào)警、高壓、低壓和閥門(mén)失靈等故障報(bào)警，有問(wèn)題立即就能發(fā)現(xiàn)。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制液位并實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)溫度和水位的報(bào)警。液位控制在設(shè)定值上正