船舶輔助鍋爐的單片機自動控制系統(tǒng)

1、船舶輔助鍋爐的單片機自動控制系統(tǒng)在內(nèi)燃機動力裝置的船上，鍋爐是船舶的重要輔機設備，主要產(chǎn)生蒸汽用于加熱燃油、主機暖缸、驅(qū)動輔助機械及生活雜用。目前，國內(nèi)多數(shù)船舶的機艙服務設備仍采用大量的繼電器、接觸器、時間繼電器組成，實現(xiàn)各種控制功能，它們的共同特點是線路復雜、可靠性差、有時容易出現(xiàn)誤動作，特別是觸頭氧化及鐵芯與銜鐵弄臟后的吸力不足，機械運動部件運動不靈活而出現(xiàn)被卡燒壞線圈等故障，給維護過程帶來極大不便，甚至會影響正常營運工作，而且，這種設備體積大、重量重、價格貴。因此采用先進的設計思想對船用控制系統(tǒng)進行全新設計尤為必要。當前船舶機艙自動化的要求越來越高，鍋爐的自動控制在實現(xiàn)無人機艙中是必不可

2、少的。但是目前我國船舶（特別在遠洋漁船）上，雖有一定程度的自動化控制，但控制系統(tǒng)基本上是采用接觸器繼電器系統(tǒng)，系統(tǒng)線路復雜、可靠性差、維護工作量大。為改變船舶設備，改善船員勞動強度，提高生產(chǎn)效率，采用可編程序控制器來實現(xiàn)鍋爐的自動控制，可以使線路簡單、可靠性提高、維護方便且容易實現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試等。可編程序控制器控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性能比高于接觸器繼電器控制系統(tǒng)。根據(jù)船舶輔助鍋爐所存在的問題，設計一種自動控制器，并利用8032單片機實現(xiàn)鍋爐的智能控制。1 單片機智能輔助鍋爐控制系統(tǒng)原理基于單片機的船舶輔助鍋爐控制系統(tǒng)的工作原理如圖11所示。系統(tǒng)的被控對象是鍋爐，執(zhí)行機構是鍋爐的風、油門驅(qū)動電器，被控參數(shù)為

3、鍋爐內(nèi)的壓力，本系統(tǒng)利用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)的壓力，傳感器輸出的電信號經(jīng)信號變換后送至單片機智能控制器，控制器根據(jù)此信號的大小，利用智能控制算法計算出輸出控制信號，經(jīng)放大器放大后以調(diào)節(jié)風、油門的大小，從而控制鍋爐內(nèi)的壓力。 2智能控制器的設計眾所周知，二階系統(tǒng)是工程上最常見而又最重要的一類系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的形式代表了許許多多控制系統(tǒng)的動力學特征。正因為如此，經(jīng)典控制理論將二階系統(tǒng)作為典型系統(tǒng)，并通過對二階系統(tǒng)階躍響應的過渡過程分析，定義了表示系統(tǒng)控制質(zhì)量的一些特征量，其中以調(diào)節(jié)時間、最大超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差3個特征量作為性能指標。但是，控制系統(tǒng)的動態(tài)過程是不斷變化的，以常規(guī)PID控制器控制，難以解決

4、穩(wěn)定性和準確性之間的矛盾，原因在于這種控制方式以不變的統(tǒng)一模式之間的矛盾，原因在于這種控制方式以不變的統(tǒng)一模式來處理變化多端的動態(tài)過程。 為了有效地模擬人的智能控制行為，并采用微機實現(xiàn)智能控制，在模糊控制中通常采用誤差e和誤差變化率e作為描述控制系統(tǒng)動態(tài)特征的輸入變量。根據(jù)船舶輔助鍋爐控制系統(tǒng)的特點，從誤差e和誤差變化率e這兩個基本的模糊控制變量出發(fā)，引出兩個特征變量e·e和ee，利用這些信息設計智能控制器。21利用e·e取值量是否大于0，可以描述系統(tǒng)動態(tài)過程誤差變化的趨勢對于圖21所示典型二階系統(tǒng)階躍響應動態(tài)曲線可知，當e·e0時，如BC段和DE段，表明系統(tǒng)的動

5、態(tài)過程正向著誤差減小的方向變化。當e·e0時，在AB段和CD段，表明系統(tǒng)的動態(tài)過程正向著誤差增大的方向變化。在控制過程中，微機很容易識別en·en的符號，從而掌握系統(tǒng)動態(tài)過程的行為特征，以便更好地制訂下一步控制策略。3智能控制器在8032單片機上的實現(xiàn)31硬件設計整個系統(tǒng)硬件電路由CPU及外圍芯片組成，其結構框圖如圖31所示，完成數(shù)據(jù)采集、聲光報警、輸出控制、鍵盤輸入及顯示、監(jiān)控定時等功能。311數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、變送器、精密電阻、AD轉(zhuǎn)換器等組成。變送器將來自壓力傳感器的壓力信號轉(zhuǎn)換成420 mA的電流信號通過精密電阻再將其轉(zhuǎn)換成15 V的電壓信號，此信號經(jīng)ADC

6、0809送入CPU。 312本系統(tǒng)CPU采用8032單片機，在此基礎上進行以下擴展：以一片16K×8位CMOS靜態(tài)EPROM27128作為程序存貯器，以一片8K×8位CMOS靜態(tài)RAM6264作為數(shù)據(jù)存貯器，附加一片DS1216多功能日歷時鐘，DS1216器件內(nèi)部包含振蕩電路和后備鋰電池，它的上面附帶有一個28腳插座，插入RAM6264后可以保持RAM中的數(shù)據(jù)在停電時也不丟失。以一片8155作為擴展IO口，其中PA口作為檢測信號輸入口，PB口作為聲光報警輸出口。313輸出控制部分由信號輸出，信號驅(qū)動及驅(qū)動電機組成，控制信號由CPU經(jīng)DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換后送出，經(jīng)驅(qū)動電路放

7、大后送給驅(qū)動電機控制鍋爐風門及噴油電磁閥的開度，進而控制鍋爐內(nèi)壓力的大小。314鍵盤顯示部分采用專用鍵盤顯示芯片8279，該芯片具有自動對鍵盤顯示器掃描并識別鍵盤上閉合鍵號的功能，不僅可以大大節(jié)省CPU對鍵盤顯示器的操作時間，從而減輕CPU的負擔，而且顯示穩(wěn)定、程序簡單，不會出現(xiàn)誤操作。鍵盤部分主要用于輸入智能控制算法的一些初始值及參數(shù)，顯示器采用8位LED顯示器。315監(jiān)控定時部分，為防止由于外界電源、電磁輻射等引起的干擾使程序偏離正常的控制流程，進入死循環(huán)，造成系統(tǒng)故障，本系統(tǒng)利用定時器及分頻器，由硬件構成Watchdog，實現(xiàn)監(jiān)視定時器定時復位功能。32軟件設計 軟件設計主要包括：水位控

8、制，燃燒程序控制，壓力智能控制，安全保護等模塊。321工作原理為了使鍋爐安全運行，控制鍋爐啟動有一定的程序，當鍋爐水位正常，即水位處于高水位與低水位之間（P110，P120），蒸氣壓力低于最大允許點火壓力（PA11）時，風機將自動啟動（置P141），先進行40 s的預掃氣，此時風門最大（直接置DAC0832輸出為FFH），以排除殘存在爐膛內(nèi)的油汽，防止點火時發(fā)生冷爆，預掃氣快結束時，接通點火變壓器（置P161），啟動燃油泵（置P151），把風門及噴油電磁閥開度調(diào)?。ㄖ苯又肈AC0832輸出為一個較小的值），以利于點火成功。這時爐膛內(nèi)風、油、火齊全，如點火成功，光敏電阻阻值下降（PA00），點火

9、變壓器停止點火（置P160），這樣燃油經(jīng)電磁閥繼續(xù)噴到已點著的火焰上，在風機的助燃下正常燃燒，進入壓力智能控制程序，如果點火失敗，光敏電阻阻值很大（PA01），則系統(tǒng)發(fā)出點火失敗聲光報警（置PB11），并自動進行第二次循環(huán)，關閉風門及噴油電磁閥（置DAC0832輸出為00H），從40 s預掃氣開始循環(huán)，若第二次循環(huán)仍未點火成功，系統(tǒng)停止工作（置P171）且聲光報警。當正常燃燒突然熄火（PA01），系統(tǒng)發(fā)出中途熄火聲光報警（置PB21），同理，程序控制系統(tǒng)自動從頭開始，等待爐內(nèi)壓力下降至PA11，然后進入40 s預掃氣，重新點火啟動。當鍋爐正常燃燒后，本系統(tǒng)按照智能控制算法控制風門及油門驅(qū)動電機

10、以控制風、油門大小，使爐內(nèi)壓力維護在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。本系統(tǒng)的水位控制由直接放在主程序之前及之后的高低水位判斷指令來決定是否啟停給水泵，若檢測到高水位信號（P121），說明之前啟動過給水泵，此時應停止給水泵工作（置P130）反之，若檢測到低水位信號（P111），則置P131，此時應啟動給水泵工作。安全保護中的壓力危險（PA21），水位危險（P101），中途熄火（PA01）等保護也由接在主程序之后的判斷指令來完成的，若PA21或P101，則停止系統(tǒng)工作（置P171）并且聲光報警，若PA01，中途熄火，則關閉風油門（置0832輸出為OOH），停止風機及燃油泵工作（置P140，P150），并作中途熄火聲光報警，程序自動重新開始。322主程序流程圖船舶輔助鍋爐微機控制系統(tǒng)的主程序包括系統(tǒng)初始化、鍋爐水位控制、燃燒程序控制、鍋爐蒸汽壓力自動控制、安全保護等模塊。其流程圖如圖32所示。4結束語經(jīng)樣機實驗證明本系統(tǒng)由于采用了基于8032單片機的智能控制方式，與全部采用繼電接觸器或PLC的輔助鍋爐自動控制系統(tǒng)相比，具有硬件電路簡單、價格