3.基于單片機的余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告

本科畢業(yè)設(shè)計開題報告題目：基于單片機的余熱鍋爐汽包水位限制系統(tǒng)設(shè)計專題：院（系）：電氣與信息工程學院班級：電氣09—12姓名：王丹學號：2009021734指導老師：郎術(shù)斌老師職稱：副教授黑龍江科技學院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告題目基于單片機的余熱鍋爐汽包水位限制系統(tǒng)設(shè)計來源工程實際1、探討目的和意義在當今社會，節(jié)能已是我國經(jīng)濟發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略安排，也是當前一項緊迫的任務(wù)。當前，全社會都在開展節(jié)能降耗，緩解能源壓力，建設(shè)節(jié)能型社會，而工業(yè)余熱資源的回收利用是節(jié)約能源的重要措施，且煙氣余熱在工業(yè)余熱中占有很大比重，且節(jié)能潛力巨大，如不加以利用，將造成極大地奢侈，為了更好更充分地利用資源和削減能源奢侈，因此，余熱鍋爐產(chǎn)生了并高速發(fā)展。余熱鍋爐-HRSG，顧名思義是利用余熱產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，余熱鍋爐主要是利用燃氣輪機排氣（煙氣）作為熱源，因此不須要燃燒系統(tǒng)(除非有補燃要求)。蒸汽可以用來推動汽輪機并帶動發(fā)電機發(fā)電，也可以用于生產(chǎn)過程的加熱或供生活取暖用。而如今，伴隨著社會對電能需求的日益增加和節(jié)能減排觀念的深化，且隨著余熱鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴大，對給水限制提出了更高的要求。隨著鍋爐容量的增大，余熱鍋爐負荷變更對水位的影響加劇了。另外，鍋爐工作壓力的提高，使給水調(diào)整閥和給水管道系統(tǒng)相應困難，調(diào)整閥的流量特性更不易滿意限制系統(tǒng)的要求。因此，從經(jīng)濟性和好用性兩個方面考慮，我們采納8051單片機對汽包鍋爐水位進行限制，以保證水位限制的精確性，保證鍋爐運行的平安牢靠，而且大大減輕運行工作人員的工作強度，削減人為因素的影響。2、國內(nèi)外發(fā)展狀況(文獻綜述)目前，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)工藝過程中的能源利用率和開發(fā)探討新的節(jié)能技術(shù)已成為各國探討能源利用技術(shù)的主要課題。為了節(jié)約能源和提高能源利用率，除采納高能效的新設(shè)備和新工藝外，采納余熱鍋爐回收各類余熱也是提高能源利用率的重要手段。為此，各國先后開展了余熱鍋爐的研制工作，并在節(jié)能中大力推廣應用余熱鍋，并取得了顯著的節(jié)能效果。在國外，利用單機功率小、載熱體溫度低發(fā)電（即利用中低溫發(fā)電）是一種新趨勢。國內(nèi)也有一些利用余熱發(fā)電等，如炭黑工業(yè)中的低熱值尾氣余熱和硫酸工業(yè)中的硫酸余熱發(fā)電等，所發(fā)的電能主要供工廠自用。隨著技術(shù)的進步，余熱利用技術(shù)將由高溫余熱回收技術(shù)轉(zhuǎn)向中、低溫柔固體顯熱的余熱回收利用技術(shù)，但在近期，仍以發(fā)展高溫余熱回收的鍋爐產(chǎn)品為主。國內(nèi)外汽包水位限制主要采納三沖量限制、模糊限制及PID自校準自調(diào)整的比較多，特殊是前兩種，其中模糊限制主要是朝智能化方向發(fā)展，表現(xiàn)在模糊限制和智能限制的結(jié)合，采納遺傳算法優(yōu)化模糊限制等。主要解決的問題是：規(guī)整的完整性、規(guī)則的優(yōu)化和限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；PID自調(diào)整、自校正主要采納不同的優(yōu)化方法對參數(shù)進行自調(diào)整。3、探討/設(shè)計的目標：（1）余熱鍋爐汽包水位測量范圍：-300～300mm。（2）給水流量測量范圍：0～500T/h。（3）過熱蒸汽流量測量范圍：0～500T/h。（4）余熱鍋爐汽包水位限制點：0mm。（5）水位高報警點：180mm。（6）水位高高報警點：200mm。（7）水位低報警點：-180mm。（8）水位低低報警點：-200mm。（9）電源：220VAC。（10）調(diào)整時間：≤20S。（11）超調(diào)量：≤8%。4、設(shè)計方案（探討/設(shè)計方法、理論分析、計算、試驗方法和步驟等）：維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋護和汽輪機平安運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要指標之一。水位過低，易燒干鍋而發(fā)生嚴峻事故；水位過高，則易使蒸汽帶水并有溢出威逼。當蒸汽的耗氣量與鍋爐進水量相等時，液位保持為正常標準值。當鍋爐的給水量不變，蒸汽負荷突然增加或削減時，液位就會下降或上升；或者，當蒸汽負荷不變，而給水管道水壓發(fā)生變更時，引起汽包水位發(fā)生變更。不論出現(xiàn)那種狀況，只要實際液位高度與給定液位之間出現(xiàn)了偏差，調(diào)整器均應馬上進行限制，去開大或關(guān)小給水閥門，使液位復原到給定值。從反饋限制的思想動身，很自然的會以水位信號作為被控量，給水流量作為調(diào)整量，構(gòu)成單回路限制系統(tǒng)（單沖量限制系統(tǒng)）。誠然，這是一個基本的限制方案。然而，對于大量的余熱鍋爐來說，這種系統(tǒng)不能滿意要求。因為汽輪機耗氣量變更所產(chǎn)生的虛假水位將引起給水調(diào)整機構(gòu)的誤動作，致使汽包水位激烈地上下波動，嚴峻地影響設(shè)備的壽命和平安。所以，引入了三沖量限制系統(tǒng)。所謂三沖量，指的是引入了三個測量信號：汽包水位、給水流量和蒸汽流量。我們首先明確三個沖量及其關(guān)系：汽包水位，是限制中的主要沖量；蒸汽流量，是限制中的協(xié)助沖量，它的較大變更會造成虛假液位；給水流量，限制中的協(xié)助沖量，它的較大變更同樣會造成虛假液位。通過分析三者的運算關(guān)系，將上述沖量引入到三沖量限制模塊當中，通過調(diào)整參數(shù)的值，來實現(xiàn)比較志向的液位自動限制品質(zhì)。圖1是三沖量余熱鍋爐汽包水位限制系統(tǒng)硬件接線圖：圖1是三沖量余熱鍋爐汽包水位限制系統(tǒng)硬件接線圖圖2是三沖量余熱鍋爐汽包水位限制系統(tǒng)方塊圖。當蒸汽流量突然階躍增大時，一方面由于虛假水位現(xiàn)象水位會短暫上升，它使調(diào)整器錯誤地指揮調(diào)整閥減小給水量，另一方面，蒸汽流量的增大又會通過PI作用指揮調(diào)整閥增加給水量。實際給水量是增大還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定。當虛假水位現(xiàn)象消逝后，給水流量必定等于蒸汽流量，汽包水位也會維持在給定值。從另外一個角度來看，這也是一個前饋-反饋復合系統(tǒng)。圖2是三沖量余熱鍋爐汽包水位限制系統(tǒng)方塊圖5、方案的可行性分析：本方案采納的單片機限制技術(shù)以其在節(jié)能和削減人工成本的優(yōu)越性和自動限制性能可以解決除氧器的水位、水壓限制系統(tǒng)以前存在的問題?？紤]選用單片機與PI整定環(huán)節(jié)為核心的采樣數(shù)據(jù)處理來得到較好的限制效果。在軟件設(shè)計上，單片機編程簡潔易懂。從經(jīng)濟成本上考慮，單片機的價格特別低，相比于PLC限制來說成本大幅度削減。在現(xiàn)場，單片機程序簡潔易懂，有益于現(xiàn)場人員依據(jù)實際狀況在上位機調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，同樣有利于售后服務(wù)人員駕馭。在好用性方面，由于加入了顯示模塊，系統(tǒng)各種參數(shù)一目了然，省去了許多操作的繁雜。6、設(shè)計產(chǎn)品的主要用途和應用領(lǐng)域：近年來，隨著各種能源價格的大幅度上漲，人們對鍋爐的選擇起先著重考慮它的運行成本，現(xiàn)實中，企業(yè)生產(chǎn)離不了蒸汽鍋爐，賓館、酒店、小區(qū)、洗浴中心的采暖或洗浴離不了熱水鍋爐，鍋爐的燃料費用是特別大的一筆支出。為了盡量避開出現(xiàn)“買得起鍋爐，用不起鍋爐”的這一客觀現(xiàn)象，精明的鍋爐制造商對鍋爐進行了一系列節(jié)能改造，改造主要內(nèi)容就是鍋爐的余熱回收問題，現(xiàn)在用著這種余熱鍋爐的客戶對其設(shè)備特別認可。事實上，節(jié)能是一個國家能夠可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，假如我們還堅持傳統(tǒng)的能源利用方式，不能使資源有效的循環(huán)利用，就會使社會的整個資源環(huán)境加劇惡化，并且造成能源的快速枯竭。據(jù)牢靠資料，我國工業(yè)能源的消耗在總體成本中占有最多的份額，而能源的有效運用率僅僅只有三成左右，成本支出比歐洲發(fā)達國家高出許多，所以考慮到經(jīng)濟效益，節(jié)能設(shè)備的推廣是勢在必行的一大舉措。能源的短缺是目前全世界都面臨的一項嚴峻考驗，在這樣一個大背景下謀求發(fā)展，開發(fā)新新能源是一個方面，更重要的是在節(jié)約能源上下足功夫。目前，國內(nèi)余熱節(jié)能鍋爐的設(shè)計和開發(fā)已經(jīng)漸漸成熟，隨著社會的發(fā)展，人們會越來更加覺節(jié)能設(shè)備是一個必定趨勢。節(jié)能鍋爐的招牌不僅僅是商家促銷的一個重頭砝碼，更是對社會和環(huán)境的一大貢獻。7、時間進程：1周接受題目進行初步形成思路；2周圖書館查閱資料并借閱；3周查閱網(wǎng)上有關(guān)資料進行學習；4周整合自己現(xiàn)有的資料和文獻形成初步設(shè)計方案；5周構(gòu)思自己的設(shè)計方框圖；6～8周對各部分進行探討，并進行大量資料查閱；9周集中完成任務(wù)書、進行系統(tǒng)的方案設(shè)計；10周起先做硬件圖以及流程圖；11～12周確定硬件連線圖起先編寫程序；13周進行軟件和硬件的仿真；14～15周完成論文初稿；16周論文修改定稿；17周完成畢業(yè)說明書及其它相關(guān)資料；18周最終進行總結(jié)打算答辯。8、參考文獻：1金以慧.過程限制[M].清華高校出版社.1999年7月2胡壽松.自動限制原[M].科學出版社2011年1月3崔艷華.鍋爐設(shè)備與運行[M].化學工業(yè)出版社2009年9月4閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教化出版社1998年：67-1025趙繼文.傳感器與電路設(shè)計[M].科學技術(shù)出版社1998年：60-906郝蕓.傳感器原理與應用[M].電子工業(yè)出版社2002年：33-787王汝武．電廠節(jié)能減排技術(shù)[M].化學工業(yè)出版社2008年．8劉吉臻．協(xié)調(diào)限制與給水全程限制[M].中國電力出版社1995年：83-859李遵基．熱工自動限制系統(tǒng)[M].中國電力出版社1997年．10張玉鐸．王滿稼．熱工自動限制系統(tǒng)[M].水利電力出版社1985年．11趙潤林．張迎輝．單片機原理與應用教程[M].北京高校出版社2005年：14-1612劉剛．秦永左．單片機原理及應用[M].中國林業(yè)出版社2006年：5-23．13吳勤勤．限制儀表及裝置[M].化學工業(yè)出版社2002年：40-10514吳永生．方可人．熱工測量及儀表[M].北京中國電力出版社1995年：242-24915鄭學堅．周斌．微型計算機原理及應用[M].清華高校出版社2004年：137-15116謝劍英．賈青．微型計算機限制技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社2001年：45-5517王建武．125MW機組汽包水位限制系統(tǒng)[M].華北電力1994年12期：4-718王芳.8051單片機在汽包水位限制中的應用[M].應用能源技術(shù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