智能供熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

------WORD格式-----可編輯----------目 錄第一章緒論..............................................................................................................11.1題目來(lái)源及研究意義........................................................................................11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.................................................................................................11.3本文主要研究?jī)?nèi)容............................................................................................3第二章系統(tǒng)方案選定....................................................................................................42.1供熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介及改進(jìn)........................................................................................42.2系統(tǒng)方案確定.....................................................................................................52.2.1控制系統(tǒng)原理.........................................................................................72.2.2控制電路結(jié)構(gòu)圖....................................................................................72.2.3系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)........................................................................................82.2.4系統(tǒng)工作任務(wù).........................................................................................82.2.5控制算法的確定....................................................................................92.2.6補(bǔ)水控制方案確定..............................................................................11第三章硬件電路設(shè)計(jì)....................................................................................................153.1硬件電路的基本組成.......................................................................................153.2前向通道設(shè)計(jì)..................................................................................................153.2.1溫度傳感器...........................................................................................153.2.2壓力傳感器..........................................................................................163.2.3流量傳感器...........................................................................................183.3單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)..............................................................................................223.3.1CPU的介紹...........................................................................................223.3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)...........................................................................253.3.38255A擴(kuò)展接口...................................................................................283.3.4外部電路鍵盤(pán)與顯示智能控制芯片HD7279......................................303.3.5打印機(jī)PP40.........................................................................................333.3.6ISD1420語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)的報(bào)警電路...................................................363.3.7電源以及通訊部分..............................................................................383.4后向通道設(shè)計(jì)...................................................................................................41I3.4.1D/A 轉(zhuǎn)換電路 413.4.2 驅(qū)動(dòng)電路 43第四章 軟件設(shè)計(jì) 464.1 設(shè)計(jì)思想 464.2 溫度控制算法 464.3 程序設(shè)計(jì) 48總 結(jié) 52致 謝 53附錄1：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)原理圖 56附錄2：程序清單 -56-II第一章 緒 論1.1 題目來(lái)源及研究意義供暖的重要性在人們生活中的不亞于水和電，民用、工業(yè)用、辦公用建筑都要配備完善的取熱設(shè)施。在全球都提倡節(jié)能、減排的口號(hào)下，采用合理供熱方式不但可以提高供熱系統(tǒng)能效，響應(yīng)全球口號(hào)，而且對(duì)解決居民“溫飽”問(wèn)題和建設(shè)全面小康社會(huì)具有重要意義。目前，集中供熱已成為現(xiàn)代化城鎮(zhèn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，是城鎮(zhèn)公共事業(yè)的重要組成部分。供熱行業(yè)當(dāng)前的主要任務(wù)是提高供熱系統(tǒng)能效、降低能耗，降低造價(jià)，供熱計(jì)算機(jī)的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)實(shí)現(xiàn)該任務(wù)有良好的幫助。因此，計(jì)算機(jī)控制的集中供熱方式對(duì)節(jié)能、環(huán)境保護(hù)、降低成本和提高效益都具有重要意義。１.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀供熱系統(tǒng)是由鍋爐房、熱網(wǎng)管道、凝結(jié)水回收、管道保濕、閥門(mén)、疏水閥和有關(guān)儀表組成的完整系統(tǒng)。系統(tǒng)是否完善關(guān)系著運(yùn)行是否安全、環(huán)保和節(jié)能，是否合理用熱，因此需要搞好供熱系統(tǒng)的管理工作和不斷采用新技術(shù)。國(guó)外則采用了較為簡(jiǎn)便的技術(shù)，像是美國(guó)MDS公司SCADA系列數(shù)字電臺(tái)在城市集中供熱系統(tǒng)的得到一定的應(yīng)用。 該公司的系列數(shù)字電臺(tái)采用數(shù)字信號(hào)處理、 糾錯(cuò)編碼、軟件無(wú)線電、數(shù)字調(diào)制解調(diào)和表面貼片一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，電臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn) 232數(shù)據(jù)口可直接與計(jì)算機(jī)、 RTU、PLC、GPS接收機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)終端等連接，傳輸速率達(dá) 19200bps，誤碼低于10E-6（接收電平-110dBm時(shí)），發(fā)射功率0.5-25瓦可調(diào)節(jié)，任何型號(hào)電臺(tái)可設(shè)置為主站或遠(yuǎn)程站使用，無(wú)中轉(zhuǎn)通信距離達(dá) 50公里以上，能適應(yīng)室內(nèi)或室外的惡劣工作環(huán)境。電臺(tái)數(shù)據(jù)和話音兼容，可工作于單工、半雙工、時(shí)分雙工 TDD、全雙工方式，收發(fā)同頻或異頻中轉(zhuǎn)組網(wǎng)，并具有遠(yuǎn)程診斷、測(cè)試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)方站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。 城市供熱控制中心設(shè)一主站， 遠(yuǎn)端設(shè)有多個(gè)從站，從站通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) 232接口與RTU/PLC連接，可實(shí)時(shí)監(jiān)控管網(wǎng)供熱的全過(guò)程，清晰地反映各站點(diǎn)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，詳細(xì)監(jiān)測(cè)管線站點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)，集中采集溫度、壓力、瞬時(shí)流量、累積流量等參數(shù)值 , 城市集中供熱實(shí)行自動(dòng)化管理后 ,改變了以-1-前供熱出現(xiàn)意外故障中短而無(wú)法極時(shí)修復(fù)，減少民眾對(duì)供熱公司的抱怨，同時(shí)使工作效率有了極大的提高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各支點(diǎn)管道的實(shí)時(shí)管理[1]。北歐三國(guó)所有的供熱系統(tǒng)中均采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，之所以在供熱技術(shù)那么發(fā)達(dá)的國(guó)家那么廣泛的采用這種供熱方式，是因?yàn)樗哂型怀龅膬?yōu)點(diǎn)：只需要很少的操作人員，不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且提高了系統(tǒng)的熱效率。以上為國(guó)外供熱研究現(xiàn)狀，在我國(guó)，傳統(tǒng)的供熱技術(shù)（如采用鍋爐采暖系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)等）較國(guó)外的技術(shù)相差甚遠(yuǎn)，效率低、能耗大、污染嚴(yán)重。根據(jù)06年第八期月刊中劉永勇、王成軍、陳曉霞寫(xiě)的《克拉瑪依市中心城供熱技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》指出，在供熱系統(tǒng)運(yùn)行中，普遍存在的一些問(wèn)題是：不能及時(shí)掌握集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行工況，實(shí)時(shí)觀測(cè)整個(gè)系統(tǒng)中熱源出口、管網(wǎng)、換熱站運(yùn)行參數(shù)，因此不能依此迅速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行工況是否與供熱需求相匹配， 系統(tǒng)中各個(gè)部位供熱參數(shù)是否運(yùn)行正常，以便指導(dǎo)鍋爐房迅速查找問(wèn)題并及時(shí)合理調(diào)整運(yùn)行工況。 這主要是由于供熱系統(tǒng)中換熱站沒(méi)有有效的調(diào)節(jié)裝置和根據(jù)熱負(fù)荷的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的自控系統(tǒng)。造成供熱一次管網(wǎng)水力失調(diào)嚴(yán)重，使一些換熱站偏熱，而另一些換熱站偏冷，供熱效果不好、熱量浪費(fèi)的現(xiàn)象無(wú)法解決。其供熱系統(tǒng)，在儀表計(jì)量、通信、自動(dòng)控制方面，技術(shù)裝備低，缺乏技術(shù)手段，難以對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)格的管理。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)今結(jié)合智能化的控制的現(xiàn)代化供熱技術(shù)，克服了傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，提高供熱管理水平，消除水力失調(diào)，節(jié)能降耗?，F(xiàn)今智能供熱系統(tǒng)已是個(gè)供熱企業(yè)中大力發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。例如，秦皇島市在供熱技術(shù)方面，在這幾年中就有很大的改進(jìn)。秦皇島熱力總公司于2000年首次在集中供熱項(xiàng)目中引進(jìn)了芬蘭LONIX公司熱力站機(jī)組自控和無(wú)線遙測(cè)技術(shù)，其自控系統(tǒng)是一個(gè)集散控制系統(tǒng)，各熱力站為獨(dú)立控制，可根據(jù)當(dāng)?shù)厥彝鈿鉁?，調(diào)節(jié)一級(jí)網(wǎng)供水管上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)二級(jí)網(wǎng)供水溫度的控制。中控室不能干預(yù)各熱力站的控制，總的原則是中央監(jiān)測(cè)，就地控制。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用的是 LON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)線傳輸方式?；緦?shí)現(xiàn)了換熱機(jī)組的本地自控和無(wú)線通訊功能。唐山市熱力公司西部供熱工程在 1998年建立了微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)為集散型微機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)全網(wǎng) 86個(gè)熱力站進(jìn)行監(jiān)控，其中有12個(gè)典型站設(shè)有無(wú)線通訊裝置， 與監(jiān)測(cè)中心構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)。1998—1999年的采暖期間，該公司監(jiān)測(cè)中心和部分熱力站監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn)行，在溫差不變的情況下，電廠循環(huán)水量由3200噸/時(shí)降到2200噸/時(shí)，主循環(huán)泵提供的供回水壓差增加， 改善了不利熱力站的水力工況，使其二次線供水溫度有所提高，改善了供熱效果。其它城市也在不同程度上建立了微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 目前國(guó)內(nèi)有兩種不同的供熱系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控-2-方式，一種是采用中央集中式監(jiān)控方式，所有的指令都由主控室下達(dá)，本地站只是執(zhí)行上級(jí)指令；另一種是中央和本地分工協(xié)作監(jiān)控辦法， 主控室只負(fù)責(zé)全網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)視，本地站根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)控制。隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大，監(jiān)控水平要求的提高，后面一種更是今后發(fā)展的方向。在過(guò)去幾年里，相對(duì)于國(guó)外技術(shù)，我國(guó)供熱技術(shù)存在以下不足：1、自動(dòng)控制方面并不夠智能。當(dāng)熱源供熱能力不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)前端用戶“搶熱”，后端用戶“過(guò)冷”現(xiàn)象，造成大網(wǎng)嚴(yán)重水力失調(diào)，同時(shí)，室外氣溫變化比較頻繁，而熱源參數(shù)調(diào)節(jié)與各熱力站調(diào)節(jié)不能同步， 造成自控系統(tǒng)的震蕩和熱網(wǎng)水力工況的失穩(wěn)。2、數(shù)據(jù)傳輸或是通訊方面。一是由于信號(hào)干擾或建筑物阻擋等原因，造成部分熱力站信號(hào)傳不上來(lái)；二是數(shù)據(jù)傳輸無(wú)主動(dòng)上傳功能，只能是自上而下采集，而不能主動(dòng)由下至上傳輸，當(dāng)熱力站參數(shù)超限或故障報(bào)警時(shí)，不能自動(dòng)上報(bào)中控室，而需由值班人員來(lái)完成；三是由于采取巡檢方式檢測(cè)各站運(yùn)行數(shù)據(jù)， 所有熱力站巡檢一次約需半個(gè)小時(shí)，故不能采集同一時(shí)刻熱網(wǎng)參數(shù)， 從而不能科學(xué)準(zhǔn)確地對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和水力工況分析。隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)發(fā)展速度的加快和網(wǎng)絡(luò)通訊的不斷發(fā)展，供熱技術(shù)也在不斷提高，智能的供熱系統(tǒng)對(duì)以上情況的改善顯得更為迫切和需要。１.3 本文主要研究?jī)?nèi)容本文內(nèi)容包括：智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)的研究意義，根據(jù)單片機(jī)智能供熱要求確定方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件和軟件。本系統(tǒng)采用ATM89C51系列單片機(jī)作為CPU，設(shè)置Pt100溫度傳感器、壓差傳感器、渦輪流量計(jì)等傳感器元件對(duì)供回水、補(bǔ)水、供熱蒸汽的溫度、壓力檢測(cè)，對(duì)回水、補(bǔ)水的流量檢測(cè)，通過(guò)測(cè)量電路、 A/D轉(zhuǎn)換后把數(shù)據(jù)傳送到CPU，CUP根據(jù)已經(jīng)設(shè)置好的溫度范圍進(jìn)行比較判斷，并發(fā)回命令調(diào)整供回水的壓力以及流量，最終達(dá)到自動(dòng)控制溫度的目的，這對(duì)于保證供熱品質(zhì)和節(jié)省能源都有著非常重要的意義。本系統(tǒng)還安裝了鍵盤(pán)，顯示以及打印機(jī)，方便了數(shù)據(jù)的讀取、切換和統(tǒng)計(jì)，使管理層對(duì)供熱過(guò)程和供熱品質(zhì)有最直觀的了解。-3-第二章 系統(tǒng)方案選定2.1 供熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介及改進(jìn)采暖供熱系統(tǒng)分為傳統(tǒng)的采暖供熱系統(tǒng)和智能自動(dòng)化監(jiān)控供熱系統(tǒng)。傳統(tǒng)的采暖供熱系統(tǒng)有鍋爐采暖系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)。鍋爐采暖主要包括燃煤鍋爐和燃油、氣鍋爐，前者運(yùn)行成本低，但能源轉(zhuǎn)換效率，對(duì)大氣的污染嚴(yán)重，后者雖然對(duì)環(huán)境污染遠(yuǎn)小于燃煤系統(tǒng)，運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活，節(jié)省了燃料量和運(yùn)行費(fèi)，但是油、氣等燃料價(jià)格昂貴，系統(tǒng)的一次能耗較高，使得燃油、氣鍋爐的運(yùn)行費(fèi)昂貴。以熱電廠為熱源的區(qū)域供熱系統(tǒng)，常見(jiàn)形式是熱電廠中汽輪機(jī)的抽汽或背壓排汽通過(guò)熱交換器將熱量傳遞給熱水，并通過(guò)熱網(wǎng)輸送到各采暖用戶。熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)在所有采暖形式中，熱電聯(lián)產(chǎn)一次能耗是最低的，這使得熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境污染也很小，若使用傳統(tǒng)的管理方式和傳統(tǒng)的系統(tǒng)控制，則存在著效率低，損耗大，控制精度不高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)用高等缺點(diǎn)。由于供熱需要消耗大量的能源，而我國(guó)當(dāng)前的能源形勢(shì)十分嚴(yán)峻，因此節(jié)能是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的最有效、最經(jīng)濟(jì)的途徑。采取最有效的解決方案是采用更為合理的供熱方式來(lái)提高換熱效率，提高系統(tǒng)能效，節(jié)約資源。采用智能控制集中供熱系統(tǒng)方案是當(dāng)今提倡的改良方案。該系統(tǒng)主要解決現(xiàn)有油田供熱系統(tǒng)以人工調(diào)節(jié)供熱裝置，致使供熱效果不好、缺乏整體協(xié)調(diào)性、難以達(dá)到供熱系統(tǒng)整體最佳狀態(tài)的不足，其特征在于：所述集中供熱系統(tǒng)還包括一個(gè)智能控制器，該智能控制器接收來(lái)自于溫度傳感器、壓力傳感器的信號(hào)并向電動(dòng)調(diào)節(jié)閥發(fā)出控制信號(hào)，所述溫度傳感器、壓力傳感器接收來(lái)自于供水管線、回水管線、回水缸、分水缸的溫度和壓力信號(hào)，具有供熱效果好、能夠?qū)崿F(xiàn)供熱系統(tǒng)的智能化控制、節(jié)省能源的特點(diǎn)，因此是目前各供熱企業(yè)中大力發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。采用該智能控制系統(tǒng)，將使中央供熱機(jī)組的自動(dòng)化水平和可靠性指標(biāo)達(dá)到新的高度，并使機(jī)組在操作方便化、管理科學(xué)化、節(jié)能化、和省力化等方面獲得巨大的進(jìn)步。該系統(tǒng)滿足樓宇自動(dòng)化的要求，開(kāi)發(fā)成本低，符合智能大廈、高層建筑等采暖空調(diào)和衛(wèi)生熱水供應(yīng)的需要。隨著我國(guó)樓宇自動(dòng)化水平的普及和提高，該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。智能自動(dòng)化監(jiān)控[2]，采用智能全數(shù)字計(jì)算機(jī)管理，性能穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)管理，為安全生產(chǎn)的有序可控提供了先進(jìn)的手段，奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)應(yīng)用成本的大幅下降，使供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化監(jiān)控成為可能。智能自動(dòng)化監(jiān)控，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控-4-制運(yùn)行分析，減少了人為因素所帶來(lái)的安全隱患，極大地提高了系統(tǒng)的安全可靠性；應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來(lái)完善供熱系統(tǒng)；高達(dá)20％的節(jié)能效果，使供熱安全與經(jīng)濟(jì)效益得到有機(jī)的結(jié)合。實(shí)踐證明，設(shè)備自動(dòng)化水平的提高是保證供熱安全的重要途徑之一[3]。集中供熱系統(tǒng)中采用智能控制系統(tǒng),主要是區(qū)別于以往使用的常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng),所謂“智能”是指系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立采用了分級(jí)遞階智能控制方案,即系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為執(zhí)行級(jí)和組織協(xié)調(diào)級(jí)。而執(zhí)行級(jí)的控制方案是采用了模糊控制思想。2.2系統(tǒng)方案確定計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所采用的形式與它生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜程度密切相關(guān)，不同控制對(duì)象和不同的控制要求，應(yīng)有不同的控制系統(tǒng)方案。根據(jù)計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中所起的作用，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng) DCS、直接數(shù)字控制系統(tǒng) DDC、監(jiān)督控制系統(tǒng)[4]。以下是對(duì)這四種系統(tǒng)的大致描述。1、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)OIS，在該系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對(duì)象，屬于開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對(duì)檢測(cè)到的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行處理，計(jì)算出各控制量應(yīng)有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時(shí)計(jì)算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用。該系統(tǒng)常用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試階段，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)、處理及試驗(yàn)新的控制程序等。2、集散控制系統(tǒng)DCS，采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治的管理模式。它實(shí)際上是一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)主計(jì)算機(jī)和若干單片機(jī)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以也叫主從結(jié)構(gòu)或樹(shù)形結(jié)構(gòu)，單片機(jī)絕大部分時(shí)間都是在并行工作的，只是必要時(shí)才與主機(jī)通訊。3、直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC，是單片機(jī)在工業(yè)控制中應(yīng)用最普通的一種方式，屬于閉環(huán)系統(tǒng)。在這種方式中，單片機(jī)作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分或環(huán)節(jié)，直接參與控制過(guò)程。一臺(tái)單片機(jī)可以對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果和給定值進(jìn)行比較，再按事先約定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算處理，然后通過(guò)D/A和反多路開(kāi)關(guān)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。4、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC。SCC系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實(shí)際情況，因?yàn)樵贒CC系統(tǒng)匯總計(jì)算機(jī)只是代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不能進(jìn)行在最佳狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制,并且還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等，它是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。SCC系統(tǒng)有兩種形式：SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)；SCC+DCC控制系統(tǒng)。SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系-5-統(tǒng)是按一定得數(shù)學(xué)模型對(duì)生產(chǎn)工況進(jìn)行分析、 計(jì)算得出控制對(duì)象各參數(shù)的最有給定值，使工況保持在最優(yōu)狀態(tài)，而 SCC+DDC是通過(guò)SCC給出最優(yōu)給定值，通過(guò)與 DDC通訊，將給定值送給DCC級(jí)執(zhí)行過(guò)程控制。這種分級(jí)控制效果能提高系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)若采用SCC+DDC控制系統(tǒng)后可實(shí)現(xiàn)以下功能。1、實(shí)時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)。通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)，可以全面、及時(shí)地了解供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，如供熱運(yùn)行的溫度、壓力、流量、熱量等參數(shù)，避免以往的憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)滯后。全面了解供熱運(yùn)行狀況，是一切調(diào)節(jié)控制的基礎(chǔ)。2、對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)控制。供熱系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，熱用戶設(shè)定溫度以及室外溫度的變化，經(jīng)常性的流量調(diào)節(jié)是必不可少的，手動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)法保證精度。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，則可按照預(yù)先設(shè)定的程序，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，達(dá)到流量的均勻分配，消除冷熱不均現(xiàn)象。3、消除熱系統(tǒng)固有特性影響，增強(qiáng)系統(tǒng)按需供熱功能。熱力站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)，配置供熱系統(tǒng)熱熱負(fù)荷預(yù)測(cè)程序，則可根據(jù)前幾天的運(yùn)行參數(shù)、室外溫度，預(yù)測(cè)將來(lái)某一段時(shí)間的供熱負(fù)荷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行指導(dǎo)，在消除熱系統(tǒng)滯后影響的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能的目的。4、保障系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)建立相應(yīng)的故障分析軟件，可通過(guò)對(duì)供熱運(yùn)行參數(shù)的分析，及時(shí)判斷，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以便及時(shí)搶修，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，設(shè)備損壞北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文嚴(yán)重，保證安全供熱。5、建立系統(tǒng)運(yùn)行檔案。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以建立各種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)\(yùn)行過(guò)程中的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)需要打印各類運(yùn)行記錄，貯存歷史數(shù)據(jù)，為今后量化管理和進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。6、為整個(gè)集中供熱系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供基礎(chǔ)。熱力站監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)及儲(chǔ)存當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)未來(lái)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，為系統(tǒng)的整體運(yùn)行既優(yōu)化提供了必需的數(shù)據(jù)。針對(duì)集中供熱所出現(xiàn)前端用戶“搶熱”，后端用戶“過(guò)冷”的現(xiàn)象，本文提出使用單片機(jī)控制的智能供熱監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)方案，SCC+DDC控制系統(tǒng)方案，本系統(tǒng)可以精確的檢測(cè)和合理調(diào)配，使系統(tǒng)供應(yīng)的能量更為均衡，還可以自動(dòng)檢測(cè)故障等優(yōu)點(diǎn)，充分開(kāi)發(fā)利用熱能，能保證供熱系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。-6-2.2.1 控制系統(tǒng)原理集中供熱的工作方式為熱源廠通過(guò)輸汽管道將過(guò)熱蒸汽輸送到各換熱站， 在換熱站中蒸汽經(jīng)熱交換器將采暖熱水加熱，循環(huán)泵通過(guò)供熱管道將熱水送到各熱用戶。因此，換熱站作為熱源廠與熱用戶之間的中間環(huán)節(jié)， 對(duì)供熱質(zhì)量起著重要作用。本文介紹的供熱控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同的供熱時(shí)段和溫度采取不同的供熱策略，保證熱用戶的室內(nèi)變化不超出某一范圍 （18±2℃），保證供熱系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約能源。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需對(duì)供熱蒸汽管道、供水管道、回水管道的溫度、壓[5]力、流量、熱流量以及用戶室內(nèi)溫度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量與控制 。2-1為系統(tǒng)總體控制原理簡(jiǎn)圖。外工 控 機(jī) 用戶終端溫 度供水過(guò)熱蒸汽熱回水用戶凝結(jié)水 換熱站補(bǔ) 水 泵圖2-1系統(tǒng)總體控制原理簡(jiǎn)圖系統(tǒng)的主要測(cè)控設(shè)備采用工控機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)換熱站中供熱蒸汽管道、供水管道、回水管道的溫度、壓力、流量、熱流量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量與控制；用戶測(cè)量終端負(fù)責(zé)測(cè)量典型用戶的室內(nèi)溫度，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)光電隔離 20mA通訊電流環(huán)傳送給工控機(jī)；熱水流量?jī)x負(fù)責(zé)對(duì)主要管道末端供水、回水的溫度、壓力、流量及熱量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送給工控機(jī) [6]。此外還配有顯示屏、PP40彩繪打印機(jī)等。2.2.2 控制電路結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)是針對(duì)換熱站中的多個(gè)換熱器 ,要完成的數(shù)據(jù)采集功能包括采集總輸入的熱蒸汽的溫度、壓力、流量值及輸出到各個(gè)熱用戶單位的溫度、壓力、流量值 ,通過(guò)這些參數(shù)分別對(duì)各換熱器的進(jìn)行出水溫度和補(bǔ)水控制，通過(guò) RS-485通訊網(wǎng)與前AT89C51單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)采集器與上位機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)發(fā)送各種命令[7]?？捎蠵C機(jī)直接發(fā)送各種過(guò)程保護(hù)控制信號(hào)。生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)性要求較高的信號(hào)，諸-7-如過(guò)流保護(hù)等，不受定時(shí)通信的影響，這可保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)構(gòu)圖如2-2所示：mV換熱站打印機(jī)工通信號(hào)V隔離控mA1#2#3#與主換換換信號(hào)D/AmA機(jī)道熱熱熱顯示器調(diào)理站站站圖2-2 控制電路結(jié)構(gòu)圖2.2.3 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)要求有：（1）可實(shí)現(xiàn)集中供熱中供熱站主要運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。（2）對(duì)供回水、補(bǔ)水和供熱蒸汽的溫度、壓力測(cè)量，供回、補(bǔ)水的流量測(cè)量。（3）根據(jù)室外大氣溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供、 回水溫度的平均值，保證供熱溫度。（4）根據(jù)供、回水壓力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供、回水溫度的平均值，保證供熱溫度。（5）保證數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示、打印，具有溫度、壓力越限警告功能。（6）具有通訊功能，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程管理。2.2.4 系統(tǒng)工作任務(wù)該系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，每個(gè)換熱站內(nèi)控制器需要完成的功能有:室外溫度、一次熱網(wǎng)供回水溫度、壓力及流量檢測(cè),二次熱網(wǎng)的供回水溫度、壓力以及補(bǔ)水流量等檢測(cè)及控制,具體實(shí)施過(guò)程是:每個(gè)換熱站設(shè)置一套控制器及數(shù)據(jù)測(cè)量、控制儀表,使整個(gè)供熱系統(tǒng)構(gòu)成一套完整的SCADA系統(tǒng),由監(jiān)控中心對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控[8]。通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)下列功能 :溫度補(bǔ)償?？刂破骺梢驌Q熱站周圍溫度的不同而自動(dòng)調(diào)整二次供水溫度的設(shè)定值,從而保證了用戶的室內(nèi)溫度保持恒定,滿足室內(nèi)的取暖需求。熱流量限制。每個(gè)換熱站在一年的供暖時(shí)期內(nèi),用戶恒定,需要的熱量也不,故熱流量沒(méi)有變化,通過(guò)一次側(cè)流量檢測(cè)并加控制閥進(jìn)行控制,使每個(gè)換熱站的熱量供給恒定,既保證了換熱站的熱量需求、避免熱量的浪費(fèi),又可將更多的熱量供-8-給遠(yuǎn)端換熱站,從而滿足遠(yuǎn)端用戶的熱量需求。水流量限制。對(duì)供水流量進(jìn)行檢測(cè),并實(shí)施供水泵變頻控制,可以保證供水流量滿足用戶需求,避免供水資源浪費(fèi)及過(guò)多的電力消耗?；厮疁囟认拗?。檢測(cè)回水溫度,并對(duì)回水溫度過(guò)高進(jìn)行限制,當(dāng)回水溫度過(guò)高時(shí),適當(dāng)降低水流量。這樣可以保證熱量全部供給用戶,保證用戶室內(nèi)需求,使得熱量充分被利用,提高供熱系統(tǒng)的熱效率?；厮疁夭钕拗?。系統(tǒng)中包含此項(xiàng)功能的益處是:①避免熱量沒(méi)有被充分利,在供熱高峰期間降低水流高峰;②動(dòng)態(tài)保證盡可能低的回水溫度;③降低熱網(wǎng)的傳輸費(fèi)用;④可以接入更多的用戶。結(jié)垢檢測(cè)?？山档蛽Q熱器的維護(hù)、保養(yǎng)費(fèi)用，使設(shè)備僅在需要時(shí)才進(jìn)行清洗,另外可以檢測(cè)到設(shè)備的換熱效率,并提高系統(tǒng)的整體性能。根據(jù)以上論述,集中供熱系統(tǒng)對(duì)換熱站、熱力管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控后，現(xiàn)有熱能被充分挖掘，既節(jié)約了投資、避免資源浪費(fèi),又滿足了用戶需求。2.2.5 控制算法的確定控制算法是為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制功能和控制規(guī)律由微型機(jī)所實(shí)現(xiàn)的控制計(jì)算方法。因此，控制算法是微機(jī)按控制功能和控制規(guī)律編寫(xiě)成相應(yīng)的程序 [9]。執(zhí)行該算法程序，便可完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)象的控制。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合適的控制算法。由于供熱網(wǎng)控制系統(tǒng)是一個(gè)大時(shí)滯和非線性系統(tǒng)，這種特性可能引起供熱系統(tǒng)的不穩(wěn)定;而且由于供暖期需要晝夜24小時(shí)保持比較穩(wěn)定的室內(nèi)溫度，而室外溫度每日、每時(shí)都在變化，相應(yīng)造成房屋耗熱量的變化，為了適應(yīng)室外溫度的變化，保持熱平衡及穩(wěn)定的室內(nèi)溫度，就必須對(duì)鍋爐的供熱量進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)。目前對(duì)于溫度的控制大多是采用PID控制。這種方法簡(jiǎn)單，便與實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于象退火爐這樣的大滯后、大慣性和時(shí)變性的溫度控制系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的PID控制，同一組控制參數(shù)很難兼顧不同退火工藝的控制要求，控制的超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，控制效果較差，且一組整定的參數(shù)不能完全適應(yīng)不同的退火工藝要求還易產(chǎn)生較大的是超調(diào)。常見(jiàn)控制算法有以下幾種。1、數(shù)字PID控制算法[10]數(shù)字PID控制器是按偏差的比例（Proportional）、積分(Integral)、微分-9-(Differential) 的線性組合構(gòu)成控制的調(diào)節(jié)器，它使用廣泛，靈活，可按系統(tǒng)的要求，調(diào)整不同的PID控制參數(shù)。它控制效果好，特別是對(duì)于時(shí)間常數(shù)比較大的被控對(duì)象來(lái)說(shuō)有其一定的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)良好的控制。但是經(jīng)典的PID控制需要知道被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，而供熱網(wǎng)溫度控制器的參數(shù)選擇十分困難。PID控制器方框圖如圖2-3所示：r

e u cPID 被控對(duì)象測(cè)量圖2-3PID控制器方框圖2、模糊（Fuzzy）控制模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)， 以模糊數(shù)學(xué)、模糊語(yǔ)言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)的微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng) [11]。工作過(guò)程可以描述為：將輸入量轉(zhuǎn)化為模糊量供模糊邏輯決策系統(tǒng)用，模糊邏輯決策器根據(jù)控制規(guī)則所決定的模糊關(guān)系R，應(yīng)用模糊邏輯推理算法得出控制器的模糊輸出控制量，然后經(jīng)精確化計(jì)算得到精確的控制值去控制被控對(duì)象。它模擬人的思維，茍照一種非線性控制，以滿足復(fù)雜得、不確定性的過(guò)程控制的需要。模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示：給定量eu被控量rA/D模糊控制器D/A執(zhí)行機(jī)被控對(duì)象y傳感器圖2-4模糊控制器方框圖由于模糊控制不需要知道被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，且其魯棒性能較強(qiáng)，所以得到廣泛應(yīng)用。3、Fuzzy-PID控制模糊控制和經(jīng)典PID進(jìn)行不同形式的結(jié)合構(gòu)成復(fù)合模糊PID控制器[12]。這種控制算法的特點(diǎn)是根據(jù)偏差的大小采用不同的控制算法。當(dāng)溫度偏差較大時(shí)采用Fuzzy-10-控制，可以加快響應(yīng)速度，當(dāng)溫度偏差較小進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程后切換到PID控制，消除靜差，提高控制精度。供熱模糊PID控制器是在普通模糊控制的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)常規(guī)的PID控制器從而構(gòu)成了一個(gè)混合PID模糊控制器，同時(shí)增加了一個(gè)系統(tǒng)常規(guī)庫(kù)B，用于對(duì)常規(guī)PID控制器得參數(shù)進(jìn)行模糊調(diào)節(jié)。通過(guò)規(guī)則庫(kù)B對(duì)PID控制器得積分參數(shù)在線調(diào)節(jié)，間接調(diào)整了系統(tǒng)控制規(guī)則，并對(duì)由于模糊化使常規(guī)模糊控制器丟失的信息進(jìn)行了補(bǔ)償，因此可增強(qiáng)控制系統(tǒng)的魯棒性、自適應(yīng)能力、提高系統(tǒng)的控制精度，避免了普通PID模糊控制器在模糊控制與常規(guī)的PID控制器之間切換時(shí)產(chǎn)生的“毛刺”，使系統(tǒng)性能得以提高和完善。因此，在現(xiàn)行的集中供熱中模糊PID控制器被廣泛應(yīng)用。對(duì)以上控制算法小結(jié)：PID控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，而PID控制的性能取決于參數(shù)的整定情況，對(duì)那些對(duì)象模型復(fù)雜和難以確定精確模型的控制系統(tǒng)，具有很大的局限性，而且它的快速性和超調(diào)量之間的矛盾關(guān)系，使它不一定能滿足調(diào)節(jié)時(shí)間短、超調(diào)小的技術(shù)要求。模糊控制魯棒性好，無(wú)需知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，且在快速性方面有著自己的優(yōu)勢(shì)，但模糊控制易受模糊規(guī)則有限等級(jí)的限制而引起穩(wěn)態(tài)誤差。模糊PID控制可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)PID參數(shù)的最佳調(diào)整，應(yīng)用在具有明顯的純滯后、非線性、參數(shù)時(shí)變類似于溫度這樣特點(diǎn)的控制對(duì)象可以獲得很好的控制性能。大量的理論研究和實(shí)踐也充分證明了用模糊自整定PID控制溫度是一個(gè)非常好的解決方法。它不僅能發(fā)揮模糊控制的魯棒性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、上升時(shí)間快和超調(diào)小的特點(diǎn)，又具有PID控制器的動(dòng)態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。因此在溫度控制器設(shè)計(jì)中，采用PID參數(shù)模糊自整定復(fù)合控制，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線自調(diào)整功能，可以進(jìn)一步完善PID控制的自適應(yīng)性能，在實(shí)際應(yīng)用中也取得了較好的效果。因此，系統(tǒng)采用模糊PID控制算法。2.2.6 補(bǔ)水控制方案確定為了保證供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行，需采取定壓補(bǔ)水控制。供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水控制的原理圖，如圖2-5所示。當(dāng)供熱系統(tǒng)中膨脹水量小于漏失水量時(shí)，需對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，否則難以維持供熱系統(tǒng)的定壓點(diǎn)壓力，供熱系統(tǒng)無(wú)法正常工作，因此深入研究供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水方法有助于提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行的可靠度。 供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水的控制原理當(dāng)供熱系統(tǒng)漏水時(shí)系統(tǒng)壓力降低， 定壓點(diǎn)的壓力傳感器將此信息 （電壓信號(hào)）傳給比較器，壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)比較器輸出的偏差信號(hào)啟動(dòng)執(zhí)行器（ 補(bǔ)水泵）向供熱系統(tǒng)補(bǔ)水，使定壓點(diǎn)的壓力升高，壓力偏差逐漸減小，當(dāng)壓力偏差為0（即-11-測(cè)量值等于給定值）或很小時(shí)，補(bǔ)水泵停止運(yùn)行。壓力調(diào)節(jié)器為自力式壓力調(diào)節(jié)閥或電接點(diǎn)壓力表[13]。壓力調(diào)節(jié)壓力壓力給定值壓力偏差器控制信號(hào)干擾量12345壓力測(cè)量值2-5供熱系統(tǒng)定壓補(bǔ)水控制原理圖比較器2.壓力調(diào)節(jié)器3.執(zhí)行器4.調(diào)節(jié)對(duì)象5.壓力傳感器1、補(bǔ)水定壓的原理及方式補(bǔ)水定壓的原理是利用循環(huán)泵入口處網(wǎng)路回水的壓力控制閥門(mén)開(kāi)度 , 當(dāng)壓力過(guò)低時(shí),啟動(dòng)補(bǔ)水泵,閥11開(kāi)大,增加進(jìn)入網(wǎng)路的補(bǔ)水量,使壓力回升到要求的壓力;當(dāng)壓力過(guò)高時(shí),閥11關(guān)小,減少進(jìn)入網(wǎng)路的補(bǔ)水量,使壓力下降到規(guī)定值。始終保持系統(tǒng)壓力在規(guī)定的范圍,保持補(bǔ)給水泵補(bǔ)給的水量與系統(tǒng)的泄漏水量相適應(yīng),從而維持系統(tǒng)動(dòng)水壓曲線的位置,達(dá)到整個(gè)網(wǎng)路穩(wěn)定運(yùn)行。熱水采暖系統(tǒng)定壓方式有:①高架水箱定壓;②補(bǔ)給水泵定壓;③惰性氣體(氮?dú)?定壓;④蒸氣定壓。其中氮?dú)舛▔?、蒸氣定壓因需消耗氮?dú)?、蒸?設(shè)備也較復(fù)雜,多用在供水溫度較高的供熱系統(tǒng)中,低溫?zé)崴膳２捎醚a(bǔ)給水泵定壓方式。如圖2-6所示。圖2-6 補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓工作原理示意圖-12-1—除污器;2—網(wǎng)路循環(huán)水泵 ;3—換熱器;4—軟化水箱;5—補(bǔ)給水泵;6—分水器;7—集水器;8—止回閥;9—壓力表;10—熱用戶;11—補(bǔ)給水控制閥2、補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓存在的問(wèn)題[15]換熱站采用補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓存在以下幾方面的問(wèn)題 :①系統(tǒng)調(diào)整頻繁。②突發(fā)性事故多。為避免事故的再次發(fā)生,除加強(qiáng)運(yùn)行人員的工作責(zé)任心外,對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)水定壓方式作一些改進(jìn)是十分必要的。[16]3、換熱站補(bǔ)水定壓的工作原理和改進(jìn)方案（1）工作原理當(dāng)系統(tǒng)初運(yùn)行時(shí), 系統(tǒng)注水靠初運(yùn)行補(bǔ)水泵將軟化水補(bǔ)入系統(tǒng) , 直至系統(tǒng)充,并達(dá)到規(guī)定的壓力范圍內(nèi),然后啟動(dòng)循環(huán)泵正常運(yùn)行。系統(tǒng)正常運(yùn)行后,關(guān)閉初運(yùn)行補(bǔ)水泵,由壓力控制器(14)控制恒壓點(diǎn)的壓力值在規(guī)定的范圍之內(nèi)。若恒壓點(diǎn)的壓力下降到規(guī)定壓力的下限時(shí),壓力控制器(14)接通,發(fā)出信號(hào),常閉電磁閥(4)打開(kāi),噴射補(bǔ)水環(huán)路接通,這時(shí),循環(huán)水泵出口處的一小部分高壓水經(jīng)沖射水管(3)進(jìn)入水射擊器(1),產(chǎn)生噴射作用,經(jīng)引射水管(12)抽吸軟化水箱內(nèi)的軟化水,在水射器內(nèi)混合后,通過(guò)逆止閥(8)經(jīng)補(bǔ)水管(7)補(bǔ)入系統(tǒng);當(dāng)恒壓點(diǎn)壓力達(dá)到規(guī)定壓力上限時(shí),壓力控制器(14)斷開(kāi),電磁閥(4)關(guān)閉,切斷噴射補(bǔ)水環(huán)路,停止補(bǔ)水。壓力控制器與循環(huán)水泵電氣連鎖,即只有啟動(dòng)循環(huán)水泵,壓力控制器才通電,處于工作狀態(tài)。如果電磁閥(4)失靈,可關(guān)閉截止閥根據(jù)回水管上的壓力顯示,手動(dòng)控制旁通閥(6)進(jìn)行補(bǔ)水。（2）改進(jìn)方案通過(guò)參考有關(guān)資料和分析思考,對(duì)換熱站提出了由原來(lái)的補(bǔ)水泵補(bǔ)水定壓改為水噴射器自動(dòng)補(bǔ)水定壓[17]。主要由水噴射器、電磁閥、逆止閥及壓力控制器組成。由補(bǔ)給水泵補(bǔ)水定壓改進(jìn)為水噴射泵自動(dòng)補(bǔ)水定壓,除能消除補(bǔ)水泵定壓存在的不足,還具有如下優(yōu)點(diǎn):①能避免因啟動(dòng)頻繁而引起的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。②自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少了突發(fā)性事故。③結(jié)構(gòu)方面，更簡(jiǎn)單、緊湊、制作安裝容易,占地面積小,節(jié)省基建投資。④維護(hù)方面，維修量少,無(wú)運(yùn)轉(zhuǎn)部件,不需備用設(shè)備及備品備件。圖2-7 采用水噴射器自動(dòng)補(bǔ)水定壓方式的熱水供暖示意圖1—水射器;2—循環(huán)水泵;3—沖射水管;4—電磁閥;5—截止閥;6—旁通截止閥 ;7—補(bǔ)水;8—逆止閥;9—安全閥;10—初運(yùn)行補(bǔ)水泵;11—軟化水箱;12—引射水管;13—初運(yùn)行吸水管;14—壓力控制器;15—補(bǔ)水控制截止閥;16—換熱器;17—分水器;18—除污器;19—集水器;20—供熱用戶-14-第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件電路的基本組成本系統(tǒng)的關(guān)鍵是單片機(jī)對(duì)供熱蒸汽管道、供水管道、回水管道的溫度、壓力、流量、熱流量等參數(shù)的測(cè)量與控制，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)光電隔離20mA通訊電流環(huán)傳送給工控機(jī)；熱水流量?jī)x負(fù)責(zé)對(duì)主要管道末端供水、回水的溫度、壓力、流量及熱量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，因此需要控制器、數(shù)據(jù)采集與處理電路，數(shù)據(jù)傳輸和通訊電路，報(bào)警電路，硬件接口電路，包括溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、主機(jī)、顯示器和鍵盤(pán)、執(zhí)行器、電源等。以下是對(duì)部分組成器件的作用簡(jiǎn)要說(shuō)明。①傳感器和執(zhí)行器傳感器將供熱系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和故障信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，包括溫度、流量、壓力、系統(tǒng)最不利點(diǎn)壓力值等。執(zhí)行器直接操作熱力站系統(tǒng)中各種泵、閥、電機(jī)等。②信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將傳感器信號(hào)調(diào)理為標(biāo)準(zhǔn)的模擬量和數(shù)字量輸入送給微機(jī)并將微機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。③主機(jī)主機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量出供熱系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)并且控制執(zhí)行器做出正確動(dòng)作，要求抗干擾能力強(qiáng)，能夠長(zhǎng)期不間斷地穩(wěn)定運(yùn)行。④通訊由于各熱力站遍布于整個(gè)供暖區(qū)域，必須考慮與管理調(diào)控中心通訊功能，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信比較可行的方法有Internet或者使用Modem通過(guò)電話線直接進(jìn)行串行通信。從實(shí)時(shí)性和安全性考慮，選用后者?？偟膩?lái)說(shuō)，系統(tǒng)主要分為前向通道、單片機(jī)系統(tǒng)和后向通道。2前向通道設(shè)計(jì)3.2.1 溫度傳感器供熱控制系統(tǒng)中需要檢測(cè)室外溫度、一次熱網(wǎng)供回水溫度、二次熱網(wǎng)的供回水溫度。所以測(cè)溫元件采用性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、互換性好的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度傳感器。因此本設(shè)計(jì)采用了溫度傳感器 Pt100。-15-1、溫度傳感器 Pt100的工作原理金屬鉑具有電阻溫度系數(shù)大，感應(yīng)靈敏；電阻率高，元件尺寸??；電阻值隨溫度變化而變化基本呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，長(zhǎng)期復(fù)現(xiàn)性好，測(cè)量精度高，是目前公認(rèn)制造熱電阻的最好材料。但鉑在高溫下，易受還原性介質(zhì)的污染，使鉑絲變脆并改變電阻與溫度之間的線性關(guān)系， 因此使用時(shí)應(yīng)裝在保護(hù)套管中。利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器有Pt100，電阻溫度系數(shù)為0.0039／℃，0℃時(shí)電阻值為100Ω，電阻變化率為0.3851Ω／℃。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200℃～650℃）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。在IEC75國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)TCR0.003851，Pt100(R0100)、Pt1000(R01000)為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。Pt100傳感器是利用鉑阻的阻值隨溫度變化而變化,并呈定函數(shù)關(guān)系的特性來(lái)測(cè)溫的。其溫度/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系為:（1）-200℃＜t＜0℃時(shí),RPt100=100[1AtBt2Ct2(t100)]（2）0℃≤t≤850℃時(shí)，RPt100100(1AtBt2)2、Pt100的主要技術(shù)參數(shù)測(cè)溫范圍:-200℃～+850℃;允許偏差值℃:A級(jí)+/-(0.15+0.002|t|),B級(jí)+/-(0.30+0.005|t|);熱響應(yīng)時(shí)間＜30s;最小置入深度≥200mm;允通電流≤5mA;3.2.2 壓力傳感器在集中供熱系統(tǒng)中，回風(fēng)管道內(nèi)必須按照要求安裝過(guò)濾網(wǎng)， 以濾除供熱現(xiàn)場(chǎng)帶走的灰塵。通過(guò)對(duì)過(guò)濾網(wǎng)兩端的壓差的測(cè)量，可及時(shí)了解過(guò)濾網(wǎng)的通風(fēng)狀況，以解決是否進(jìn)行清潔。在本次設(shè)計(jì)中選用的是歐德 1151系列電容式差壓變送器，該傳感器是北京歐德儀表科技有限公司生產(chǎn)的， 1151系列電容式差壓變送是以微處理器為核心的壓力傳感儀表，是基于傳統(tǒng) 1151的δ元件的兩線制智能變送器。 1151系列壓力/差壓變送器，可配 31/2位數(shù)字LCD液晶顯示器作現(xiàn)場(chǎng)輸出指示，也可配指針式電流-16-0～100%作現(xiàn)場(chǎng)輸出指示。（1）、性能特點(diǎn)（1）就地按鍵調(diào)整零點(diǎn)和量程；（2）量程比15:1或10:1；（3）阻尼可調(diào)；（4）輸出電流開(kāi)平方功能；（5）具有自診斷及故障輸出報(bào)警功能；（6）帶有EEPROM非易失性存儲(chǔ)器不怕斷電丟失數(shù)據(jù)。、技術(shù)指標(biāo)測(cè)量介質(zhì)： 液體、氣體和蒸氣測(cè)量范圍： 詳見(jiàn)型號(hào)表供電電源：12～45VDC，帶LCD數(shù)字顯示器為15-45VC，一般為24VDC輸出信號(hào)：4～20mA負(fù)載特性： 載電阻RL≤50(Vs－12)Ω，其中Vs為供電電源電壓指示表： 電流表線性指示 0～100%和平方根指示0～10，或31/2LCD液晶顯示百分?jǐn)?shù)或測(cè)量值防爆：a.隔爆型：dⅡBT5b.本質(zhì)安全型：iaⅡCT6量程和零位： 外部連續(xù)可調(diào)正負(fù)遷移：差壓變送器：最大正遷移量為500%；最大負(fù)遷移量為600%壓力變送器：最大正遷移量為500%；最大負(fù)遷移量不大于大氣壓絕對(duì)壓力變送器：最大正遷移量為500%；無(wú)負(fù)遷移環(huán)境溫度范圍：一般變送器：－25℃～75℃帶現(xiàn)場(chǎng)顯示器：－15℃～70℃過(guò)載壓力： 不超過(guò)規(guī)定壓力的 1.15倍濕度：相對(duì)濕度為0～100%容積變化量： ＜0.16cm3阻尼(階躍響應(yīng)):在0.2s到1.67s之間可調(diào)啟動(dòng)時(shí)間：2s，不需要預(yù)熱精度：±0.2%，±0.25%，±0.5%，具體見(jiàn)型號(hào)規(guī)格表穩(wěn)定性： 六個(gè)月內(nèi)不超過(guò)變送器精度-17-溫度影響： 在最大量程時(shí)，每 10℃變化量靜壓影響： 在最大量程時(shí)的影響振動(dòng)影響： 在任意軸向上，振動(dòng)頻率為 200時(shí)，誤差為測(cè)量范圍上限的0.05%/g，量程代號(hào)2為±0.25%/g電源影響：小于輸出量程的±0.005%/V負(fù)載影響： 供電恒定時(shí)負(fù)載變化沒(méi)有影響安裝位置影響： 最大可產(chǎn)生0.24kPa的零點(diǎn)誤差，通過(guò)調(diào)零消除，對(duì)量程沒(méi)有影響排氣/排液閥、法蘭和接頭：見(jiàn)訂購(gòu)指南灌充液: 硅油或惰性油 螺栓: 碳鋼鍍鉻殼體材料: 低銅鋁合金引壓連接件：在壓力容室上的和外界連接用的螺栓孔為 1/4NPT，中心距54；接1/2NPT或M20×1.5陽(yáng)螺紋球錐面密封，帶接頭時(shí)中心距50.8、54、57.2mm(NPT錐管螺紋符合GB/T1271691)電氣接口：M20×1.5重量：約5kg（不帶附件）3.2.3 流量傳感器在供熱系統(tǒng)中，必須對(duì)每臺(tái)熱風(fēng)機(jī)組的循環(huán)水流量進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)采用天津產(chǎn)LWGY-80式渦輪流量計(jì)[18]，傳感器用插入桿將一個(gè)較小的切向式渦輪頭插到大口徑管道的預(yù)定深度處，流體流動(dòng)時(shí)推動(dòng)渦輪頭的切向式葉輪旋轉(zhuǎn)，使磁阻式傳感元件發(fā)出電脈沖流量信號(hào)，流量信號(hào)輸入工控機(jī)。這種傳感器精度高，穩(wěn)定可靠，維護(hù)工作量小。該傳感器是深圳市波特傳感儀器儀表有限公司生產(chǎn)的。（1）、LWGY-80DE特點(diǎn)：⑴壓力損失小，葉輪具有防腐功能；⑵具有較高的抗電磁干擾和抗震動(dòng)能力，性能可靠工作壽命長(zhǎng)；⑶采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)，整機(jī)功能強(qiáng)，功耗低，性能優(yōu)越，具有非線性精度補(bǔ)償功能的智能顯示器。修正公式精度優(yōu)于± 0.02%；⑷儀表系數(shù)可由按鍵在線設(shè)置，并可顯示在 LCD屏上，LCD屏直觀清晰，可靠性高；⑸用EEPROM對(duì)累積流量、儀表系數(shù)進(jìn)行掉電保護(hù)。保護(hù)時(shí)間大于10年。-18-LWGY 渦輪流量傳感器與顯示儀表配套組成渦輪流量計(jì)。傳感器具有精度高，重復(fù)性好，壽命長(zhǎng)操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測(cè)量液體的體積瞬時(shí)流量和體積總量。（2）、主要技術(shù)參數(shù)：⑴準(zhǔn)確度：0.5級(jí)，1.0級(jí)；⑵使用條件：測(cè)量范圍：10～100m3/h最大工作電壓：2.5Pma介質(zhì)溫度：-20～+120℃環(huán)境溫度：-20～+50℃?zhèn)鬏斁嚯x：傳感器至顯示儀表的距離可達(dá)500m防爆等級(jí)：dIIBT4前置放大器的工作電源： +12V渦輪流量計(jì)采用瞬時(shí)計(jì)時(shí)方式（設(shè)定時(shí)標(biāo)門(mén)，采集信號(hào)脈沖數(shù)）。利用AT89C51內(nèi)部的定時(shí)器2對(duì)高速輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即對(duì)渦流流量計(jì)輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。電路中光藕器件，是為了防止干擾和拉低渦流流量計(jì)輸出脈沖低電平幅度而設(shè)計(jì)的。74LS123為穩(wěn)壓器件，用來(lái)濾除脈沖上升沿附近的干擾信號(hào)。4.A/D轉(zhuǎn)換電路⑴A/D7731在溫度、壓力測(cè)量中的應(yīng)用由于溫度由于溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)為mV信號(hào),采用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,要外加放大器、調(diào)理電路等,這樣使電路復(fù)雜且難于控制精度,為此采用AD7731,使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,可直接采樣處理溫度傳感輸出的弱信號(hào),達(dá)到理想的效果。將其應(yīng)用到鉑電阻進(jìn)行高精確度的測(cè)溫系統(tǒng)中，保證了0.001℃的測(cè)量分辨率，使系統(tǒng)的測(cè)量誤差小于0.055%。其與溫度傳感器的連接圖見(jiàn)圖3-2所示。⑵在壓力測(cè)量中的應(yīng)用AD7731具有獨(dú)特的前端增益可編程功能，允許AD7731直接接收來(lái)自差壓傳感器的寬范圍輸入信號(hào)，范圍可分七個(gè)檔位。單極性：0-+20mv,+40mv,+80mv,+160mv,+320mv,+640mv,+1.28v。雙極性：0-20mv,40mv,80mv,160mv,320mv,640mv,1.28v。表3-1AD7731 引腳功能-19-引腳名稱功能說(shuō)明1SCLK串行時(shí)鐘輸入引腳,這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。2MCLKIN主時(shí)鐘輸入引腳。3MICLKOUT主時(shí)鐘輸出引腳,將石英晶體或諧振元件接在引腳2與3之間就可產(chǎn)生主時(shí)鐘信號(hào)。串行時(shí)鐘極性的選擇,當(dāng)此為高電平時(shí),在SCLK時(shí)鐘下降沿4POL將輸出移位寄存器的數(shù)據(jù)輸出到DOUT;當(dāng)為低電平時(shí),在SCLK時(shí)鐘的有效性與上面情況相反。5/SYNC同步控制輸入,低電平有效。6/RESET復(fù)位輸入引腳。7NC不連接。8AGND模擬地。9AVDD模擬電源,正常工作電壓為+5V。10AIN1模擬輸入端,在單端輸入方式時(shí),通道1和通道2的信號(hào)輸入11AIN2端,在差動(dòng)方式時(shí),AIN1為正輸入端,AIN2為負(fù)輸入端。AIN3/D1模擬輸入端,在單端輸入方式時(shí),道通3和通道4的信號(hào)輸入端在差動(dòng)方式時(shí),AIN3為正輸入端,AIN4為負(fù)輸入端。也可通13AIN4/D0過(guò)方式寄存器的DEN為設(shè)置位數(shù)字輸出。REFIN(+)基準(zhǔn)電壓輸入端。REFIN(-)基準(zhǔn)電壓輸出端。16AIN5模擬輸入端,在單端輸入方式時(shí),通道5信號(hào)輸入端,在差動(dòng)方式時(shí),AIN5為正輸入端與AIN6構(gòu)成差分輸入。17AIN6在單端輸入方式時(shí)為信號(hào)參考端,在差動(dòng)方式時(shí),與AIN5構(gòu)成差分輸入。18/STANDBY待機(jī)方式控制端。19/CS芯片選擇端。20/RDY狀態(tài)信號(hào)輸出端,當(dāng)為低電平時(shí),表示有一待讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果或者校準(zhǔn)周期結(jié)束。21DOUT串行數(shù)據(jù)輸出。22DIN串行數(shù)據(jù)輸入。-20-DVDD數(shù)字電源,正常工作電壓為+3V或者+5V。DGND數(shù)字地。由于壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)是寬動(dòng)態(tài)范圍的低頻毫伏級(jí)信號(hào)， 采用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，要加程控放大器，調(diào)理電路，這樣使整個(gè)電路復(fù)雜且難以控制精度，為此采用了高精度的AD7731。這樣，不但可以直接采樣處理壓力傳感器輸出的弱信號(hào)。而且使整個(gè)測(cè)力系統(tǒng)的理論精度達(dá)到 24位。其與壓差傳感器的連接圖見(jiàn)圖 3-2。圖3-2AD7731與AT89C51及采樣部分接線圖3.3 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1CPU的介紹AT89C51是一種 4字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)[19]。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工-21-業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。（1）主要特性：·與MCS-51兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器·壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM ·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 ·5個(gè)中斷源·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（2）引腳圖及管腳說(shuō)明：AT89C51引腳如圖3-3所示：3-3AT89C51引腳圖引腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)-22-/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng) P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。P3口可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下頁(yè)表 3-2所示：RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，AL只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間使用外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（VPP）。-23-XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。表3-1P3口的一些特殊功能口口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）（3）振蕩器特性：XTAL1 和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平 10ms來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。-24-3.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)㈠微處理器監(jiān)控器 MAX813L1.MAX813L芯片及其工作原理⑴芯片特點(diǎn)[20]·加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度為 200ms?！お?dú)立的看門(mén)狗輸出，如果看門(mén)狗輸入在1.6s內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖健?.25V門(mén)限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或＋5V以外的電源監(jiān)控。低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入。8引腳DIP封裝。MAX813L引腳如下如所示：圖3-4MAX813L引腳圖⑵ 引腳功能及工作原理ⅰ.手動(dòng)復(fù)位輸入端（MR）當(dāng)該端輸入低電平保持 140ms以上，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào).該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)。 MR與TTL/CMOS兼容。ⅱ.工作電源端（VCC）：接+5V電源。ⅲ.電源接地端（GND）：接0V參考電平。.電源故障輸入端（PFI）當(dāng)該端輸入電壓低于1.25V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?電源故障輸出端（PFO)電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。?看門(mén)狗信號(hào)輸入端（WDI）程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門(mén)狗定時(shí)器。若超過(guò)1.6s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?。?復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位-25-端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。.看門(mén)狗信號(hào)輸出端（WDO）正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門(mén)狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖??；竟ぷ髟砉I(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)”。究其原因是CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯(cuò)。這時(shí)，CPU執(zhí)行隨機(jī)拼寫(xiě)的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。為使這種“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”的程序自動(dòng)恢復(fù)，重新正常工作，一種有效的辦法是采用硬件“看門(mén)狗”技術(shù)。用看門(mén)狗監(jiān)視程序的運(yùn)行。若程序發(fā)生“死機(jī)”，則看門(mén)狗產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。圖3-5 單片機(jī)掉電方式控制電路此外，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)由于諸多大型用電設(shè)備的投入或撤出電網(wǎng)運(yùn)行， 往往造成系統(tǒng)的電源電壓不穩(wěn)，當(dāng)電源電壓降低或掉電時(shí)，會(huì)造成重要的數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。若設(shè)法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機(jī)快速地保存重要數(shù)據(jù)，將會(huì)最大限度地減少損失。單片機(jī)的掉電工作方式電路原理圖如圖 3-5所示：當(dāng)PD設(shè)置為1時(shí)，激活掉電方式，此時(shí)PD＝0，與非門(mén)輸出為低電平，時(shí)鐘發(fā)生器停止工作，單片機(jī)內(nèi)所有運(yùn)行狀態(tài)均被停止，只有片內(nèi) RAM和SFR中的數(shù)據(jù)被保存起來(lái)。在單片機(jī)系統(tǒng)中可借助于一定的外部附加電路監(jiān)測(cè)電源電壓， 并在電源發(fā)生故障時(shí)及時(shí)通知單片機(jī)（如通過(guò)引發(fā) INT0中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)）快速保存重要數(shù)據(jù)，且斷開(kāi)外圍設(shè)備用電電源，使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗降到最少。當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)，取消掉電工作方式，通過(guò)復(fù)位單片機(jī)，使系統(tǒng)重新正常工作。-26-3-6是MAX813L在單片機(jī)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用線路圖。此電路可以實(shí)現(xiàn)上電、瞬時(shí)掉電以及程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位；并且可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視電源故障，以便及時(shí)地保存數(shù)據(jù)。本電路巧妙地利用MAX813L的手動(dòng)復(fù)位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”，WDO端電平由高到低，當(dāng)WDO變低超過(guò)140ms，將引起MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門(mén)狗定時(shí)器清0和使WDO引腳變成高電平。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按鈕使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位脈沖，由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖MR端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。該電路可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視電源故障（掉電、電壓降低等）。圖3-6中R1的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。電源正常時(shí)，確保R2上的電壓高于1．26V，即保證MAX813L的PFI輸入端電平高于 1.26V。當(dāng)電源發(fā)生故障，PFI輸入端的電平低于1.25V時(shí)，電源故障輸出端PFO電平由高變低，引起單片機(jī)INT1中斷，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，保護(hù)數(shù)據(jù)，斷開(kāi)外部用電電路等。圖3-6MAX813L與AT89C51連線圖3.3.38255A 擴(kuò)展接口AT89C51 的I/O（輸入/輸出）接口是AT89C51單片機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁。本設(shè)計(jì)中AT89C51已經(jīng)有4個(gè)I/O口，但是P0口和P2口用作16位地址總線-27-和8位數(shù)據(jù)總線，真正用作I/O口的只有P1口的8位I/O線和P3口的某些位線。由于AT89C51的I/O資源有限，因此，本設(shè)計(jì)需要外擴(kuò)I/O接口電路。采用的是可編程并行I/O芯片8255A[21]。Intel8255A 是一種通用的可編程并行 I/O接口芯片，也是應(yīng)用最廣泛的并行I/O接口芯片。1、8255A的結(jié)構(gòu)8255A 由4部分組成：數(shù)據(jù)總線緩沖器三個(gè)8位端口PA、PB、PC，其中PC口可分為兩個(gè)4位端口，可分別同端A和端口B配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出等。A組和B組的控制電路。讀/寫(xiě)控制邏輯。2、8255A的工作方式8255A 有三種工作方式：方式 0、方式1和方式2。方式0——基本輸入/輸出在此工作方式下，每個(gè)口都作為基本的輸入輸出口，C口的高4位和低4位以A口和B口都可獨(dú)立地設(shè)置為輸入口和輸出口。在此工作方式下：輸出的數(shù)據(jù)被鎖存，而輸入的數(shù)據(jù)不被鎖存。方式1——選通輸入/輸出此工作方式下，三個(gè)端口分為A、B兩組，A、B兩個(gè)口仍用作數(shù)據(jù)輸入輸出口，而C口分成兩部分，分別作為A口和B口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。在8255A中，聯(lián)絡(luò)信號(hào)是3位，兩個(gè)數(shù)據(jù)口，共用去C口的6位，剩余的兩位仍可作為數(shù)據(jù)位使用。方式2——雙向選通輸入/輸出此工作方式只限于 A組使用，它用A口的8位數(shù)據(jù)線，用C口的5位進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。工作時(shí)輸入輸出都能被鎖存。A口工作在方式2時(shí)，B口可以在方式0或方式1工作。8255A的初始化在使用8255A時(shí)，首先要由CPU對(duì)8255A寫(xiě)入控制命令字。有兩種控制命令字：方式選擇控制字和C口按位置位/復(fù)位控制字。8255A的各種工作方式都要由控制命令字來(lái)設(shè)定，這個(gè)設(shè)置過(guò)程稱為：“初始化”。3、鎖存器74LS373芯片-28-74LS373是帶有三態(tài)門(mén)的八D鎖存器，當(dāng)使能信號(hào)線OE為低電平時(shí)，三態(tài)門(mén)處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許1Q-8Q輸出到OUT1-OUT8，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)斷開(kāi)，輸出線OUT1-OUT8處于浮空狀態(tài)。G稱為數(shù)據(jù)打入線，當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時(shí)，首先應(yīng)使三態(tài)門(mén)的使能信號(hào)OE為低電平，這時(shí)，當(dāng)G端輸入端為高電平時(shí)，鎖存器輸出（1Q-8Q）狀態(tài)和輸入端（1D-8D）狀態(tài)相同；當(dāng)G端從高電平返回到低電平（下降沿）時(shí)，輸入端（1D-8D）的數(shù)據(jù)鎖入1Q-8Q的八位鎖存器中。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，它們的G端可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存[22]。引腳的說(shuō)明如下：D0～D7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸入線Q0～Q7：鎖存器8位數(shù)據(jù)輸出線GND：接地引腳Vcc：電源引腳，＋5V有效OE：片選信號(hào)引腳G：鎖存控制信號(hào)輸入引腳。4、8255A與單片機(jī)的連線圖3-7是AT89C51單片機(jī)擴(kuò)展1片8255A的電路圖。圖中74LS373是地址鎖存器，P0.1、P0.1經(jīng)74LS373與8255A的地址線A1、A0連接；P0.7經(jīng)74LS373與片選端CS相連，其他地址線懸空；8255A的控制線RD、WR直接接于AT89C51的RD、WR端；數(shù)據(jù)總線 P0.0～P0.7與8255A的數(shù)據(jù)線D0～D7連接。-29-3-7HD7279引腳圖3.3.4 外部電路鍵盤(pán)與顯示智能控制芯片 HD7279單片機(jī)作為一種嵌入式微處理器,在自動(dòng)化儀表和智能模塊等測(cè)控系統(tǒng)中,得到了廣泛的應(yīng)用。其數(shù)顯部分和鍵盤(pán)接口的設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分,如何進(jìn)行數(shù)顯和鍵盤(pán)部分的設(shè)計(jì)對(duì)于測(cè)控系統(tǒng)有著重要的意義。針對(duì)單片機(jī),通用的方法采用擴(kuò)展并行接口芯片8255A或者8279芯片來(lái)解決,這兩種方法編程與電路均較復(fù)雜。對(duì)于外圍I/O線較少的其他型號(hào)單片機(jī)來(lái)說(shuō),顯然是不適用的[23]。本設(shè)計(jì)采用HD7279智能芯片，使系統(tǒng)體積更小，系統(tǒng)整體性能/價(jià)格比更高。（1）、智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片HD7279的工作原理該芯片具有串行接口,可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管和連接64鍵的鍵盤(pán)矩陣,單片即可以完成數(shù)碼顯示和鍵盤(pán)接口的全部功能,而且該芯片自帶RC振蕩電路,無(wú)需外接時(shí)鐘,與單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單,只需四條I/O線。它的主要特點(diǎn)是串行接口，各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼且有消隱和閃爍屬性；通過(guò)左移/右移指令能方便的實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)碼的左右移動(dòng)。內(nèi)含64鍵鍵盤(pán)控制接口及去抖動(dòng)電路。⑴HD7279的引腳圖及引腳的說(shuō)明（見(jiàn)表 3-3）HD7279采用串行方式與微機(jī)處理器通訊，各引腳功能見(jiàn)表4所示。串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片，并由CLK端同步，當(dāng)片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶?，DATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫(xiě)入HD7279的緩沖寄存器。-30-表3-2引腳說(shuō)明引腳名 說(shuō) 明CS 片選輸入端CLK 同步時(shí)鐘輸入端 ,上升沿有效DATA 串行數(shù)據(jù)輸入 / 輸出端KEY 按鍵有效輸出端 ,電平有效SG~SA 段g～段a驅(qū)動(dòng)輸出DP 小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)輸出DIG0～7 數(shù)碼管0～7驅(qū)動(dòng)輸出CLK0 振蕩輸出RC RC振蕩器連接端（2）HD7279的控制指令HD7279的控制指令分兩大類 :純指令和數(shù)據(jù)指令 ,而數(shù)據(jù)指令又分為帶有數(shù)據(jù)的指令，寬度為16BTTCLK脈沖和讀取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)指令，寬度為16BTT，前8個(gè)為微處理器發(fā)送到HD7279的指令，后8個(gè)16BTT為HD7279返回鍵盤(pán)代碼。執(zhí)行此指令時(shí)，HD7279的DATA端在第9個(gè)CLK脈沖的上升沿邊為輸出狀態(tài)，并與第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸出狀態(tài)，等待接受下一個(gè)指令。其指令格式和操作見(jiàn)表 3-3和表3-4。表3-3純指令指令名指令格式操作復(fù)位A4H顯示字符消隱,閃爍被清除測(cè)試BFH點(diǎn)亮所有LED左移A1H所有顯示左移一位,最后一位為空右移A0H所有顯示右移一位,最后一位為空循環(huán)左移A3H所有顯示左移一位,最后一位為原最左內(nèi)容循環(huán)右移A2H所有顯示右移一位,最后一位為原最右內(nèi)容-31-⑴純指令①?gòu)?fù)位指令0A4H；②測(cè)試指令0BFH；③左移指令0A1H；④右移指令0A0H；⑤循環(huán)左移指令0A3H；⑥循環(huán)右移指令0A2H。表3-4數(shù)據(jù)指令指令名 指令格式 操 作方式0 譯碼10000a2a1a0Dpxxxd3d2d1d0 數(shù)據(jù)d3d2d1d0寫(xiě)入地址a2a1a0方式1 譯碼