基于單片機(jī)的鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文.doc

河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院1基于單片機(jī)的鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)摘要：本文介紹一種新型單片機(jī)控制的鍋爐采暖自動(dòng)系統(tǒng)的組成，工作原理及特點(diǎn)。對(duì)改造舊鍋爐，提高自動(dòng)化水平提供了一種有效的方法。關(guān)鍵字：鍋爐；自動(dòng)控制系統(tǒng)；單片機(jī)Abstract：Automaticcontrolsystemisimportantguaranteeforrunofboiler.Thecompositionandworkprincipleandcharacteristicsofthermalauto-regulatingsystemforboilerareintroducedinpaperwhichoffersaneffectivemethodformodificationonoldboilerandforheatefficiencyandcoalsaving.Keywords:boiler；auto-regulatingsystem；singleboardcomputer.1引言熱水鍋爐是目前廣泛應(yīng)用于居民住宅采暖的供熱設(shè)備之一。供熱系統(tǒng)示意圖如圖所示。其工作原理是，熱水鍋爐將水進(jìn)行加熱，當(dāng)水溫達(dá)到要求時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)水泵將供熱管道的水進(jìn)行加壓循環(huán)，從而使住宅內(nèi)的散熱器升溫達(dá)到采暖的目的。圖1供熱系統(tǒng)示意圖在供熱期間，由于供熱管道有一定的水量損失，為保證供熱質(zhì)量，必須通過補(bǔ)水泵對(duì)鍋爐進(jìn)行補(bǔ)水。補(bǔ)水的原則是：在設(shè)備和管道承壓能力下保證系統(tǒng)水不汽化。傳統(tǒng)的熱水鍋爐供熱系統(tǒng)中，循環(huán)泵的啟動(dòng)和停止有由人工操作，而補(bǔ)水泵是由安裝在回水管上的電接點(diǎn)壓力表控制的。通過電接點(diǎn)壓力表設(shè)定的回水管補(bǔ)水壓力的上下限值，來控制補(bǔ)水泵的停止和工作。其中壓力上限值應(yīng)不大于管道和鍋爐所承受的最大壓力，壓力下限值應(yīng)保證系統(tǒng)水不汽化。這種補(bǔ)水控制有如下缺點(diǎn)：（）補(bǔ)水泵頻繁啟動(dòng)和停止。（）補(bǔ)水壓力不恒定。（）河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院2工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差。就各工業(yè)部門的現(xiàn)狀來看，除研制新型節(jié)能鍋爐以外，對(duì)現(xiàn)在舊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，提高鍋爐的自動(dòng)化程度也是一項(xiàng)極其重要的途徑。在設(shè)計(jì)鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案時(shí)，考慮到現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)大量供應(yīng)新器件，而且這些新器件具有功能更強(qiáng)大、運(yùn)行更穩(wěn)定、應(yīng)用更簡(jiǎn)單額、升級(jí)更方便等優(yōu)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)采用新型80C592單片機(jī)和新型數(shù)字式傳感器。系統(tǒng)對(duì)鍋爐水位、蒸汽壓力、經(jīng)濟(jì)燃燒等系統(tǒng)的熱工過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。本系統(tǒng)通過面板操作，實(shí)現(xiàn)開工運(yùn)行、參數(shù)顯示、不停機(jī)進(jìn)行參數(shù)修改和功能設(shè)置等。使鍋爐的安全性、操作性大大提高。2系統(tǒng)組成圖2系統(tǒng)組成圖3系統(tǒng)功能（1）系統(tǒng)具有高低水位報(bào)警，由軟件實(shí)現(xiàn)大小泵的控制來實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)。（2）系統(tǒng)具有高低壓報(bào)警，由軟件控制外圍電磁閥和風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)壓力的調(diào)節(jié)。（3）系統(tǒng)具有高低溫報(bào)警，由軟件控制外圍電磁閥和風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)工作溫度的需求。（4）系統(tǒng)具有無擾動(dòng)手動(dòng)切換控制以及緊急情況報(bào)警急停功能。4系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)是由信號(hào)采集裝置，微控制單元，外圍機(jī)電設(shè)備等組成。利用傳感河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院3器，采集鍋爐的高低壓，高低水位，高低極限水位以及溫度信號(hào)，將這些信號(hào)傳送到核心控制元件單片機(jī)進(jìn)行判斷，以控制外圍相應(yīng)設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)所收集到的參數(shù)超過系統(tǒng)設(shè)定的安全參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)急停控制，使鍋爐停止工作。使鍋爐安全穩(wěn)定的工作，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)還采取了手動(dòng)功能。正常工作時(shí)自動(dòng)狀態(tài)和手動(dòng)狀態(tài)操作可以隨時(shí)無擾動(dòng)切換。基于安全考慮，系統(tǒng)在運(yùn)行開始時(shí)，首先要對(duì)高溫、高壓、高極限水位和高溫、高壓、低極限水位進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)異常，系統(tǒng)會(huì)緊急報(bào)警并急停工作，保護(hù)設(shè)備。在常規(guī)運(yùn)行中，當(dāng)鍋爐處于高壓時(shí)，系統(tǒng)開始報(bào)警紅燈亮并打開鍋爐上的電磁閥，釋放部分水蒸汽，保證壓力正常。當(dāng)鍋爐處于低壓時(shí)，系統(tǒng)打開風(fēng)機(jī)，使?fàn)t膛加熱更快，使鍋爐達(dá)到正常工作壓力。當(dāng)鍋爐水位在低極限水位時(shí)，系統(tǒng)開始報(bào)警紅燈亮，然后打開大泵，使鍋爐水位快速增高。當(dāng)達(dá)到低水位點(diǎn)時(shí)，大泵停，小泵開始工作。當(dāng)達(dá)到高水位時(shí)，小泵停。若水位檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)水位點(diǎn)到達(dá)高水位極限時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警紅燈亮并急停，同時(shí)打開電磁閥放水，待水位正常后系統(tǒng)開始工作。在溫度采集時(shí)，若發(fā)現(xiàn)溫度處于低溫時(shí)，系統(tǒng)打開風(fēng)機(jī)，加速爐膛燃燒，提高水溫。若系統(tǒng)采集信號(hào)正常，綠燈亮。然后系統(tǒng)又循環(huán)重新檢測(cè)控制。5系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)分析汽包水位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo),是一個(gè)非常重要的被控變量,維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件,這是因?yàn)?(1)水位過高會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離,飽和水蒸汽帶水過多,同時(shí)過熱蒸汽溫度急劇下降。該過熱蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力的話,將會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片,影響運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。(2)水位過低,說明汽包內(nèi)的水量較少,而當(dāng)負(fù)荷很大時(shí),水的汽化速度加快,則汽包內(nèi)的水位變化速度亦隨之加快,如不及時(shí)調(diào)節(jié),就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化,導(dǎo)致爐管燒壞,甚至引起爆炸。因此,在鍋爐控制系統(tǒng)中必須對(duì)汽包水位有深入了解并在運(yùn)行中嚴(yán)加控制。經(jīng)研究表明：（1）汽包水位不僅受汽包(包括循環(huán)水管)中儲(chǔ)水量的影響,亦受水位下汽泡容積的影響。而水位下汽泡容積與蒸汽負(fù)荷蒸汽壓力爐膛熱負(fù)荷等有關(guān)。因此,影響水位變化的因素很多,其中主要的因素是鍋爐蒸發(fā)量(蒸汽流量S)和給水流量。汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性見圖3。由于給水溫度比汽河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院4圖給水流量作用下水位階躍響應(yīng)曲線包內(nèi)飽和水的溫度低,所以給水流量增加后,從原有飽和水中吸收部分熱量,這使得水位下汽泡容積有所減少。當(dāng)水位下汽泡容積的變化過程逐漸平衡時(shí),水位就由于汽包中儲(chǔ)水量的增加而逐漸上升,最后當(dāng)水位下汽泡容積不再變化時(shí),水位變化就完全反映了由于儲(chǔ)水量的增加而逐漸上升。因此,實(shí)際水位曲線如圖中線。即當(dāng)給水量作階躍變化后,汽包水位一開始不立即增加,而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。給水溫度越低,時(shí)滯亦越大。（2）蒸汽流量作用下水位階躍響應(yīng)曲線在蒸汽流量S擾動(dòng)作用下,水位的階躍響應(yīng)曲線如下圖4所示。圖4水位的階躍響應(yīng)曲線當(dāng)蒸汽流量S突然增加時(shí),從鍋爐的物料平衡關(guān)系來看,蒸汽量S大于給水量W,水位應(yīng)下降,但實(shí)際情況并