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鍋爐水位控制【摘要】鍋爐是發(fā)電，煉油，化工等工業(yè)部門的重要能源設備。一臺鍋爐要能安全，可靠，有效的運行，運行參數(shù)能夠到達設計值，除了鍋爐本身設備和各種輔機完好外，還必須要求自動化儀表工作正常和自動控制系統(tǒng)的設計方案正確，對于不同的鍋爐及其控制要求的差異應采取相應的控制方案設計。鍋爐汽包水位高度，是確保安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要參數(shù)，對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)來說尤其是這樣，因為現(xiàn)代鍋爐的顯著特點之一就是蒸汽量顯著提高，混合容積相對減小，水位變化速度很快，稍不注意，就容易造成汽包滿水，或者燒干鍋爐。 水位過低又會影響自然循環(huán)的正常進行，嚴重時會使個別上水管壁局部過熱而爆管。因此鍋爐水位控制是非常重要的。關鍵詞：單片機 控制 水位BOILER WATER LEVEL CONTROLAbstractA boiler is a very important device using in the department of giving electricity. A the pedestal boiler wants can safe, dependable, effectively of movement, the movement parameter can arrive the design value, besides boiler oneself the difference between different from every kind only of machine outside must still request to automate gauge work normally with the design project of the automatic control system rightly, for boiler in equipments and its control request should adopt the homologous control project design.Boiler vapor a water level high degree, is an important parameter to insure safety produce with provide the high-quality steam, produce to say to the modern industry that is like this particularly, because the modern boiler shows the one of the characteristics of is an amount of steam to show the exaltation, mixing with the capacity is opposite to let up, water level variety the speed is quick very, slightly inattention, result in the vapor a full water easily, or burn to fuck the boiler. Water level over low affect the normal proceeding that nature circulate again, the serious hour will make last pipe line in individual wall part over hot but explode the tube. For this reason boiler water level control is very important!Keywords: microchip control water level目 錄第一章 緒論及方案論證。1第二章 硬件組成及原理。3 1，信號采集及處理。3 2，多路開關。5 3，A/D轉(zhuǎn)換。7 4單片機。10 5，給水控制。24 6，報警及顯示系統(tǒng)。25 第三章 控制算法。27第四章 軟件部分。28 1， 主程序及子程序流程圖。28 2， 程序說明。36 3， 程序清單。38 第五章 總結(jié)。51 第六章 參考文獻。52 第一章 緒論一 概述鍋爐水位自動調(diào)節(jié)的任務是使給水量與鍋爐蒸發(fā)量平衡，并維持汽包中水位在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。汽包水位調(diào)節(jié)很重要，汽包水位過高，會影響汽水分離效果，使整齊帶液，損壞氣輪機葉片；如果水位過低，會損壞鍋爐甚至引起爆炸。我在本設計中，將通過單片機的控制，使鍋爐汽包水位，維持在正常的標準下，在水位超過上限或下限的時候，能夠及時報警并采取相應措施。鍋爐的經(jīng)濟指標，生產(chǎn)蒸汽的數(shù)量和質(zhì)量，是首先要保證的設計目標，產(chǎn)汽量是表征鍋爐生產(chǎn)能力大小的標志，指的是每小時能產(chǎn)生的蒸汽量。二 方案論證水位控制系統(tǒng)可直接用水位信號與給定值信號相比較，控制器根據(jù)該偏差的正負與大小，輸出開關給水調(diào)節(jié)閥門的信號，這種系統(tǒng)稱為單沖量水位控制系統(tǒng)，它具有嚴重的弊?。涸谡羝髁亢鋈辉黾訒r，因給水流量小于蒸發(fā)量，水位應當下降。但是由于爐筒內(nèi)的貯汽減少，內(nèi)部壓力忽降，從而使水面下的爐筒容積擴大，并加速汽化，由于水面下容積擴大，使水位不但不下降，反而迅速上升，產(chǎn)生“虛假水位”現(xiàn)象。而控制器根據(jù)偏差信號改變給水流量與需求相反，必然會加劇水位的大幅度波動。所以在負荷變化頻繁，鍋爐貯水量小的情況下，不能采用單沖量水位控制系統(tǒng)。雙沖量水位控制系統(tǒng)的優(yōu)點：能在負荷變化頻繁的工況下比較好的完成水位調(diào)節(jié)任務，在給水壓力比較平穩(wěn)時采用雙沖量水位控制系統(tǒng)是能夠達到調(diào)節(jié)要求的雙沖量水位控制系統(tǒng)的缺點：調(diào)節(jié)作用不能及時的反應給水側(cè)的擾動，當給水側(cè)擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)，因為，如果給水管壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時，不宜采用雙沖量調(diào)節(jié)。三沖量水位控制系統(tǒng)以鍋爐水位為主控信號，蒸汽流量為前饋信號，給水流量為控制器的反饋信號來控制給水流量，它以物料平衡關系為依據(jù)，能適應負荷的快速變化，它不僅能克服“虛假水位”的影響，也能克服由于給水壓力變化等因素引起給水流量變化的影響，從而使系統(tǒng)有更好的動態(tài)響應和靜態(tài)特征。所以我采用三沖量水位控制系統(tǒng)。一般來說，按蒸汽量的大小將鍋爐劃分為小，中，大三類，具體劃分規(guī)格如下：蒸發(fā)量0.1-20T/H的鍋爐，稱為小型鍋爐蒸發(fā)量20-100T/H的鍋爐，稱為中型鍋爐蒸發(fā)量100T/H以上的鍋爐，稱為大型鍋爐在我國，目前使用的鍋爐大多數(shù)為蒸汽量4T/H或以下的小型鍋爐，因此我選擇此種小型鍋爐為模式進行系統(tǒng)設計，此種鍋爐的汽包水高度為1-3米，水位上，下限分別為2.5米和1.5米?？刂品椒ǎ?用LUGB型渦街流量傳感器作為蒸汽和給水的檢測元件，用USB11超聲波液位傳感器作為水位的計量元件，信號采集后，經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換并將信號放大為符合AD574要求的大小，經(jīng)多路開關進入AD574后進入89C51，通過軟件，實現(xiàn)對鍋爐水位的控制及報警.三沖量汽包水位控制系統(tǒng)方框圖如下：第二章 硬件組成及原理（一）信號采集及處理1 信號采集由于本設計所采用的是三沖量水位控制所以對水位，蒸汽量和給水量分別進行信號采集并處理成為AD694所能接受的0-10V電壓信號（1）水位信號采集：在進行水位信號采集時，考慮到小型鍋爐的汽包水位是1-3M，我選用的是USB-11型超聲波液位傳感器，這種傳感器在改變超聲波學參數(shù)的同時接受并轉(zhuǎn)換成電信號。它的測量范圍是0-5M，輸出4-20mA的電流 （2）蒸汽及給水流量的采集：在此我選用了LUGB型渦街流量傳感器，它是基于卡門渦街原理而研制成功的一種具有先進水平的新型流量計，由于它具有其它流量計不可兼得的優(yōu)點，自70年代以來得到了迅速的發(fā)展，根據(jù)有關資料顯示，現(xiàn)在日本歐美的發(fā)達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升，已廣泛應用于各個領域，將在未來的流量儀表中占主導地位LUGB型渦街流量傳感器適用于測量過熱蒸汽，飽和蒸汽，壓縮空氣和一般氣體，水和液體的質(zhì)量流量和體積流量特點：結(jié)構(gòu)簡單而牢固，無可動部件，可靠性高，長期運行十分可靠。安裝簡單，維護十分方便檢測傳感器不直接接觸被測介質(zhì)，性能桅頂，壽命長測量范圍寬，量程比可達到1：10壓力損失小，運行費用低，更具節(jié)能意義應用范圍廣，蒸汽，氣體，液體的流量均可測量LUGB型渦街流量傳感器應用內(nèi)徑范圍為25-300mm，被測截止溫度為-40250攝氏度。使用二線制接法輸出信號為4-20mA（二線制即工作電壓+24VDC）2 信號處理 將采集到的4-20mA的信號進行遠距離傳送，至控制部分時，經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路可轉(zhuǎn)換為0-10V電壓信號我所采用的I/V轉(zhuǎn)換器是美國BB公司生產(chǎn)的RCV420，該轉(zhuǎn)換器可將4-20mA的直流電信號轉(zhuǎn)換成0-5V輸出直流電壓信號。它對增益，失調(diào)，及共模都無需調(diào)整，且內(nèi)部有一個低溫的10V基準電壓源RCV420的轉(zhuǎn)換原理是：16mA的電流變化轉(zhuǎn)變?yōu)?V的電壓變化，則單位電流變化率為 / =5/16mA=0.3125V/mA。根據(jù)設計要求在4mA輸入時，輸出為0V，因此放大器需要一個偏置電壓 =-（4mA）*（0.3125V/mA）=-1.25V輸入電流信號究竟連接在+IN或-IN，取決于輸入信號的極性，回到地則是通過中間接頭 ，75的敏感電阻 提供了電流/電壓變換，并通過放大器放大，其電壓增益為：Ad=5V/16mA*75=4.1667在放大器的反饋網(wǎng)絡中，T型網(wǎng)絡提供了相加點，產(chǎn)生了所需要的-1.25V的偏置電壓。我在本設計中將要把0-20mA電流通過如下電路轉(zhuǎn)換為0-10V電壓原理如下：它首先由RCV420把0-20mA電流信號轉(zhuǎn)換為0-5V電壓信號，然后再輸入一個由運算放大器OPA111及RC網(wǎng)絡組成的低通有源濾波器。由于OPA111的增益為2，故可得到0-10V電壓輸出。（二） 多路開關多路開關，有稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開關通常有n個模擬量輸入通道和一個公共的模擬輸入端，并通過地址線上不同的地址信號把n個通道中任一通道輸入的模擬信號輸出，實現(xiàn)有n線到一線的接通功能。反之，當模擬信號有公共輸出端輸入時 ，作為信號分離器，實現(xiàn)了1線到n線的分離功能。因此，多路開關通常是一種具有雙向能力的器件。在本設計中，由于采用了三沖量控制，所以在信號采集中將有三個模擬量被提取，這時選用多路開關就是很必要的。我選用的是CD4051多路開關，它是一種單片、COMS、8通道開關。該芯片由DTL/TTL-COMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個COMS模擬開關TG組成。CD4051的內(nèi)部原理框圖如左所示。圖中功能如下：通道線IN/OUT（4、2、5、1、12、15、14、13）：該組引腳作為輸入時，可實現(xiàn)8選1功能，作為輸出時，可實現(xiàn)1分8功能。XCOM（3）：該引腳作為輸出時，則為公共輸出端；作為輸入時，則為輸入端。A、B、C（11、10、9）：地址引腳INH（6）：禁止輸入引腳。若INH為高電平，則為禁止各通道和輸出端OUT/IN接至；若INH為低電平，則允許各通道按表3-2關系和輸出段OUT/IN接通。V （16）和V （8）：V 為正電源輸入端，極限值為17V； 為負電源輸入端，極限值為-17V。（7）；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V或-5V。CD4051作為8選1功能時，若A、B、C均為邏輯“0”（INH=0），則地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUT/IN和通道0接通。其它情況下，輸出端OUT/IN輸出端OUT/IN和各通道的接通關系如下：（三） A/D轉(zhuǎn)換在本設計中，我采用了AD574轉(zhuǎn)換器，它可以將多路轉(zhuǎn)換器輸入的模擬量進行A/D轉(zhuǎn)換。AD574是美國Analog Device公司生產(chǎn)的12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其主要特點是：有參考電壓基準和時鐘電路，不需外部時鐘就可以工作；轉(zhuǎn)換速率高，12位轉(zhuǎn)換25us，8位轉(zhuǎn)換16us；8位或16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接與各種典型的8位或16位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與CMOS及TTL兼容；溫度適應范圍大，在-55至+125攝氏度范圍內(nèi)滿足線性要求。是目前我國應用最為廣泛，價格適中的A/D轉(zhuǎn)換器，加之內(nèi)部含有三態(tài)輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，內(nèi)部設置的高精參考電壓源和時鐘電路，使它不需要任何外部電路和時鐘信號，就能完成A/D轉(zhuǎn)換功能，應用非常方便。1 AD574簡介AD574為28腳雙列直插式封裝，其管腳排列如圖所示 。 AC：模擬地DC：數(shù)字地：片選信號，低電平有效CE：片使能，高電平有效R/ ：讀/啟動信號，高電平讀數(shù)據(jù)，低 電平轉(zhuǎn)換12/ ：數(shù)據(jù)格式選擇，高電平12位數(shù)據(jù)同時有效，低電平時第一次輸出高8位，第二次輸出低四位有效，中四位為零。A0：字節(jié)選擇控制線。在轉(zhuǎn)換期間：A0 =0,AD574進行全12位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 25s；當A0=1時，進行8位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為16s。在讀出期間：當A0=0時時，高8位數(shù)據(jù)有效；A0=1時，低4位數(shù)據(jù)有效，中間4位為“0”，高4位為三態(tài)，因此當采用兩次讀出12位數(shù)據(jù)時，應遵循左對齊原則，如下所示：STS：工作狀態(tài)輸出端。轉(zhuǎn)換開始時，STS達到高電，轉(zhuǎn)換過程中保持高電平，轉(zhuǎn)換完成時返回低電平STS可以作為狀態(tài)信息被CPU查詢，也可以用它的下降沿向CPU發(fā)出中斷申請，通知A/D轉(zhuǎn)換已完成，CPU可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。2 AD574的狀態(tài)由CE、 、R/ 、12/ 、A0五個控制信號決定，見表如下：于工作狀態(tài)時，R/ =0時啟動A/D轉(zhuǎn)換；R/ =1時進行數(shù)據(jù)讀出。 12/ 和A0端用來控制轉(zhuǎn)換字長和數(shù)據(jù)格式。A0=0時啟動轉(zhuǎn)換，則按完整的12位A/D轉(zhuǎn)換方式工作，如果按A0=1啟動轉(zhuǎn)換，則按8位A/D轉(zhuǎn)換方式工作。當AD574處于數(shù)據(jù)讀出工作狀態(tài)時， A0和12/ 成為數(shù)據(jù)輸出格式控制端。12/ =1，對應12位并行輸出；12/ =0則對應8位雙字節(jié)輸出。其中A0=0時輸出高8位。A0=1時輸出低4位，并以4個0不足尾隨的4位。必須指出12/ 端與TTL電平不兼容，只能直接接至+5V或0V上。另外A0在數(shù)據(jù)輸出期間不能變化。如果要求AD574以獨立方式工作，只要將CE、12/ 端接入+5V， 和A0接至0V，將R/ 作為數(shù)據(jù)讀出和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動的控制。當R/ =1時，數(shù)據(jù)輸出端出現(xiàn)被轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，R/ =0時，即啟動一次A/D轉(zhuǎn)換。在延時0.5s后STS=1表示轉(zhuǎn)換正在進行。經(jīng)過一次轉(zhuǎn)換周期 后STS跳回低電平表示A/D轉(zhuǎn)換完畢，可以從數(shù)據(jù)輸出端讀取新的數(shù)據(jù)。3 AD574的單極性和雙極性輸入特性通過改變AD574引腳8、10、12的外接電路，可使AD574進行單極性和雙極性模擬信號的轉(zhuǎn)換，圖a所示為單極性轉(zhuǎn)換電路，可實現(xiàn)輸入信號010V或020V的轉(zhuǎn)換。其系統(tǒng)模擬信號的地線應與9腳相連，使其地線的接觸電阻盡可能小。圖b為雙極性轉(zhuǎn)換電路，可實現(xiàn)輸入信號-5V-+5V或-10V-+10V的轉(zhuǎn)換。1 主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫中期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器128*8字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線2個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電式2 功能特性概述：AT89C51提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃存存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容。但振蕩器停止工作并禁止其它所有不見工作直到下一個硬件復位。4 引腳功能說明 ：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)