鍋爐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鍋爐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月鍋爐壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的鍋爐壓力控制，在設(shè)計(jì)中主要有壓力檢測(cè)、按鍵控制、循環(huán)控制、壓力控制、顯示部分、故障報(bào)警等幾部分組成來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制。主要用壓力傳感器檢測(cè)鍋爐壓力，用三位顯示器來(lái)完成顯示部分，用壓力傳感器檢測(cè)鍋爐內(nèi)部壓力。并且通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號(hào)送入單片機(jī)中。把這些信號(hào)與單片機(jī)中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷單片機(jī)是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制的目的。系統(tǒng)的基本原理控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示，設(shè)給定值為,廣義被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為單片機(jī)單片機(jī)D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象反饋環(huán)節(jié)A/D廣義被控對(duì)象給定值圖1控制系統(tǒng)原理圖PID控制PID控制是自動(dòng)控制中最基本的控制方式，其實(shí)質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果用于控制輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)被控對(duì)象的特性和控制要求，可以靈活地改變PID的結(jié)構(gòu)，常用的結(jié)構(gòu)有：比例（P）調(diào)節(jié)、比例積分（PI）調(diào)節(jié)、比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)。為了提高控制性能，可以對(duì)PID算法進(jìn)行改進(jìn)，比如積分分離PID算法、不完全微分PID算法、變速積分PID算法等。這里采用的是臨界比例度法，臨界比例度法適用于已知對(duì)象傳遞函數(shù)的場(chǎng)合。在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程。得到相應(yīng)的比例度和振蕩周期，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得到PID整定下的系數(shù)，得到單位階躍響應(yīng)曲線。2硬件電路和控制算法（PID控制器）仿真設(shè)計(jì)輸入、輸出通道擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換輸出電路數(shù)字量輸出通道的主要任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制的目的。這個(gè)任務(wù)主要由D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)完成的。圖2所示為DAC0832與80C51單片機(jī)的雙緩沖方式接口電路。由于DAC0832內(nèi)部有鎖存器，所以不需其他接口芯片，便可與80C51數(shù)據(jù)總線相連，亦不需保持器，只要沒(méi)有新的數(shù)據(jù)輸入，它將保持原來(lái)的輸出值。為了得到雙緩沖控制形式，用控制/CS，用控制/XFER，/WR同事控制/WR1和/WR2，輸出鎖存允許接高電平?？梢钥闯鰯?shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分2步完成的。該接口電路采用單極性輸出方式。圖2D/A轉(zhuǎn)換輸出電路A/D轉(zhuǎn)換輸入電路模擬量輸入通道的任務(wù)是把被控對(duì)象的過(guò)程參數(shù)壓力模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，是模擬量輸入通道必不可少的器件。中斷方式是單片機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后即可轉(zhuǎn)而處理其它的程序，則由A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出一轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，便讀入數(shù)據(jù)。其工作效率高。在多回路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中一般采用中斷方式。圖3采用的是中斷方式硬件接口，需要將EOC引腳與單片機(jī)的外部中斷引腳連接。由于ADC0809正在轉(zhuǎn)換時(shí)EOC=0,轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)EOC=1，而如果設(shè)單片機(jī)的外部中斷0為下降沿觸發(fā)，則EOC需要進(jìn)過(guò)反相器后連接/INT0。圖中采用和/WR啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，在單片機(jī)的振蕩頻率不太高的情況下，若ALE引腳的輸出頻率范圍滿足ADC0809的要求，可以直接作為ADC0809的時(shí)鐘輸入。圖3A/D轉(zhuǎn)換輸入電路報(bào)警電路圖4報(bào)警電路如圖4，包括閃光報(bào)警和鳴音報(bào)警。閃光報(bào)警最簡(jiǎn)單也是最常用的一種報(bào)警方式，發(fā)光二極管反相連接，其正端接+5V，負(fù)端通過(guò)限流電阻與I/O口線相連。正常工作時(shí)綠燈亮出現(xiàn)異常時(shí)紅燈亮。鳴音報(bào)警采用的單頻音報(bào)警，接口電路簡(jiǎn)單，其發(fā)音元件通常可采用壓電蜂鳴器，當(dāng)蜂鳴器2引腳上加3-15V直流工作電壓就能產(chǎn)生3KHZ左右的蜂鳴振蕩音響。這里接的是0831單片機(jī)的外部中斷T1口，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)中斷且蜂鳴器響。人機(jī)交互（鍵盤、顯示）鍵盤電路獨(dú)立式鍵盤接收各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。圖5為查詢方式的獨(dú)立式按鍵工作電路，按鍵直接與8031的I/O口線相連，通過(guò)讀I/O口，判定各I/O口線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。圖5鍵盤電路顯示電路由于需要顯示的內(nèi)容只是數(shù)碼和某些字符，所以使用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）。這種顯示器成本低廉，配置靈活，與微機(jī)連接方便。這里用4個(gè)8段碼顯示器，4個(gè)非門。具體連接圖如圖6所示：圖6顯示電路控制算法（PID控制器）及仿真設(shè)計(jì)臨界比例度法適用于已知對(duì)象傳遞函數(shù)的場(chǎng)合。在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程。此時(shí)的比例度稱為臨界比例度Kp，相鄰2個(gè)波峰見(jiàn)的時(shí)間間隔稱為臨界振蕩周期Tk。采用臨界比例度法時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生臨界振蕩的條件是系統(tǒng)是3階或3階以上。斷開(kāi)系統(tǒng)微分器的輸出連線和積分的輸出連線，Kp值從小到大進(jìn)行試驗(yàn)，觀察示波器的輸出，直到輸出等幅振蕩曲線為止，記下此時(shí)的比例度Kp=30，臨界振蕩周期Tk=。具體如圖8:根據(jù)表1選擇比例度Kp，積分時(shí)間Ti,微分時(shí)間t對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PID控制整定。得到單位階躍響應(yīng)曲線如圖10：控制器類型比例度積分時(shí)間常數(shù)微分時(shí)間PIDKp/表1臨界比例度法整定控制器參數(shù)表需要進(jìn)行微調(diào)這里取比例度，積分時(shí)間常數(shù)，微分時(shí)間。圖7等幅simulink模型圖圖8等幅振蕩圖圖9PID系統(tǒng)的simulink模型圖圖10單位階躍響應(yīng)3系統(tǒng)流程圖開(kāi)開(kāi)始Y系統(tǒng)初始化鍵盤輸入給定壓力值信號(hào)檢測(cè)送LED顯示在給定值范圍以內(nèi)Y系統(tǒng)初始化鍵盤輸入給定壓力值信號(hào)檢測(cè)送LED顯示在給定值范圍以內(nèi)NN低于下限低于下限開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)加壓Y開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)加壓N高于上限高于上限Y關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)減壓關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)減壓N報(bào)警報(bào)警系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出結(jié)束結(jié)束圖9鍋爐壓力控制系統(tǒng)流程圖4實(shí)習(xí)總結(jié)經(jīng)過(guò)三周的實(shí)習(xí)，我對(duì)鍋爐壓力控制系統(tǒng)有了很大的了解。主要運(yùn)用了微機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用、DSP原理及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論與系統(tǒng)的等理論知識(shí)，掌握控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟，了解控制系統(tǒng)構(gòu)造的特點(diǎn)、組成和接口電路，本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的鍋爐壓力控制，在設(shè)計(jì)中主要有壓力檢測(cè)、按鍵控制、循環(huán)控制、壓力控制、顯示部分、故障報(bào)警等幾部分組成來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制。主要用壓力傳感器檢測(cè)鍋爐壓力，用三位顯示器來(lái)完成顯示部分，用壓力傳感器檢測(cè)鍋爐內(nèi)部壓力。并且通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號(hào)送入單片機(jī)中。把這些信號(hào)與單片機(jī)中內(nèi)部設(shè)定的值相比，以判斷單片機(jī)是否需要進(jìn)行相應(yīng)的操作，即是否需要打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制的目的。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制易于實(shí)現(xiàn)鍋爐壓力控制、而且有造價(jià)低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他部分的工作、維修方便、等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)通過(guò)給定值給單片機(jī)，然后進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量給執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行PID整定，這里采用的是臨界比例度整定方法將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程。得到相應(yīng)的比例度和振蕩周期，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得到PID整定下的系數(shù)，得到單位階躍響應(yīng)曲線。在壓力控制時(shí)，看是否在給定范圍內(nèi)，若在繼續(xù)測(cè)量，若低于下限壓力值，打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)加壓一段時(shí)間看是否在給定值范圍以內(nèi)；若高于上限壓力值，關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)一段時(shí)間看是否在給定值范圍以內(nèi)。參考文獻(xiàn)資料[1]范立南，李雪飛.計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009[2]陳夕松，汪木蘭.過(guò)程控制系統(tǒng).北京：科學(xué)出版社,2005[3]潘新民.微型計(jì)算機(jī)與傳感器技術(shù).北京：人民郵電出版社,1996[4]劉玉強(qiáng)，劉曉為等.高溫?cái)U(kuò)散爐恒溫區(qū)溫度的自動(dòng)控制.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999[5]黃勝軍.微機(jī)控制應(yīng)用實(shí)驗(yàn)與實(shí)例.第一版.北京：清華大學(xué)出版社,1999[6]曹天汗.單片機(jī)原理與接口技術(shù).第一版.北京:電子工業(yè)出版社,2003[7]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).第二版.北京:清華大學(xué)出版社,2003[8]楊光友，朱宏輝.單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù).第一版.北京:中國(guó)水利水電出版社,2002[9]陳偉人.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用子程序集錦.第一版.北京:清華大學(xué)出版社,1999[10]張俊漠.單片機(jī)