单片机技术在锅炉液位控制中的应用毕业论文.doc

河南科技学院机电学院单片机技术在锅炉液位控制中的应用摘要：本文主要设计了一种锅炉液位控制器，它以8051作为控制器，利用8051单片机，压力传感器和模数转换器等硬件系统和软件设计方法实现具有液位报警和控制双重功能，同时也具有压力报警和显示控制的功能,并对液位和压力进行显示。关键词：锅炉，水位控制，8051单片机，传感器，模数转换，蜂鸣器Abstract：Thisarticlehasmainlydesignedonekindofboilerfluidpositioncontroller,itby8051takesthecontroller,through8051singlechipmicrocomputerhardwaresystemandthesoftwaredesignmethodrealizationandsoonpressuretransmitterandmodulusswitchhasthefluidpositiontoreporttothepolicewiththecontroldualfunction,atthesametimealsohasthepressuretoreporttothepolicewiththedisplaycontrolfunction,Andcarriesonthedemonstrationtothefluidpositionandpressure.Keywords：Boiler；waterlevelcontrol；8051Singlechipmicrocomputer；Sensor；Digital-to-analoguechanges；Alarming1引言在现代社会中，随着工业的发展，居民生活区的集中热力供应量的需求也越来越大，蒸汽锅炉的容量不断提高，对操作过程要求更加严格，锅炉的液位控制直接影响人们自身和设备的安全，液位过低可能使锅炉出现干烧现象，液位过高又会使锅炉蒸汽压力过高，发生危险，传统的液位控制不能进行远距离的集中控制，自动化程度低，调节精度差等缺点，且单靠人工操作已不能适应需要，控制系统改造的必要性随着科学技术的不断进步,被控对象越来越复杂,人们对控制精度的要求不断提高而更加迫切。由于被控对象和过程的非线性、时变性,多参数间的强耦合、随机干扰等因素,使得建立被控对象的精确数学模型变得很困难。在这些复杂的系统面前,传统的控制方法无法满足控制精度,而且系统稳定性差。为了更好地对锅炉进行自动化控制，同时随着单片机技术，自动控制技术的迅速发展，利用单片机及其外围芯片实现锅炉液位控制已经成为可能，而且也成为一种发展的趋势，单片机不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，因此应用前景广，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机河南科技学院机电学院实现燃烧与给水系统的自动控制与调节，将保证锅炉正常供气供水，维持稳定系统，保证安全经济运行。本文即是用单片机实现的一种锅炉控制器，其有着较高的实用价值和优越性。2系统工作示意图及工作原理2.1工作原理工作原理：锅炉自动控制包括锅炉的液位，压力，温度等的控制，本系统只侧重于介绍锅炉的液位控制。液位控制是根据水具有电阻的特点实现水位的测量，它是通过5个金属棒处于水的下下限水位以下，下下限水位，下限水位，上限水位，上上限水位，通过金属导电作用，将输出状态直接接单片机的I/O接口，输出接口接指示灯驱动电路和指示灯驱动电路实现报警和自动控制。其压力控制是通过压力传感器将接受的信号转变成电信号，通过模数转换器ADC0809进行转换后与8051单片机接口相连使其与设定值相比较从而实现压力报警和自动控制，本系统主要有液位控制系统和压力控制系统。如图所示：图1为锅炉控制的方框图1基于单片机的锅炉液位控制方框图2.2液位控制系统如图所示为水位控制电路,图中表示允许水位变化的上限，下限，上上限，下下限。在正常情况下，应保持水位在虚线范围内，为此，在锅炉内的不同高度安装固定不动的5个金属棒，以感知水位变化的情况。其中A棒处于下下限水位以下，B处于下下限水位，C棒处于下限水位，D处于上限水位，E上上限水位。A棒接5V电源，B棒，C棒，D棒，E棒各通过一个电阻与地相连。锅炉由电动机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制的目的。供水水位上升，当达到上限时由于水的导电作用，C棒,D棒连通+5V。因此,两端均为“1”状态，这时，应停止电机和水泵的工作，不再给锅炉供水。压力传感器模数转换器ADC0809水位输出状态8051单片微机8255扩展口指示灯驱动电路声音报警驱动电路河南科技学院机电学院当水位下降到下限时，C棒D棒都不能与A棒导通，因此，c,d两端均为“零”状态。这时应启动电机，带动水泵工作,给锅炉供水。当水位处于上下限之间时，C棒与A棒导通。因D棒不能与A棒导通，c端为“1”状态，d端为“0”状态。这时，无论是电机已在带动水泵给锅炉加水，水位在不断上升，还是电机没有工作，用水使水位在不断下降，都应继续维持原有的工作状态。同时，水位处于上上限时，E棒,D棒都与A棒导通，e,d两端均为“1”状态，这时除了停止供水外，指示灯亮起同时鸣笛报警，同理，水位处于下下限时，B棒与A棒不导通，此时初了启动电机给锅炉供水的同时，也实现指示和报警。图2图2锅炉液位控制电路图3系统的特点及实现的功能3.1系统的特点通过对各种控制系统组成方案进行分析比较,在确保锅炉运行安全的前提下,考虑整套控制装置的经济性,采用单片机组成这套工业锅炉控制器,使得锅炉控制器既具备单片机价格低、功能强的特点,适用于工业现场控制。VCCVCC40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.43534333231302928272637253824392340222121INT0-12INT1-1314151617XTAL218XTAL119VSS20P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45678RST911108051R1R2R3R423456781555SW1SCR1R5R7R6C2C1AJT1T2VCCT3LED2LED1k1k2D1R10R8R9R11ACBR12DE河南科技学院机电学院3.1.1系统灵活方便单片机程序采用模块化设计的程序设计方法,既方便程序的修改和调试,又能实现软件的自诊断,提高了软件的易理解性和易维护性。整套系统组态灵活、修改方便。3.1.2经济效益好控制系统响应速度快、控制精度高、结构合理、功能齐全,软、硬件配置可靠性高,具有较高的实用价值和推广前景,能够满足中、小型工业锅炉的控制要求。3.2系统的功能3.2.1自动报警功能(1)当锅炉汽包水位低于规定的最低水位时系统发出报警，指示灯亮，继电器线圈得电，电磁阀打开，水泵开始注水(2)炉内的水位到达或超过规定的最高水位时系统发出报警，指示灯亮，线圈失电，电磁阀闭合，停止注水(3)由于人为疏忽致使锅炉因水位过高或过低而发出报警后，系统能自动消除报警(4)锅炉内蒸汽压力超过压力给定值系统发出报警，并自动释放气体，减小压力，系统停止报警3.2.2检测显示功能对锅炉的重要参数，如压力，温度，水位等进行声光报警，因为本系统只涉及到其水位和压力报警，显示系统仅对水位和压力进行检测显示。3.2.3自动控制功能在功能1中我们已经在报警实现的同时对水位和压力进行了相应的控制，此控制是通过硬件和软件设计相结合实现的。4硬件系统设计该系统以8051芯片为核心，有压力采集和压力设定部分、键盘显示部分、A/D变换部分、保护部分、报警部分等部分组成。4.1控制器MCS-8051的结构与特点整个系统电控部分以8051为核心芯片，控制信号采集、处理、输出三个过程。这种芯片内置4KEPROM，因为系统要求控制线较多，如果采用8031外置EPROM程序控制结构，则造成控制线不够；而8051却可以利用P0、P2口作控