电锅炉温度控制系统设计

单位代码 01 学 号 100119064 分 类 号 TP273+.2 密 级 毕 业 设 计 说 明 书电锅炉温度控制系统的设计院 （ 系 ） 名 称 信 息 工 程 学 院专 业 名 称 测 控 技 术 与 仪 器学 生 姓 名 邓 继 文指 导 教 师 吴 娟2014 年 4 月 25 日黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页电锅炉温度控制系统的设计摘 要电锅炉温度智能控制系统在工业生产和科研工作中占有重要的地位。锅炉汽包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标。温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。因此，在锅炉运行中，保证温度在正常范围是非常重要的。基于单片机技术实现的电锅炉温度控制系统主要由温度检测电路、温度控制电路、温度显示电路三个部分组成。在本次设计中，选用符合测量温度范围要求的热电偶温度传感器来实现数据采集，用仪表放大电路对电压信号进行放大，实现对温度的检测和信号的传输；用单片机对所采集的数据进行处理后，再进行相应的控制，从而实现对温度的控制；采用 LCD1602 液晶显示器将处理的数据进行实时显示。然后根据设计电路进行了实际制作和测试分析，达到了预期的要求。关键词：单片机，热电偶温度传感器，LCD，MAX6675黄河科技学院毕业设计说明书 第 II 页The Design of the Electric Boiler Temperature Control SystemAuthor：Deng JiWenTutor：Wu JuanAbstractAnnealing temperature control system in industrial production and scientific research occupies an important position.Combustion system of boiler steam drum is industrial steam boiler safe and stable operation of the important indicators.Temperature is too high, can make the steam with water too much, separation of poor, make the follow-up of superheater tube wall scaling, heat transfer efficiency drops, superheated steam temperature drop, serious when will cause steam quality to drop, affect the production and safety; Temperature is too low will damage part of the wall of the water cycle cant meet the technological requirements, serious happens when the boiler exploded.Especially large boiler, once the improper control, easy to make all of the water in the water or steam drum drum with vaporization, cause serious accident. Therefore, in boiler operation, it is very important to ensure that the temperature in the normal range.Based on single chip microcomputer technology to realize the electric boiler temperature control system is mainly composed of the temperature detection circuit, temperature control circuit, display circuit of three parts.In this design, choose to meet the requirements of measuring temperature range thermocouple temperature sensor to achieve data acquisition, instrument amplifier circuit of voltage signal is amplified and realize the temperature detection and signal transmission; After the data collected in the MCU, then the corresponding control, so as to realize the temperature control; Adopt LCD1602 LCD monitor the real-time display of data processing.Then according to the design of circuit are analyzed in actual production and testing, to achieve the desired requirements.Key words: MCU，Thermocouple Temperature Sensor，LCD，MAX6675黄河科技学院毕业设计说明书 第 III 页目 录1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 电锅炉简介 .11.3 电锅炉温度控制系统 .21.4 设计要求 .22 温度控制系统方案分析 .32.1 设计思想 .32.2 几种方案设计 .32.3 方案设计要求 .42.4 课题研究的意义 .43 电锅炉温度控制系统硬件设计 .63.1 温度检测电路 .63.1.1 热电偶传感器 .63.1.2 MAX6675 电路 .73.2 温度显示单元电路 .83.3 温度控制电路 .103.3.1 蜂鸣器驱动电路 .103.3.2 继电器 .113.3.3 STC89C51 单片机 .124 电锅炉温度控制系统软件设计 .185 电锅炉温度控制系统仿真 .205.1 电路仿真结果 .206 电锅炉温度控制系统设计实物图 .22黄河科技学院毕业设计说明书 第 IV 页结论 .23致谢 .24参考文献 .25附录 .26附录 A.26附录 B .27黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页1 绪论1.1 课题背景锅炉技术的发展受经济发展速度和投资规模因素影响，能源政策和节能、环保要求的制约等越来越严重。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是工业锅炉产品发展的趋势，并向高端和高附加值的产品市场发展 1。电锅炉温度智能控制系统在工业生产和科研工作中占有重要的地位。锅炉的自动监测和自动控制，不仅是保证锅炉安全极其重要的手段，而且还在控制锅炉燃烧，提高锅炉效率和性能方面起着非常重要的作用 2。相对而言，我国在燃煤锅炉方面的开发投入很少，绝大多数在用锅炉的运行只达到机械运行的程度，而已有的控制手段也只是确保锅炉安全运行的保护控制或简单的操作控制，远没有达到以提高锅炉运行效率的最佳运行状态为目的的智能化动态监控运行的程度。1.2 电锅炉简介电锅炉也称电加热锅炉、电热锅炉，顾名思义，它是以电力为能源并将其转化成为热能，从而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体的锅炉设备。电锅炉本体主要由电锅炉钢制壳体、电脑控制系统、低压电气系统、电加热管、进出水管及检测仪表等组成。电锅炉的加热方式有电磁感应加热方式和电阻（电加热管）加热方式两种。电阻加热方式又分为不锈钢加热管电锅炉和陶瓷加热管电锅炉，电阻加热方式即采用电阻式管状电热元件加热，电锅炉在结构上易于叠加组合，控制灵活，维修更换方便。电锅炉设计要求有以下特点：1、全自动智能化控制技术，无需专人值守。工作方式灵活，可设置为手动或自动模式。2、结构紧凑、科学合理的设计和先进的制造工艺，使锅炉占用空间小，方便运输并且节省使用场地。3、无噪音，无污染，热效率高，锅炉本体采用优质高效保温材料做保温，散热损黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页耗小，节能降耗。4、控制器对水温或压力自动控制、演算、追踪，可在负荷变化时对给水泵、电加热管进行自动启停控制，也可手动控制。5、锅炉的设计、制造严格按照蒸汽锅炉安全监察规程和工业锅炉通用技术条件 、 锅壳锅炉本体制造技术条件的要求严格执行。1.3 电锅炉温度控制系统现实生活中，很多场所都要对温度进行检测和控制，温度控制器的应用领域非常广泛。在工业生产中，温度往往是一个很重要的参数，许多物理过程和化学反应都必须在特定的温度下才能进行，一旦温度不达标，生产的成品率也会大打折扣，并且有些设备需要合适的温度才能稳定地运行，生产的产品需要适宜的温度才能保存和使用；在农业生产中，农作物的生长要求合适的温度，蓄养的动物有时也要保持适宜的温度，如热带鱼水箱、孵化小鸡、电热水器、培养菌种等场所的温度控制；在家庭生活中，一些家用电器设备需要温度的控制和调节，如电热毯、电磁炉等。温度控制器的设计方案有很多：有用专用芯片设计的、有用复杂可编程逻辑电路设计的、有用单片机设计制作的、有用可编程控制器设计完成的，还可以采用数字电路或模拟与数字电路相结合的方式以及EDA技术等。1.4 设计要求控制其变化范围为 80040，采用热电偶连续对炉温进行检测采样，记录、调节炉温，采样周期 0.1 秒，利用 LCD1602 液晶显示器进行显示，要求有电路原理图和程序框图并且分析和论述系统采用的主要控制和保护单元的工作原理和特性；根据设计题目的要求，结合实验室现有设备，查阅和收集相关资料，进行系统的总体设计，并绘制电路原理图；对所设计的系统进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、动态过程及波形、静态特性，选用并分析系统的保护环节。黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页2 温度控制系统方案分析2.1 设计思想温度是一种典型的模拟信号，用数字电路来进行检测、控制并显示，首先必须将这一非电量先变换成电量（电压或电流），然后再采用电子电路实现课题要求。可以采用温度传感器将温度变换转变成相应的电信号，并通过放大、滤波后经 A/D 转换器变换成数字信号，经译码显示而得到对应的数字 3。而对温度的控制，可以将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压，用实际测量值与之相比较，比较结果（输出状态）自动的控制、调节系统温度，并通过 LCD1602 液晶显示器显示所需的内容。2.2 几种方案设计1、基于分立元件的电锅炉温度控制系统采用温度检测与调理电路、温度控制电路和显示电路来组成温度控制器，其原理框图如图 2.1 所示。温度传感器温度设置放大器比较器A / D 转换器 译码电路L E D 显示输出控制加热装置图 2.1 基于分立元件的温度控制系统设计框图具体实现方法：在温度检测与调理电路中，采用铂热电阻为温度传感器检测温度，用仪用放大电路对电压信号进行放大；温度控制部分通过设定一个与温度对应的电压值与当前的温度进行比较，从而驱动印制板继电器工作，开启加热装置来实现温度的控制；在显示电路中，ADC 转换采用集成模数转换芯片 TLC0820，使用 74185 进行二BCD 码转换，显示采用 7448 芯片驱动共阴极 LED，实现温度的实时显示。2、基于单片机技术的电锅炉温度控制系统近年来，单片机发展迅速，如果以单片机为核心制作温度控制器，不仅制作过程黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页简单，而且安装、维护也简单，可靠性与准确性也会有很大提高，且液晶显示器的现实界面优美，显示清晰，可现实的信息量大 4。其框图如图 2.2 所示。温度传感器设定输入放大器单片机A / D 转换器L C D 显示输出控制加热装置图 2.2 基于单片机的温度控制系统设计框图 3、基于嵌入式系统的温度控制器采用微处理器，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，除了可以实现对温度的采集、处理和控制之外，还可实现 PC 机利用 ISP 技术对系统进行远程加载和升级。另一方面，利用 RS232 串行通信技术，可以实现 PC 机与系统间的通信，并可对系统进行远程控制。从而实现了微机控制系统中的主从式系统控制结构。其原理框图如图 2.3所示。C P U温度传感器小键盘显示并行通信步进电机输出控制 加热装置图 2.3 基于嵌入式系统的温度控制系