基于单片机的供暖锅炉控制系统设计毕业论文.doc

目录1绪论.12系统总体方案.12.1系统结构框图.12.2系统设计方案.23系统硬件配置.33.1单片机配置.33.2温度传感器配置.43.3变频器配置.53.4气压传感器配置.63.5模数转换器配置.64系统的具体设计与实现.74.1系统控制流程图.74.2风机、循环泵控制系统.84.2.1风机、循环泵硬件控制电路.84.2.2风机、循环泵软件控制流程.94.3水位控制系统.94.3.1水位控制硬件电路.104.3.2补水泵软件控制设计流程.104.4压力控制系统.114.5自动报警电路.124.6手动按键控制路.124.7显示部分电路.134.8电气控制电路.135结束语.14参考文献.15附录1系统总电路图.16附录2程序清单.1711绪论随着社会经济的飞速发展，人们生活水平的不断提高，对城市生活供暖的数量和质量提出的要求越来越高。由于传统的控制方式调节精度差，自动化程度低，系统稳定性差，锅炉运行耗能大，并且存在安全隐患等缺点，所以现代锅炉运行方式需要改进。我国的锅炉目前以煤为主要燃料，耗煤量接近全国煤产量的三分之一。在欧美和日本等发达国家，石油和天然气已成为第一能源，占能源消费的60%左右，燃油和燃气锅炉已逐步取代燃煤锅炉，对风机和水泵等电机的变频控制已相当成熟。自20世纪90年代以来，随着大型可编程控制器、单片机的出现和模糊控制、自适应控制等智能控制算法的发展应用，锅炉控制水平大大提高。国内对锅炉控制的研究起步较晚，始于80年代初期。尽管对锅炉控制的研究和推广已取得了很大的进步，但仍然存在一些问题，如大多数现有的锅炉控制系统可控制的主要还是开关量设备，控制自动化程度低等缺点1。本系统以单片机模块为核心，由外围电路实时采集环境温度、锅炉出水温度、炉膛压力等信号，通过单片机内部程序运算，实现对中小型锅炉运行的自动控制。设计中采用低功耗数字温度传感器进行温度测控，可大大简化设计方案，系统性能也更稳定；采用光电对管测控水位，可有效保证水位的自动控制，能更好地对锅炉进行自动化控制；通过对环境温度、水位信号的采集，输入单片机进行内部程序运算，输出结果控制变频器组，从而实现对循环泵、风机、补水泵等部件的自动控制，达到节能的目的；用压力传感器检测锅炉内压力，通过模数转换把信号送入单片机中，由单片机进行程序运算控制电磁阀动作，实现锅炉安全运行。控制电路中加入手动按键控制和实时显示功能，使锅炉操作、维护更加方便、灵活。通过微机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暖，使系统安全、经济运行。2系统总体方案2.1系统结构框图系统结构框图如图1所示，系统通过实时采集室内环境温度、锅炉出水温度、锅炉蒸气室内压力、锅炉内液位等参数输入单片机，由单片机AT89S51在内部与预先设定参数通过软件计算生成各个变频器的控制信号，从而对补水泵、循环泵、风机等锅炉部件进行优化控制。另外，系统中加入了故障报警、显示和手动按键等电路，使系统操作、维护更加方便。2图1系统结构框图2.2系统设计方案锅炉风机的作用在于通过控制锅炉燃烧室的空气流通速度来控制锅炉出水温度，因此，对锅炉风量受控参数的调节及其重要。一般有两种调节方式：风板调节和变速调节。风板调节通过调节挡风板的开度或利用滑差电磁调速来实现，这种控制方式操作不方便，而且风机效率较低，造成电能大量浪费。变频调速具有性能平稳、控制精度高、高效节能等特点。(1)本设计用数字温度传感器采集锅炉热水出口处的温度，与单片机内设定温度相比较后输出一个信号控制变频器的输出状态，从而使锅炉风机转速随水温的变化而变化。风机变频控制原理图如图2所示。当水温低于预设温度时，风机转速快，加快了锅炉内燃烧室内空气流通速度，炉内火焰加旺，从而使水温升高；反之亦然。图2风机变频控制原理图（2）锅炉管网系统的主要工作是通过循环泵将出水缸内的热水输送到用户供热管道，并回到回水缸。循环流量控制同样采用偏差控制和PID控制相结合的控制方式。通过采集需供暖环境实时温度，与单片机内部预设温度相比较输出一给定水温水温PID变频器风机测量变送锅炉单片机变频器组循环泵风机压力温度水位按键显示故障报警给水泵泄压阀3个信号控制变频器的输出状态，从而使循环泵转速随环境温度的变化而变化。循环泵变频控制原理图如图3所示。当环境温度较低时，循环泵转速加快，减少了管内热水在环境中的冷却时间，环境温度升高；反之亦然2。图3循环控制系统原理图（3）目前，在水位控制中有很大一部分水泵是不变速拖动系统，不变速电机的电能大多消耗在适应供水量的变化而频繁的开停水泵中。这样不但使电机工作在低效区、减短电机的使用寿命，而且电机的频繁开停使设备故障率很高，导致水资源严重浪费，系统的维护、维修工作量较大。变频技术以其在节能与恒压方面的优越性能可以解决水压控制系统存在的以上问题。考虑选用单片机构成的系统都能达到较好的控制效果。锅炉水位控制是在锅炉内不用水位处安装传感器，根据不同的水位来控制变频器数字量的输入从而控制补水泵的动作。（4）锅炉正常安全运行，炉膛负压是一个重要的参数。本系统采用在炉膛内放置压力传感器，其采集信号与单片机内预存最大值信号相比较，当压力过大时，开启泄压阀，从而保障锅炉安全运行。（5）附属电路包括故障报警部分和显示部分和按键控制部分。当风机控制部分、补水泵部分、循环泵部分等出现故障时，报警系统报警。而且报警系统设置的是声光报警，使维修人员容易区分哪部分出现了问题，以便及时维修。显示部分可实时显示管道水温、环境温度、和锅炉内压力值。多功能控制按键，通过软件控制实现按键的多功能操作，可以完成设定温度、压力基准值和报警取消等功能。3系统硬件配置本系统从经济性，电路结构，系统性能等多方面考虑，选用单片机AT89S51，在其外围加入数字温度传感器DS18B20，压力传感器用于信号的采集，输出通过控制继电器等元件来控制变频器，共同组成风机、补水