基于单片机的锅炉自动控制系统毕业论文.doc

河南科技学院机电学院1基于单片机的锅炉自动控制系统摘要：本文介绍一种新型单片机控制的锅炉采暖自动系统的组成，工作原理及特点。对改造旧锅炉，提高自动化水平提供了一种有效的方法。关键字：锅炉；自动控制系统；单片机Abstract：Automaticcontrolsystemisimportantguaranteeforrunofboiler.Thecompositionandworkprincipleandcharacteristicsofthermalauto-regulatingsystemforboilerareintroducedinpaperwhichoffersaneffectivemethodformodificationonoldboilerandforheatefficiencyandcoalsaving.Keywords:boiler；auto-regulatingsystem；singleboardcomputer.1引言热水锅炉是目前广泛应用于居民住宅采暖的供热设备之一。供热系统示意图如图所示。其工作原理是，热水锅炉将水进行加热，当水温达到要求时，启动循环水泵将供热管道的水进行加压循环，从而使住宅内的散热器升温达到采暖的目的。图1供热系统示意图在供热期间，由于供热管道有一定的水量损失，为保证供热质量，必须通过补水泵对锅炉进行补水。补水的原则是：在设备和管道承压能力下保证系统水不汽化。传统的热水锅炉供热系统中，循环泵的启动和停止有由人工操作，而补水泵是由安装在回水管上的电接点压力表控制的。通过电接点压力表设定的回水管补水压力的上下限值，来控制补水泵的停止和工作。其中压力上限值应不大于管道和锅炉所承受的最大压力，压力下限值应保证系统水不汽化。这种补水控制有如下缺点：（）补水泵频繁启动和停止。（）补水压力不恒定。（）河南科技学院机电学院2工人劳动强度大，工作环境差。就各工业部门的现状来看，除研制新型节能锅炉以外，对现在旧设备进行技术改造，提高锅炉的自动化程度也是一项极其重要的途径。在设计锅炉自动调节系统方案时，考虑到现在市场上已经大量供应新器件，而且这些新器件具有功能更强大、运行更稳定、应用更简单额、升级更方便等优点，所以本系统采用新型80C592单片机和新型数字式传感器。系统对锅炉水位、蒸汽压力、经济燃烧等系统的热工过程实现自动调节功能。本系统通过面板操作，实现开工运行、参数显示、不停机进行参数修改和功能设置等。使锅炉的安全性、操作性大大提高。2系统组成图2系统组成图3系统功能（1）系统具有高低水位报警，由软件实现大小泵的控制来实现水位的自动调节。（2）系统具有高低压报警，由软件控制外围电磁阀和风机来实现压力的调节。（3）系统具有高低温报警，由软件控制外围电磁阀和风机来实现工作温度的需求。（4）系统具有无扰动手动切换控制以及紧急情况报警急停功能。4系统工作原理本系统是由信号采集装置，微控制单元，外围机电设备等组成。利用传感河南科技学院机电学院3器，采集锅炉的高低压，高低水位，高低极限水位以及温度信号，将这些信号传送到核心控制元件单片机进行判断，以控制外围相应设备。当系统所收集到的参数超过系统设定的安全参数时，系统可以自动急停控制，使锅炉停止工作。使锅炉安全稳定的工作，为了保证系统的稳定性，系统还采取了手动功能。正常工作时自动状态和手动状态操作可以随时无扰动切换。基于安全考虑，系统在运行开始时，首先要对高温、高压、高极限水位和高温、高压、低极限水位进行检测，若发现这些参数异常，系统会紧急报警并急停工作，保护设备。在常规运行中，当锅炉处于高压时，系统开始报警红灯亮并打开锅炉上的电磁阀，释放部分水蒸汽，保证压力正常。当锅炉处于低压时，系统打开风机，使炉膛加热更快，使锅炉达到正常工作压力。当锅炉水位在低极限水位时，系统开始报警红灯亮，然后打开大泵，使锅炉水位快速增高。当达到低水位点时，大泵停，小泵开始工作。当达到高水位时，小泵停。若水位检测时发现水位点到达高水位极限时，系统报警红灯亮并急停，同时打开电磁阀放水，待水位正常后系统开始工作。在温度采集时，若发现温度处于低温时，系统打开风机，加速炉膛燃烧，提高水温。若系统采集信号正常，绿灯亮。然后系统又循环重新检测控制。5系统设计5.1系统分析汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件,这是因为:(1)水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,同时过热蒸汽温度急剧下降。该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会损坏汽轮机叶片,影响运行的安全性与经济性。(2)水位过低,说明汽包内的水量较少,而当负荷很大时,水的汽化速度加快,则汽包内的水位变化速度亦随之加快,如不及时调节,就会使汽包内的水全部汽化,导致炉管烧坏,甚至引起爆炸。因此,在锅炉控制系统中必须对汽包水位有深入了解并在运行中严加控制。经研究表明：（1）汽包水位不仅受汽包(包括循环水管)中储水量的影响,亦受水位下汽泡容积的影响。而水位下汽泡容积与蒸汽负荷蒸汽压力炉膛热负荷等有关。因此,影响水位变化的因素很多,其中主要的因素是锅炉蒸发量(蒸汽流量S)和给水流量。汽包水位在给水流量作用下的动态特性见图3。由于给水温度比汽河南科技学院机电学院4图给水流量作用下水位阶跃响应曲线包内饱和水的温度低,所以给水流量增加后,从原有饱和水中吸收部分热量,这使得水位下汽泡容积有所减少。当水位下汽泡容积的变化过程逐渐平衡时,水位就由于汽包中储水量的增加而逐渐上升,最后当水位下汽泡容积不再变化时,水位变化就完全反映了由于储水量的增加而逐渐上升。因此,实际水位曲线如图中线。即当给水量作阶跃变化后,汽包水位一开始不立即增加,而要呈现出一段起始惯性段。给水温度越低,时滞亦越大。（2）蒸汽流量作用下水位阶跃响应曲线在蒸汽流量S扰动作用下,水位的阶跃响应曲线如下图4所示。图4水位的阶跃响应曲线当蒸汽流量S突然增加时,从锅炉的物料平衡关系来看,蒸汽量S大于给水量W,水位应下降,但实际情况并