工业锅炉蒸汽过热温度控制系统设计开题报告（本科毕业设计）.doc

山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 锅炉蒸汽温度控制系统设计 专 题 硬件软件设计抗干扰分析 学 院 名 称 信息与电气工程学院 专业班级 自动化06-2 学生姓名 李阳 学 号 200601100917 指 导 教 师 刘秀芝 填表时间：2010年4月 10日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目锅炉蒸汽温度控制系统设计设计（论文）类型（划“”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它一、本课题的研究目的和意义目前，锅炉仍然是各种工企业的动力设备中重要的组成部分。但是，在我们国内除了一些大中型锅炉采用了先进的现代控制技术，如DCS、FCS等，一般的小型锅炉的控制仍然比较落后，很多场合仍在使用模拟仪表、继电器作为主要的控制手段，需要很多的技术人员参与工作，不仅工作人员的劳动强度大，工作条件差，而且锅炉的热效率很低，资源浪费相当严重。虽然现在的仪表不少已渐趋智能化并在锅炉上也一定程度的实现了自动或半自动控制，但是，由于其高昂的价格、系统复杂等种种原因，其应用受到很大限制。锅炉过热蒸汽的温度是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标之一，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。尤其对于大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，从而造成重大事故。因此，在锅炉运行中，保证过热蒸汽的温度在正常范围是非常重要的。另外，当今的大部分中小企业使用的锅炉容量普遍很小，锅炉只有两三台，企业由于其经济上的承受能力，一般都不大可能选用价格昂贵的大型控制系统。但是，随着能源问题的日渐突出，现代化企业管理水平的提高，还有政府、企业和公民的环保意识的增强，作为能源转换的重要设备之一的锅炉，其控制和管理的要求越来越高，现在的企业中的小型锅炉的控制技术急需改进以适应生产的需要。因此，这就需要在现有锅炉控制技术的基础上进行一定的改进，设计一种性价比合理的、使用和维护方便的锅炉过热蒸汽温度控制系统。 二、本课题的主要研究内容（提纲）1熟悉锅炉工作过程2熟悉单片机及其接口电路，熟悉单片机编程软件3熟悉锅炉蒸汽温度控制工作原理4熟悉嵌入式系统的硬件扩展5确定并绘制控制系统图6完成系统硬件电路的绘制7完成系统软件部分设计8进行系统的抗干扰分析及设计三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）锅炉是工业生产中的重要设备，同时又是耗能极大的设备，作为一次能源(煤炭、石油、天然气等)转换为二次能源(蒸汽)的重要动力设备，锅炉在石油、化工、发电等工业生产过程中发挥中举足轻重的作用，它所产生的高压蒸汽既可以作为驱动设备的动力源，又可作为蒸馏、干燥、反应、加热等过程的热源。工业锅炉的发展经历了由简单到复杂、由低参数到高参数、由单一品种到系列化产品的发展过程。锅炉控制技术的发展经历了主要几个历史阶段:(1)纯手动阶段在60年代以前，由于自动化技术与电子技术发展还不成熟，工程人员的自动化观念还比较淡薄，此时期的锅炉一般采用纯手动的控制方式，即由操作工人通过经验决定送风、给水、引风、给煤的多少，通过手动操作器等方式来达到控制锅炉的目的。这样就要求司炉人员必须有丰富的经验，增加了工人的劳动强度，精度不准，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行。(2)自动化单元组合仪表控制阶段随着自动化技术与电子技术的发展，国外己经渐渐开发并广泛应用了全自动工业锅炉控制技术。60年代前期，我国工业锅炉的控制技术开始发展，60年代后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的控制技术，70年代后期己经研制了一些工业锅炉的自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉控制领域，因而热效率有所提高，事故率也有所下降。(3)采用微机测控阶段随着电子技术的发展，高集成度、高可靠性、价格低廉的微型计算机、单板机、单片机、工业专用控制计算机的出现以及在我国的广泛应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。运用计算机技术的高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统开始日益得到重视。80年代后期至今，国内己经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显地改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求较高。(4)智能控制理论的广泛应用阶段由于现代控制理论的发展以及在各方面的应用，解决了传统控制理论难以解决的问题，给工业过程控制带来了崭新的应用前景，并取得了前所未有的效果，成为目前正在迅速发展的一个领域。各种形式的控制系统、智能控制器不断地开发和利用。目前常用的有:多递阶智能控制；专家控制系统与专家控制器；仿人智能控制器；自寻优模糊智能控制系统；自学习控制系统；基于神经网络的控制系统。除此之外还有综合了几种控制形式的混合式智能控制器等多种形式，如以模糊控制为基础的专家模糊控制系统，最常见的是以常规PID数字控制为基础，通过专家系统在线实时整定PID控制参数，即所谓的智能(或专家)自适应PID控制器。四、 拟解决的关键问题(1)了解锅炉过热蒸汽的工艺过程，对被控对象进行整体分析，设计整体系统方案；(2)根据锅炉过热蒸汽温度控制系统的特点，完成系统的硬件设计，包括温度采样电路、A/D转换电路、主控制电路、抗干扰电路等；(3)在硬件设计的基础上，完成系统软件部分的设计，包括主程序模块、检测滤波模块、键盘显示模块等；(4)建立温度控制系统的数学模型，并在系统数学模型的基础上，确定PID控制策略。五、 研究思路和方法1、收集资料设计总体方案。2、根据设计要求和过程控制原理完成锅炉蒸汽温度控制对象模型的建立，运用PID参数整定法来确定参数。3、设计硬件电路的各模块4、根据设计要求，运用PID算法对参数进行配置，并根据流程图进行程序编写。将采集到的数据进行转换、处理，与设计所要求的蒸汽范围进行比较，编写相应的处理和控制程序。对各子模块进行编程、调试，再对系统总体调试。5、利用计算机仿真系统进行动态仿真，实现蒸汽温度在设计要求的范围内变化。六、 本课题的进度安排1-2 周：复习“单片机原理”，“接口技术”，“自动控制原理”，“计算机控制系统”，“c51编程技术”，“过程控制工程”，“protel”等相关内容；3-4 周：确定设计方案，完成开题报告；5-9 周：硬件系统确定，绘制有关图纸；10-13周：软件设计，系统统调；14-16周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸；准备答辩，对设计内容进行总结，写出毕业答辩的发言稿。七、 参考文献1 B. Daumas, W.L. Xu , J. Bronlund，Jaw mechanism modeling and simulation，Mechanism and Machine Theory, Volume 40, Issue 7：821-833,20052 Amir Nassirharand, Hassan Karimi , Mohsen Dadfarnia，A new software tool for synthesis of linear PID controllers, Advances in Engineering Software，Volume 34, Issue 9：551-557,20033 C. Graf, A. Vath , Modeling of the heat transfer in a portable PEFC system within MATLAB-Simulink，Journal of Power Sources, Volume 155, Issue 1：52-59,20064 Roberto Bucher , Silvano Balemi，Rapid controller prototyping with Matlab/Simulink and Linux，Control Engineering Practice, Volume 14, Issue 2：185-192,20065 Andreas Vath, Zijad Lems，Dynamic modelling and hardware-in-the-loop testing of PEMFC, Journal of Power Sources，Volume 157, Issue 2：816-827,20066 W.E. Smitendorf, O. Shaw, R. Benson,& S. Forrest, Using genetic algorithms for controller design: Simultaneous stabilization and Eigenvalue placement in a region, Technical Report No.CS92-9,Department of Computer Science, College of Engineering, University of New Mexico, USA,19927 L.J. Fogel, A.J. Owens, & M.J. Walsh, Artificial intelligence through simulated evolution(New York:Wiley,1966)8 于海生等,微型计算机控制技术,北京：清华大学出版社，19999 孙亮,MATLAB语言与控制系统仿真,北京：北京工业大学出版社，200110 吴晓,计算机工业控制技术,厦门：厦门大