2013锅炉温度自动控制

锅炉温度系统设计摘要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，温度太高，蒸汽带水过多，分离汽水，后续过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重的情况下会导致蒸汽质量下降，影响生产和安全。温度太低，破坏部分水冷壁的水循环不能满足工程要求，严重的情况下会发生锅炉爆炸。特别是大型锅炉，如果控制不好，鼓里会装满水，或者鼓里的水全部蒸发掉，很容易引起大事故。因此，确保锅炉运行时温度保持在正常范围是很重要的。本文设计了数字锅炉温度控制系统，并给出了硬件设计方案。该控制系统使用MCS-51系列微控制器和相关硬件，通过传感器测量温度数据，通过CPU周期检测传感器输出状态，通过广州和LED指示温度的高度。如果锅炉温度低于用户设定的值，系统会自动打开燃油通道，当温度达到设定值时，系统会自动关闭燃油通道。定量计算表明，控制系统合理可行。一.总体系统设计1.1全系统设计设计图如下：电脑控制温暖度信号码采集集合电气路温度控制接口电路继电器控制和加热电路继电器控制利用冷却电路图1-1系统方框图1.2单元电路系统的演示与选择硬件电路的设计是整个实验的核心部分，我们主要考虑了电路简单易懂，很好地反映了物理思想。实现可能性好，操作方便。在设计过程中，某些回路有多种替代方案，综合了各种因素，做出了以下选择：1.2.1演示和选择温度信号采集电路使用温度传感器DS18B20美国DALLAS公司的产品可以通过可编程的单总线数字温度传感器DS18B20收集室温信号，节省后续信号放大和模数转换部分(如数字信号的直接输出)，外围电路简单，成本低。单总线接口(只有一条信号线连接到单个总线和CPU)和各自唯一的64位系列号存储在各自的内部ROM存储中，使多个DS18820可以连接到一个信号线，从而易于多点测量和扩展。DS 18 B2 0的温度测量范围大，强度高，但需要串行端口才能模拟其计时，因此未选择此方案。1 . 2 . 1 I/o通道和接口设计1)温度检测模拟输入通道设计图1-2输入通道原理图V/f转换器的额定输出频率为f，计数器输出脉冲的计数时间为Ts，a/d转换结果的分辨率为I，则：使用Ts=1s可以获得v/f的输出频率范围0到10khz的13位a/d转换结果。2)晶闸管数字触发输出通道设计晶闸管的工作方法如下：电压调节方法；电源调节方式电压调节方式：利用相移触发脉冲调整晶闸管的传导角度，改变电加热元件输入的电压，调节电输入功率，达到控制目的。17图1-3电压调节结构图1-4波形图调整方法：如果触发电路超过0的触发方法和使用超过0的正弦电压控制信号创建晶闸管的触发传导功能，则从负载中获得的电压是正弦波。功率调节输入电炉的平均功率为：P输入电炉功率；R负载有效电阻；U栅格电压；N传导允许波头数；N设定的波头数。N=0时，到电气的输入功率为零。如果N=n，则电炉的输入功率为总功率。上述分析可以获得晶闸管数字触发输出通道设计图1-4零交叉检测同步脉冲电路图1-5波形图3)拨号给定输入通道拨号盘用作数字大小的输入设备，设置和修改代码盘值可以用作控制系统中指定的值。输入非数字信息时，必须将非数字信息预先转换为数字代码，然后用拨号输入。4)数字显示输出通道包括：数字输出接口电路；锁定解码驱动电路；7段数码管显示器。5)打印机输出通道包括：系统配置了通用打印机接口电路。打印内容包括标题、表、取样数据和取样时间。二.系统方块图2.1系统结构2.2系统方块图系统原理图可以绘制系统的方块图。闭环控制系统是控制器和控制目标之间既有正向控制又有反向连接的控制系统。闭环控制系统的优点-控制变量的偏差不管扰动引起的控制变量的设定偏差如何。因此闭环控制系统控制精度高，适应性好，应用范围很广。缺点-闭环控制系统的控制效果仅在发生偏差后发生，在系统惯性延迟和纯滞后较大的情况下，控制效果及时克服，控制质量明显下降。闭环控制系统可以根据设置分为值控制系统、后续控制系统和程序控制系统温度系统控制器设计通过以上分析，可以将锅炉温度控制系统近似成二次系统，可用表示，用竹林算法设计数字控制器D(z)。设置采样周期T=0.5s。3.1广义对象的脉冲传递函数计算T=0.5s，替换3.2的计算因为其中N=0，T=0.5s是整个系统的时间常数，包括数字控制器和控制对象因为所以3.3数字控制器设计数字控制器的公式数字控制器取代代码(3)(4)3.4删除铃声对于直接通过大林算法创建的闭环控制系统，数字控制器的输出U(z)以二分之一采样频率大幅上下摆动，因此这种现象称为铃声现象。铃声现象与空对象的特性、闭环时间常数、采样周期、纯等待时间的大小等有关，铃声现象中的冲击减弱，由于控制对象中惯性连接的低通特性，对系统输出影响不大，但铃声现象会增加执行机构的磨损。因此，必须找到消除铃声现象的方法。Z=-1附近的极点产生铃声现象，因此为了消除铃声现象，z=-1附近的极点由下而上替换为z=14.硬件设计如图1所示，该控制系统框图由信号转换和调理电路、数据收集模块、数据显示模块、脉宽调制控制和驱动电路和执行机构组成。图4-1系统硬件电路4.1信号转换和调理电路信号转换调理是将温度信号转换为电信号，然后调整为可收集的电压信号。有关特定回路，请参见示意图。4.2数据收集模块通过A/D转换器输入的模拟电压量转换为数字体积，通过并行接口芯片将数字量传递给计算机。此控制系统A/D转换器使用高精度mc14443，显示了mc14443的典型电路图。MC14433是3位半十进制(即11位二进制)的双集成模数转换器，它不受4-10Hz的转换速度控制，停止信号打开，通电后继续转换。转换结果是使用与DS1、DS2、DS3、DS4输出高标准相对应的具有千位、百位、10位、位BCD代码输出的BCD代码动态扫描的。因为它没有三态特性，并且不直接与PC连接，所以必须通过并行接口芯片连接。MC14433没有内部基准电压源，通过集成低温漂移的精密电源MC1403，可以产生稳定的基准电压。图4-3数据收集电路4.3数据显示模块PC处理收集的温度值，将其发送到LED数码管，并在屏幕上打印控制曲线。在本节中，您将利用PC计算机总线接口实验设备的现有资源，在实验设备中使用六个LED数字管，CPU通过两个端口驱动分段输出端子和位端子的LED数字管。数据的输出显示采用动态扫描方法，利用眼睛的视觉惯性实现可靠的数字显示。4.4脉宽调制控制和驱动电路脉宽调制控制和驱动部分的原理图(包括执行机构部分)如下。图4-4脉宽调制控制和驱动电路该电路用于执行反馈控制功能，使用由PC输出的PID控制算法处理的错误信号，将具有一定占空比的脉冲发送到驱动电路进行控制和脉冲放大。改变占空比的调节方法有脉宽调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)。原理图表明，该系统改变了PWM方式，即工作频率不变，改变了后电平电路的传导与阻塞比，从而改变了负载比。图中显示的每个点的波形具体说明了该电路的工作过程。4.5 .执行机关该电路部分由双向晶闸管(晶闸管)和电路组成，比较简单，如图所示。晶闸管响后，可以通过管道减少或完全消除控制信号，仅当仍然传导阳极电流降低到保持电流以下时，管道才会关闭。但是双向晶闸管与音阶或两极无关。此电路SCR使用BT138 600E，请参阅图。其中T1:预设端子T2:预设端子g:灌嘴5软件设计使用系统控制程序：a)系统初始化。b)多模拟转换开关的切换控制。c)温度反馈信号采样和数字过滤，线性化处理。d)读取指定的输入值，将BCD代码转换为二进制代码。e)完成系统控制算法和控制输出。开始f)定点或巡回显示温度值和皮带速度值。向8051发送控制词和初始值缓冲寄存器初始化显示初始化打印缓冲区设置堆栈结束设定中断系统控制字控制算法程序设置的初始值设定时钟系统初始值g)定时打印时间、温度和皮带运行速度。按控制功能将程序分为三个程序模块。5.1系统初始化程序模块系统初始化包括：a)堆栈设置；b)清除动态数据缓冲区；c)初始化打印缓冲区；d)设置计数器的控制词和计数初始值。e)设置时钟系统的初始值。f)设置控制算法程序的初始值。g)初始化系统中断控制等。图5-1初始化模块流程图5.2外部中断服务程序模块停止服务程序：1)读取a/d转换结果，并将其作为BCD代码发送到数字管进行显示。2)读取指定的温度值，将BCD代码转换为二进制代码。3)在外部中断生成ls时钟内，将多通道模拟转换开关切换到下一通道。5.3定时打印程序模块实施任务：1)实时时钟程序2)根据设置时间完成打印控制nynnyn开始需要打印否？停止打印标志打印时间是？时钟、炉温和网状皮带速度传输打印缓冲区标题印好了吗？调整打印头程序设定标头列印超出旗标调整打印数据程序停止打印标志位置？停止打印、设置停止打印标志、移回纸张、设置标题不打印标志图5-2定时打印程序模块流程图6.系统模拟分别执行给定值更改和碰撞更改模拟，并通过与PID控制更改进行比较来清除它们图6-1燃烧系统内部模型控制和PID控制的阶跃响应曲线如图6-1所示，内部模型控制比常规PID控制具有更好的动态效果、稳定的速度、减少过度收缩、防止干扰的能力。系统运行后，满足系统的控制要求。该系统操作方便，维护方便，性能可靠。使用计算机控制提高产品质量。改善了劳动条件，消除了人力因素。现代管理和产品质量分析很容易。结论本文以锅炉燃烧系统大时滞的一阶纯滞后模型作为实际工艺对象的模型，根据内部模型控制原理设计了控制器，并将其与常规PID控制进行了比较。仿真控制结果表明，内部模型控制小于PID控制优先选项，提高了稳定性和抗干扰能力，实现了鲁棒性和稳定性的平衡。大时间延迟系统广泛应用于实际行业，内部模具控制器易于设计，因此该控制方法不仅可以用于锅炉燃烧系统，还可以用于时间延迟大的其他过程。课程设计经验通过这次计算机控制技术课程设计，为了深入理解和掌握我学过的计算机控制技术理论知识，加强正在学的计算机控制技术理论知识的灵活使用，加强独立思考和创新的综合质量能力，特别是利用理论知识解决实际问题的能力。本课程设计结合了自己学习的计算机控制技术分布式理论知识，系统化了自己学习的计算机控制技术理论知识。这次讲座设计也使我更加清楚地认识到理论与实践的关系-只有将理论与实践紧密结合，理论知识才会转变为具有应用价值的灵活知识。认识到理论知识只有付诸实践才能产生巨大的经济利益和社会价值，而实践只有在科学正确理论的指导下才能取得成功和成果。科学准确的理论知识是推动人类实践活动的强大精神武器，实践活动是检验理论正确性的唯一标准和理论来源。理论和实践紧密相连，相互依存。与此同时，此次课程设计进一步加强了自己的实践手能力。特别是遇到了问题，深入到现实生活中，加深了对理论的认识，对现实生活的经验有助于今后专业知识的学习和研究，理解了科学理论的重要