1、 水位的变化，在锅炉控制当中是判断是否正常工作的一个重要的依据，造成水位变化的因素很多，如锅炉内燃料燃烧是否充分、及给负荷大小等，这些因素的变化，都会对锅炉控制产生影响。汽包水位也经常发生变化过高的现象，水位过高会影响汽水分离，造成锅炉用电设备发生损坏，而过低水位就会导致汽水循环不能正常的运行，长时间不正常的工作将导致锅炉爆炸，锅炉水位自动控制的目的，就是使水流量的由于燃烧而被蒸发的占比到达一个正常的程度，均衡汽包水位内水位在容许的范围内变动。 所以汽包水位对锅炉安全运行有着很大的影响，或高或低都不能使锅炉安全有效的运行。汽包水位的内部扰动也有很多，如给水方面的扰动或者蒸汽负荷的变化，都会影响
2、锅炉汽包水位，在控制系统中也应当注意并且排除这些不利因素。图2-2-1 汽包水位控制 如图所示为单回路控制系统，系统结构简单，采用单参数控制，进行比列微分积分调节，这也是常用的控制方式，可以达到需要指标。 当然有利有弊，该系统优点是组成构造比较简单，但是在其他方面，抑制给水自发性干扰和负荷干扰的效果较差，在蒸汽负荷快速升高的情形下，由于汽包液位“虚假”水位现象，控制器不能增加调节阀的开度，提高给水量，相反会减少调节阀的开度，降低给水量。等到“虚假”液位消逝后，因为蒸汽体积的增加，送水量反而会降低，使液位迅速下降，产生剧烈的波动，造成严重的安全事故，使整个系统不能正常运行。2.蒸汽压力控制蒸汽压
3、力控制也是锅炉燃烧控制的一个重要指标，主要是用来衡量锅炉内蒸汽压力的高低，蒸汽压力的或高或低都关乎内部金属导管和负荷设备的正常运行，因此，蒸汽压力的调节对于锅炉正常工作起着很大的影响。锅炉压力的控制图如下，采纳的是比列积分微分前馈串级调节方式，主环压力控制是对内部蒸汽实际值的一个测定，将所测定实际蒸汽压力值同正常运行值作比较，不断的补充和消减来调节燃料，用来保证压力的稳定，其中副环燃料控制也按照规定的工作，控制燃料运输到锅炉当中的量，使锅炉中的压力维持在可行的工作区域内。图2-2-2 蒸汽压力控制3.炉膛负压控制 炉膛负压通常采用纳两台引风机、或者液偶处理机构来控制。控制引风系统需要注意很多方
4、面，具体如下：（1）信号处理 炉膛负压需要调节数大多数采用三取中选择性模块，让我们关注的是对所需要测试的点一定要在炉膛内的两侧炉膛负压具有小浮动的特性，我们还必须要对信号进行滤波处理。（2）前馈、超迟、闭锁 负压前馈控制能够比较内外部干扰来进行设置。设置超迟系统主要起保护作用，防止炉膛内部负压过低导致爆炸。闭锁功能同超迟系统一样，在危险低压发生时减加引风机构，保证安全性。 4.炉膛温度控制 锅炉炉膛对温度的控制尤为重要，关乎着生产工艺的好坏和工人的安全，温度或高或低都有着较大的影响，燃烧的过程就是炉膛和汽包之间的传热过程，其中的流程也是很复杂的，我们通常把炉膛内温度看作为动态非线性过程，采用串
5、级回路控制的方法，该系统主副回路根据实际值与给定值的偏差，有PID调节规律进行适度控制调节。通过上面四个控制系统，可以看出锅炉的燃烧控制内部的复杂性和炉内温度对于燃烧的重要性，所以接下来采取炉膛温度控制系统进行研究和设计。第三章 锅炉燃烧系统构成及系统框架图3.1 系统框架图系统的运行的示意图如图所示：图3-1 锅炉系统框架图3.2 工作原理由图3.1可以看出锅炉系统是怎样运行的，煤斗中的煤由传送带运至燃烧室，燃烧室下方有一台鼓风机，为燃烧室内提供持续的氧气，燃烧后的残渣经过履带进行过滤，而燃料燃烧所产生的高温蒸汽向燃烧室四周传递热量，炉膛的上方的给水和回水管都装有温度传感器，实时的监测温度状
6、况，进行实时的调整，炉膛内燃烧烟气一部分进防渣管进入对流烟道。另一部分通过引风机和烟囱排入大气，燃料所产生的热能被利用程度越多，锅炉产生的热动能就越高。3.3 锅炉系统控制对象 通过以上叙述，我们可以得知温度对于锅炉燃烧的重要性，所以接下来我们将围绕温度方面设计控制电路。第四章 锅炉燃烧系统的设计4.1 单片机介绍及芯片的选择单片机是一类内部结构复杂的集成电路芯片，单片机的主要运行靠CPU，主要存储靠RAM和ROM，内部还包含多种I/O接口、定时计数器等。工业控制的很多地方都能看到它的身影。ATMEL公司世界有名，其产品高性能、低功耗，因而广泛运用。其中推行出来的AT89S系列，在运算速度上相
7、比以前要快上许多，在结构上的改变也使AT89S系列更加的适合多种工业场地，本文就是采用此AT89S系列单片机。4.2 单片机的基本结构AT89s51单片机是一个8位的单片机,工作频率为33MHz，4k字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，具有双工UART串行通道,32条可编程I/O线，5个中断源，有高级低级2级中断嵌套中断，高级中断可以嵌套到低级中断中，WDT电路可以在无人的时候继续保持工作，2个定时计数器分别对单片机内部时钟和外部事件脉冲进行计数，2个全双工串行通信口可以用作通信也可以作为同步移位寄存器。51单片机还可以根据工作需要设置想要的省电模式通过设计和配置振荡频率来实现。下图
8、就是 AT89s51单片机及各个引脚：图4-1 AT89s51单片机引脚4.3 DS18B20温度传感器 DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，抗干扰能力强的特点，其中与单片机的接口也比较简单，适合大多数单片机接口，由于DS18B20数字温度传感器封装简单，可应对场合需要做成任何所需要的类型。DS18B20测温，对高温系数敏感很高的高温度系数晶振,计数器2专门接收其脉冲输入。其中对温度敏感率并不是很高的低温度系数的晶振产生的脉冲信号，减法计数器1专门接收其产生的脉冲信号。减法计数器1、减法计数器2和温度寄存器中都预置了一个基值，用于计数减法运算，斜率累加器主要作用于减法计算器1，修正减
9、法计数器1的预置基值。在工作的时，低温度系数振荡器所发出的信号被减法计数器1接收到，随即对所接收的信号进行处理,当减法计数器1的基值减到0时,温度寄存器的预置值将加1,同时减法计数器1将复位，预置的基值也将恢复,重新对低温信号进行处理,不断的进行工作，在此期间减法计数器2对预置的基值也进行减法的运算，直到预置基值减到0的时候,温度寄存器将停止来自减法计数器脉冲的接收,此时温度寄存器中的数值即为所需要测定的温度。图4-3 DS18B20测温原理4.4 控制电路的设计4.41单片机基本系统电路图4-4-1 单片机基本系统电路图上图为单片机基本系统电路，图中红色标志由四条长短不一的横线组成的符号，为
10、接地符号，目的是保障电路的安全。上图还包含了两个电容、三个电阻和一个开关，这些都是单片机外部电路所必须的设备器件。当然单片机内部各个引脚也有不同的作用，其中VCC为单片机提供持续的电压，P1口可作用输入，P2口主要作用于输出，输出特殊功能寄存器里面的内容，主要接收高八位信号和指令信号，P3口主要作为输入，还可以作为普通的I/O接口，RST是复位输入，PSEN是作为外部程序的选通信号，XTAL1是工作电路的输入，XTAL2是工作电路的输出，EA/VPP是内外ROM选择/片内EPROM编程电源。4.42显示电路由于是对锅炉内温度的掌控，显示温度器那是必不可少的，如图所示：图4-4-2 显示电路4.
11、43温度电路 锅炉内最难控制的就是温度，温度的高低都会影响着炉膛内燃烧的效率，运用单片机同报警设备的连接，对炉内温度的变化做出及时的反应和报警，单片机将驱动蜂鸣器进行报警。 当控制温度过高的时候，单片机将通过P1.4接口输出控制信号，P1.4接口将电信号传达给D1三极管，D1三极管得电，触发高温控制警报，J1降温设备将会得电开始工作，使温度降下去。当控制温度过低的时候，单片机将通过P1.5端口输出电信号，电信号将驱动三极管D2，让K2线圈得电，升温设备工作，开启升温模式。下图为温度控制报警电路：图4-4-3 温度电路图第五章 温度控制及编程5.1系统软件的设计整体思路 现如今，科学技术飞速发展
12、，越来越多的工业控制都偏向于智能化，把原来繁杂的多种硬件电路，浓缩成一个小小的集成电路块，通过软件编程来实现控制，输入程序实现了最简化、高效率的控制。 程序语言的设计可以分为：高级语言、汇编语言和机器语言。机器语言是完完全全用0和1表示的语言，是电脑可以读取识别的语言。汇编语言和高级语言相对来说需要繁琐一点，它需要通过人为经过编译，才能被计算机读取和识别。高级语言可移植性特别的大，是以人的想法逻辑来描述电脑运行的语言，完全脱离了CPU的处理模式。MCS-51单片机指令系统中的指令，描述了不同的操作，不同的操作对应不同的指令，每条指令中都包含操作码和操作数。MCS-51单片机指令有无操作数、单操
13、作数、双操作数三种情况。其中51单片机同其他单片机反应相比灵敏度高、控制及时、体积小汇编语言简明等优点5.2 系统程序流图 本装置的软件包括复位应答子程序、写入子程序、读出温度子程序、主程序、以及有关DS18B20的程序。5.3 系统主程序 系统开始，初始化DS18B20温度控制软件，通过该软件来设置锅炉内温度的最高值和最低值，此设置用来维持锅炉内正常温度的区域值，保障安全、高效率的运行。通过温度检测装置检测当前温度值，判断当前的温度为多少，如果超过设定温度的上限的话，高温预警红灯将会闪烁提示，此时需要立刻启动降温设备，在降温的过程中，及时观察炉内温度的变化，反应到当前温度，然后在比较设定的温
14、度，完成了一个及时反馈的过程。同样，当检测温度较低，低于设定温度的时候，低温报警绿灯将会闪烁提示，立刻启动升温装置，将完成一个同样的操作，以维持炉内的温度。通过这两个温度的反馈，做到了随时的温度检测和校准，保持了炉内高效率安全的运行，下图就是温度控制的主流程图：图5-3 系统主程序图 5.4 读出温度子程序 图5-4 读出温度子程序图DS18B20温度检测器，对程序的顺序和指令的要求是非常严格的，如上图所示，为基本内部运行状态，首先对DS18B20初始程序进行复位，然后总线控制器不需要提供64位ROM编码就可以直接获取存储器操作命令，这样在单点总线的情况下可以大大的节约时间，读取DS18B20
15、暂存器温度，将其写入数据，可以在任何时候发出复位命令来终止读取，随即读取寄存器里面的内容，按字节顺序读取，如果不想读取所有字节，控制器可以发出命令来进行终止，这样就完成了一个周期的操作。5.5复位、应答子程序图5-5 复位、应答子程序图如上图所示，该流程图为复位、应答的子程序，该过程是由单片机的引脚P1.0完成，程序开始，P1.0引脚口清零，进行延时处理，537微秒过后,P1.0口置1，然后进行与或非的判断，50微秒是否具有低电平，进行判断，如果有的话，标志位置1，继续进行判断，是否234微秒后具有低电平，如果没有的话，直接终止，无需判断是否234微秒后具有低电平，如果234微秒后具有低电平，
16、P1.0口置1，然后程序进行终止。 5.6 写入子程序 如下图所示，为子程序基本运行状态:图5-6 写入子程序图 上图所示的程序框图就是单片机的基本运行状态，开始的时候，进位C清0， P1.0口清0，进行初步延时12微秒，带进位右移，然后再进行一般延迟46微秒，使P1.0口置0，然后判断R2是否为0，如果是，将会回到开始，重新进行程序，如果不是，将直接终止程序。5.7系统调试系统设置完毕后需要进行调试，通过DS18B20温度检测器设定上下限温度，然后进行加热，将设定的温度同实际所测得的温度进行比较，通过DS18B20温度检测器连接报警装置对锅炉内温度进行实时报警。如果遇到温度异常不能实时报警，
17、对锅炉进行软件硬件初步排查，检查单片机内部程序是否正常运行，检查设备机器是否完好，对系统进行调试。结束语随着时代不断的进步和发展，自动化技术越来越完善，越来越方便。本文的发电厂锅炉燃烧的控制摒弃了传统的控制方式，采用先进传感器DS18B20温度传感器进行测温，具有时刻性和安全性，便捷的操作让使用使锅炉燃烧的技术的快速的发展。本次设计是采用单片机进行设计，先通过锅炉燃烧的工作原理和一些基本的流程，对研究对象有个初步大概的了解，然后对对象提出问题，就是本文中温度控制方面的问题，然后对所提出问题的方面进行设计，因为该设计是单片机设计的，所以需要运用一些基本常规的单片机知识，在单片机软件上进行编程和操
18、作，然后对本次设计进行调试，完成设计。附 录系统总程序代码： ORG 0000HTEMPER_L EQU 29HTEMPER_H EQU 28HFLAG1 EQU 38H ;是否检测到DS18B20标志位A_BIT EQU 20H ;数码管个位数存放内存位置B_BIT EQU 21H ;数码管十位数存放内存位置XS EQU 30HMOV A, #00HMOV P2, AMAIN: LCALL GET_TEMPER ;调用读温度子程序 MOV A, 29HMOV B, A CLR C RLC A SWAP A MOV 31H, A MOV A, B MOV C, 40H RRC A MOV C,
19、 41HMOV C, 42HRRC A MOV C, 43H MOV 29H, A LCALL DISPLAY ;调用数码管显示子程序 AJMP MAIN ; 这是DS18B20复位初始化子程序 INIT_1820: SETB P1.0 NOP CLR P1.0 MOV R1, #3 TSR1: MOV R0, #107 DJNZ R0, $ DJNZ R1, TSR1 SETB P1.0 MOV R0, #25H TSR2: JNB P1.0, TSR3 ;等待DS18B20回应 DJNZ R0, TSR2 LJMP TSR4 ; 延时 TSR3: SETB FLAG1 LJMP TSR5
20、TSR4: CLR FLAG1 LJMP TSR7 TSR5: MOV R0, #117 TSR6: DJNZ R0, TSR6 ; 时序要求延时一段时间 TSR7: RET ; 读出转换后的温度值 GET_TEMPER:LCALL INIT_1820 ;先复位DS18B20JB FLAG1,TSS2RET ; 判断DS1820是否存在?若DS18B20不存在则返回TSS2: MOV A, #0CCH ; 跳过ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A, #44H ; 发出温度转换命令 LCALL WRITE_1820 转换结束,12位的话750微秒LCALL DISPLAY准备读温
21、度前先复位MOV A, #0CCH ;LCALL WRITE_1820MOV A, #0BEH ; 发出读温度命令LCALL READ_18200 ;将读出的温度数据保存到35H/36H 写DS18B20的子程序（有具体的时序要求）WRITE_1820: MOV R2, #8 CLR CWR1: CLR P1.0MOV R3, #6DJNZ R3, $MOV P1.0, CMOV R3, #23SETB P1.0NOPDJNZ R2, WR1RET ; 读DS18B20的程序,从DS18B20中读出两个字节的温度数据 READ_18200:MOV R4,#2 ; 将温度高位和低位从DS18B2
22、0中读出MOV R1,#29H RE00:MOV R2,#8 ;数据一共有8位RE01:CLR P1.0MOV R3, #9RE10: DJNZ R3, RE10MOV C, P1.0RE20: DJNZ R3, RE20DJNZ R2, RE01MOV R1, ADEC R1DJNZ R4, RE00RETDISPLAY: CLR CSUBB A, #30JNB CY, T1MOV A, BCLR CSUBB A, #25JNB CY, XIANSHICLR P1.1LJMP XIANSHIT1: CLR P1.2XIANSHI:MOV B,#10 ;10进制/10=10进制DIV ABMO
23、V B_BIT,A ;十位在AMOV A_BIT,B ;个位在BMOV R0,#4 DPL1: MOV R1,#250 ;显示1000次DPLOP:MOV DPTR,#NUMTAB1MOV A,A_BIT ;取个位数MOVC A,A+DPTR ;查个位数的7段代码MOV P0,A ;送出个位的7段代码CLR P2.1 ;开个位显示ACALL D1MS ;显示1MSSETB P2.1MOV DPTR,#NUMTABMOV A,B_BIT ;取十位数MOVC A,A+DPTR ;查十位数的7段代码送出十位的7段代码CLR P2.2 ;开十位显示 SETB P2.2MOV A,31HMOV B,#160MOV XS,BXSW:MOV A,XS MOVC A,A+DPTRMOV P0,A CLR P2.0 ACALL D1MS SETB P2.0DJNZ R1,DPLOP DJNZ R0,DPL1 RET D1MS: MOV R7,#80 DJNZ R7,$ NUMTAB:DB 3FH，06H
