鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計

鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計資料僅供參考文件編號：2022年4月鍋爐壓力控制系統(tǒng)設計版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發(fā)布日期：產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，用微機進行控制是一件具有深遠意義的工作。本系統(tǒng)是基于單片機的鍋爐壓力控制，在設計中主要有壓力檢測、按鍵控制、循環(huán)控制、壓力控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)壓力控制。主要用壓力傳感器檢測鍋爐壓力，用三位顯示器來完成顯示部分，用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)部壓力。并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號送入單片機中。把這些信號與單片機中內(nèi)部設定的值相比，以判斷單片機是否需要進行相應的操作，即是否需要打開鼓風機，從而實現(xiàn)單片機自動控制的目的。系統(tǒng)的基本原理控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示，設給定值為,廣義被控對象的傳遞函數(shù)為單片機單片機D/A執(zhí)行機構被控對象反饋環(huán)節(jié)A/D廣義被控對象給定值圖1控制系統(tǒng)原理圖PID控制PID控制是自動控制中最基本的控制方式，其實質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關系進行運算，運算結果用于控制輸出。在實際應用中，根據(jù)被控對象的特性和控制要求，可以靈活地改變PID的結構，常用的結構有：比例（P）調(diào)節(jié)、比例積分（PI）調(diào)節(jié)、比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)。為了提高控制性能，可以對PID算法進行改進，比如積分分離PID算法、不完全微分PID算法、變速積分PID算法等。這里采用的是臨界比例度法，臨界比例度法適用于已知對象傳遞函數(shù)的場合。在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過渡過程。得到相應的比例度和振蕩周期，根據(jù)經(jīng)驗公式得到PID整定下的系數(shù)，得到單位階躍響應曲線。2硬件電路和控制算法（PID控制器）仿真設計輸入、輸出通道擴展D/A轉(zhuǎn)換輸出電路數(shù)字量輸出通道的主要任務是把計算機輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應的執(zhí)行機構，達到控制的目的。這個任務主要由D/A轉(zhuǎn)換器來完成的。圖2所示為DAC0832與80C51單片機的雙緩沖方式接口電路。由于DAC0832內(nèi)部有鎖存器，所以不需其他接口芯片，便可與80C51數(shù)據(jù)總線相連，亦不需保持器，只要沒有新的數(shù)據(jù)輸入，它將保持原來的輸出值。為了得到雙緩沖控制形式，用控制/CS，用控制/XFER，/WR同事控制/WR1和/WR2，輸出鎖存允許接高電平。可以看出數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分2步完成的。該接口電路采用單極性輸出方式。圖2D/A轉(zhuǎn)換輸出電路A/D轉(zhuǎn)換輸入電路模擬量輸入通道的任務是把被控對象的過程參數(shù)壓力模擬量信號轉(zhuǎn)換成計算機可以接收的數(shù)字量信號。A/D轉(zhuǎn)換器的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，是模擬量輸入通道必不可少的器件。中斷方式是單片機啟動A/D轉(zhuǎn)換后即可轉(zhuǎn)而處理其它的程序，則由A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出一轉(zhuǎn)換結束信號向單片機申請中斷，單片機響應中斷后，便讀入數(shù)據(jù)。其工作效率高。在多回路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中一般采用中斷方式。圖3采用的是中斷方式硬件接口，需要將EOC引腳與單片機的外部中斷引腳連接。由于ADC0809正在轉(zhuǎn)換時EOC=0,轉(zhuǎn)換結束時EOC=1，而如果設單片機的外部中斷0為下降沿觸發(fā)，則EOC需要進過反相器后連接/INT0。圖中采用和/WR啟動A/D轉(zhuǎn)換器，在單片機的振蕩頻率不太高的情況下，若ALE引腳的輸出頻率范圍滿足ADC0809的要求，可以直接作為ADC0809的時鐘輸入。圖3A/D轉(zhuǎn)換輸入電路報警電路圖4報警電路如圖4，包括閃光報警和鳴音報警。閃光報警最簡單也是最常用的一種報警方式，發(fā)光二極管反相連接，其正端接+5V，負端通過限流電阻與I/O口線相連。正常工作時綠燈亮出現(xiàn)異常時紅燈亮。鳴音報警采用的單頻音報警，接口電路簡單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，當蜂鳴器2引腳上加3-15V直流工作電壓就能產(chǎn)生3KHZ左右的蜂鳴振蕩音響。這里接的是0831單片機的外部中斷T1口，當發(fā)生故障時中斷且蜂鳴器響。人機交互（鍵盤、顯示）鍵盤電路獨立式鍵盤接收各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。圖5為查詢方式的獨立式按鍵工作電路，按鍵直接與8031的I/O口線相連，通過讀I/O口，判定各I/O口線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。圖5鍵盤電路顯示電路由于需要顯示的內(nèi)容只是數(shù)碼和某些字符，所以使用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器）。這種顯示器成本低廉，配置靈活，與微機連接方便。這里用4個8段碼顯示器，4個非門。具體連接圖如圖6所示：圖6顯示電路控制算法（PID控制器）及仿真設計臨界比例度法適用于已知對象傳遞函數(shù)的場合。在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過渡過程。此時的比例度稱為臨界比例度Kp，相鄰2個波峰見的時間間隔稱為臨界振蕩周期Tk。采用臨界比例度法時，系統(tǒng)產(chǎn)生臨界振蕩的條件是系統(tǒng)是3階或3階以上。斷開系統(tǒng)微分器的輸出連線和積分的輸出連線，Kp值從小到大進行試驗，觀察示波器的輸出，直到輸出等幅振蕩曲線為止，記下此時的比例度Kp=30，臨界振蕩周期Tk=。具體如圖8:根據(jù)表1選擇比例度Kp，積分時間Ti,微分時間t對系統(tǒng)進行PID控制整定。得到單位階躍響應曲線如圖10：控制器類型比例度積分時間常數(shù)微分時間PIDKp/表1臨界比例度法整定控制器參數(shù)表需要進行微調(diào)這里取比例度，積分時間常數(shù)，微分時間。圖7等幅simulink模型圖圖8等幅振蕩圖圖9PID系統(tǒng)的simulink模型圖圖10單位階躍響應3系統(tǒng)流程圖開開始Y系統(tǒng)初始化鍵盤輸入給定壓力值信號檢測送LED顯示在給定值范圍以內(nèi)Y系統(tǒng)初始化鍵盤輸入給定壓力值信號檢測送LED顯示在給定值范圍以內(nèi)NN低于下限低于下限開鼓風機加壓Y開鼓風機加壓N高于上限高于上限Y關閉鼓風機減壓關閉鼓風機減壓N報警報警系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出結束結束圖9鍋爐壓力控制系統(tǒng)流程圖4實習總結經(jīng)過三周的實習，我對鍋爐壓力控制系統(tǒng)有了很大的了解。主要運用了微機原理、單片機原理及應用、DSP原理及應用、計算機控制技術、控制理論與系統(tǒng)的等理論知識，掌握控制系統(tǒng)的設計方法與步驟，了解控制系統(tǒng)構造的特點、組成和接口電路，本系統(tǒng)是基于單片機的鍋爐壓力控制，在設計中主要有壓力檢測、按鍵控制、循環(huán)控制、壓力控制、顯示部分、故障報警等幾部分組成來實現(xiàn)壓力控制。主要用壓力傳感器檢測鍋爐壓力，用三位顯示器來完成顯示部分，用壓力傳感器檢測鍋爐內(nèi)部壓力。并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換把這些信號送入單片機中。把這些信號與單片機中內(nèi)部設定的值相比，以判斷單片機是否需要進行相應的操作，即是否需要打開鼓風機，從而實現(xiàn)單片機自動控制的目的。本設計用單片機控制易于實現(xiàn)鍋爐壓力控制、而且有造價低、程序易于調(diào)試、一部分出現(xiàn)故障不會影響其他部分的工作、維修方便、等優(yōu)點。本系統(tǒng)通過給定值給單片機，然后進行信號檢測通過D/A轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量給執(zhí)行機構進行PID整定，這里采用的是臨界比例度整定方法將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩的過渡過程。得到相應的比例度和振蕩周期，根據(jù)經(jīng)驗公式得到PID整定下的系數(shù)，得到單位階躍響應曲線。在壓力控制時，看是否在給定范圍內(nèi)，若在繼續(xù)測量，若低于下限壓力值，打開鼓風機加壓一段時間看是否在給定值范圍以內(nèi)；若高于上限壓力值，關閉鼓風機一段時間看是否在給定值范圍以內(nèi)。參考文獻資料[1]范立南，李雪飛.計算機控制技術.北京：機械工業(yè)出版社.2009[2]陳夕松，汪木蘭.過程控制系統(tǒng).北京：科學出版社,2005[3]潘新民.微型計算機與傳感器技術.北京：人民郵電出版社,1996[4]劉玉強，劉曉為等.高溫擴散爐恒溫區(qū)溫度的自動控制.哈爾濱工業(yè)大學學報,1999[5]黃勝軍.微機控制應用實驗與實例.第一版.北京：清華大學出版社,1999[6]曹天汗.單片機原理與接口技術.第一版.北京:電子工業(yè)出版社,2003[7]胡漢才.單片機原理及其接口技術.第二版.北京:清華大學出版社,2003[8]楊光友，朱宏輝.單片微型計算機原理及接口技術.第一版.北京:中國水利水電出版社,2002[9]陳偉人.MCS-51系列單片機實用子程序集錦.第一版.北京:清華大學出版社,1999[10]張俊漠.單片機