【正文】 油量與送風(fēng)量，同時(shí)保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用 [4]?？梢愿鶕?jù)要求靈活運(yùn)用。這主要針對(duì)大型的控制系統(tǒng)，多套設(shè)備、復(fù)雜過程，需要采用多級(jí)分布式控制的場(chǎng)合。工作可靠性高，使用梯形圖語言，編程容易、應(yīng)用靈活。這類機(jī)器軟件豐富，但他們難以在惡劣的工作環(huán)境中連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。用戶不必進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。這種方案的好處是針對(duì)性強(qiáng)、靈活方便。這種方案以各種 CPU 或單片機(jī)為核心，構(gòu)成系統(tǒng)，特別適用于智能儀器儀表及小型控制系統(tǒng)。它的配置包括 CPU，采用單片機(jī) MC51 系列的 8031 芯片。但是這個(gè)定義并不充分，它僅描述了其主要特征，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)計(jì)算和控制的反應(yīng)時(shí)間必須嚴(yán)格限制在被控對(duì)象允許的范圍(有效采集控制時(shí)間 )內(nèi)，在此時(shí)間內(nèi)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生有效的變化，系統(tǒng)必須對(duì)這些變化做出及時(shí)的響應(yīng)，以保證系統(tǒng)能有效的避免干擾，這就涉及到了系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化的速度和響應(yīng)速度之間的關(guān)系，只有系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間在有效范圍之內(nèi)才能稱為實(shí)時(shí)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須建立在具有快速處理能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。因此，在設(shè)計(jì)和實(shí)施中都應(yīng)該把可靠性擺在第一位。所以微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用和操 作方法要越簡(jiǎn)單越好。然而對(duì)于復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，其難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)規(guī)范的建立，系統(tǒng)規(guī)范的設(shè)計(jì)工作量在系統(tǒng)的整個(gè)項(xiàng)目的 開發(fā)設(shè)計(jì)中占很大比重，因此簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法往往難以滿足要求，需采用規(guī)范的實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 (如模塊化設(shè)計(jì)方法 )，根據(jù)用戶需求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的綜合描述，建立詳細(xì)的系統(tǒng)用戶需求模型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型及系統(tǒng)規(guī)范文件，然后再去具體的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì) :系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 。 鍋爐是一個(gè)較復(fù)雜的調(diào)節(jié)對(duì)象，為保證提供 合格的蒸汽適應(yīng)負(fù)荷的變化，生產(chǎn)過程主要參數(shù)必須嚴(yán)格控制。例如，蒸汽負(fù)荷變化，必然會(huì)引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度的變化；燃料量的變化，不僅影響蒸汽壓力，還會(huì)影響汽包水位，過熱蒸汽溫度、空氣量和爐膛負(fù)壓等。為了便于與上級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成兩級(jí)控制系統(tǒng)，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中還加入了通信功能。 P I D控 制 器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控過程參 數(shù) 檢 測(cè) 與 變 送 eW給 定 值++Y 圖 22 PID 控制結(jié)構(gòu)空?qǐng)D 一、 PID 調(diào)節(jié)器 按照偏差的比例，積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，叫 PID 調(diào)節(jié)器。但它有一個(gè)不可避免的缺點(diǎn)，即存在靜態(tài)誤差。偏差消除以后，輸出將停留在新的位置上，而不回復(fù)原位。 缺點(diǎn)是它對(duì)靜態(tài)偏差毫無抑制作用。 PID 調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)為： （ 1）技術(shù)成熟 PID 調(diào)節(jié)器是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟，且應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。應(yīng)用直接數(shù)學(xué)控制方法比較困難甚至根本不可能，所以必須用 PID 算法。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 PID 控制理論擴(kuò)展 在實(shí)際控制系統(tǒng)中，控制變量實(shí)際輸出值往往受到執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的約束（如放大器的飽和），而被限制在有限的范圍內(nèi)，即： yy y m axm in ?? (式 31) 其變化也限制在一定范圍內(nèi)，即： yy?|| max (式 32) 如果計(jì)算機(jī)輸出的控制變量 n 在上述范圍內(nèi)，那么 PID 控制可以達(dá)到預(yù)期的效果。具體說，在算 Ui 時(shí)，特別注意上一時(shí)刻的控制量 yi1是否超出限制。當(dāng)誤差的絕對(duì)值小于預(yù)定的門限值時(shí)，才進(jìn)行積累。只有在門限范圍內(nèi)，積分才會(huì)起作用，以消除系統(tǒng)誤差。在 PID 位置算法中，除了對(duì)控制量的限制外，對(duì) 控制量變化率的限制也會(huì)引起飽和，可用類似的方法加以消除。保證 了生產(chǎn)的安全，達(dá)到降低油耗，提高自動(dòng)化水平的目的。外部擴(kuò)展 ROM 為 2732，外部 RAM 采用芯片 6116， D/A 轉(zhuǎn)換采用 DACO832， A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0809。 （ 3）電源及時(shí)鐘： VCC、 VSS、 XTAL XTAL2 其應(yīng)用特性如下： I/O 口線不能都用作用戶 I/O 口線，除 805 8751 外，其它可以完全為用戶使用的只有 P1，以及作為多功能使用的 P3 口。程序存儲(chǔ)器的指令，讀取控制是由 PSEN 控制，讀取數(shù)據(jù)用 MOVC 查表指令。當(dāng) EPROM 為 IK 字節(jié)時(shí)，地址線為 11 根（ 2k＝ 211）， 4k 字節(jié)時(shí)需 12 根（ 4k=212）以此類推。 它的外部數(shù)據(jù)操作簡(jiǎn)單。 74LS373 用于鎖存 RAM 和 EPROM 的低 8 位地址線。只有對(duì)于片內(nèi)有 ROM 和 EPROM 的單片機(jī) 8051 和 8751，在不使用外部擴(kuò)展時(shí)，才允許這四個(gè) I/O 口作為用戶 I/O 使用。 4K表示有 4 1024（ 22 210=212）個(gè)存儲(chǔ)單元，8 位表示每個(gè)單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寬度是 8 位。 圖 34 EPROM 2732 管腳及說明 其中 A0～ A11： 地址線 O0～ O7： 數(shù)據(jù)線 CE ： 片選線 OE /VPP： 輸出允許 /編程高壓 除了 12 條地址線和 8條數(shù)據(jù)線之外， CE 為片選線，低電平有效，也就是說，只有當(dāng) CE 為低電平時(shí)， 2732 才被選中，否則， 2732 不工作。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。例如， 6號(hào)鍵按閉合時(shí)，行線 Xl 和列線 Y2 短路，此時(shí) Xl的電 平由 Y2 的電平所決定，如果把行線接到微機(jī)的輸人口，列線接到微機(jī)的輸出口，則在微機(jī)的控制下，使列線 Y0 為低電平 (0)，其余三根列線 Y YY3 都為高電平。 圖 35 行列鍵盤原理電路圖 鍵盤中有無鍵按下是由列線送入掃描字，行線讀入行線狀態(tài)來判斷的。而 且所按鍵是在與 0 電平行線相交的點(diǎn)上的那個(gè)鍵。 LED 示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。同樣，共陽極LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。這種顯示方式每一位都需要有一個(gè) 8位輸出口控制。用靜態(tài)顯示所需的 I/O 太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 24 示。大多數(shù)廣泛使用的 A/D 轉(zhuǎn)換器都是利用把未知的電壓和已知電壓進(jìn)行比較的原理而工作的。但是，它們?cè)诰?、速度和價(jià)格上的差別也很大。 介紹 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 36所示，圖中多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。 通道端口選擇線， A 為低地址， C 為 高地址，引腳圖中為 ADDA， ADDB 和 ADDC。 START 上升沿時(shí)，復(fù)位 ADC0809； START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電 平。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)。 Vcc—— +5V 電源。其輸出有兩種形式：電流輸出和電壓輸出，電壓又分為單極性輸出和雙極性輸出。每個(gè)環(huán)節(jié)有二個(gè)電阻、一個(gè)開關(guān)。 Iout1 與 Iout2 的和是常數(shù)，它們的值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容成線性變化。能完成數(shù)字量輸入到模擬量 (電流 )輸出的轉(zhuǎn)換。從圖 11中可見，在 DAC0832 中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的 允許鎖存信號(hào)為 ILE，第二級(jí)鎖存器稱為 DAC 寄存器，它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào) /XFER。 其余各引腳的功能定義如下： (1)、 DI7～ DI0 ： 8 位的數(shù)據(jù)輸入端， DI7為最高位。 (5)、 VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定 0至 255 的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來的模擬量電壓值的幅度， VREF范圍為 (+10～ 10)V。 (8)、 DGND ：數(shù)字量地。一般的做法是將 2WR 和 XFER都接地，使 DAC 寄存器處于直通方式，另外把 ILE 接高電平， CS 接端口地址譯碼信號(hào)， 1WR接 CPU 的 WR 信號(hào)，這樣就可以通過一條 MOVX 指令，選中該端口，使 CS 和 1WR 有 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 28 效，啟動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換。 在需要同步進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換的多路 DAC 系統(tǒng)中，采用雙緩沖方式，可以在不同的時(shí)刻把要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)打入各 DAC 的輸入寄存器，然后由一個(gè)轉(zhuǎn)換命令同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)DAC 轉(zhuǎn)換。 傳感器的選擇 溫度測(cè)量元件主要是指?jìng)鞲衅?，它是信?hào)輸入通道的第一道環(huán)節(jié)，也是決定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。 我們知道測(cè)量溫度的傳感器就有：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體 PN 結(jié)、IC 溫度傳感器、光纖溫度傳感器等 。因?yàn)? 它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量范圍寬的溫度傳感器， 尤其是在 1000 度左右的高溫范圍內(nèi)更顯其優(yōu)越性，在冶金、鍋爐及熱工儀表領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，目前 仍然是監(jiān)測(cè)溫度的主要傳感器之一。 熱電偶傳感器的接觸電勢(shì) 在熱電偶回路中 ，所產(chǎn)生的熱電勢(shì)除了有溫差電動(dòng)勢(shì)的貢獻(xiàn)外，還有接觸電動(dòng)勢(shì)。 根據(jù)理論可得推倒結(jié)果： ? ? ? ? ? ?00,A B A B A BE T T e T e T?? （式 31） 式中： ? ?ABeT和 ? ?0ABeT— 導(dǎo)體 A、 B的接觸點(diǎn)在溫度 T 和 T0 時(shí)形成的電勢(shì)差； 當(dāng)熱電極 A、 B 選定后，熱電勢(shì) ? ?0,ABE TT 是兩接點(diǎn)溫度 T 和 T0 的函數(shù)差，即 ? ? ? ? ? ?00,ABE T T f T f T?? （式 32） 如果冷端溫度 T0 保持不變，則 ? ?0fT =C（常數(shù)），此時(shí)， ? ?0ABET就成為 T的 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 30 單值函數(shù)，即 ? ? ? ? ? ?0,ABE T T f T C T?? ? ? （式 33） 這個(gè)公式在實(shí)際測(cè)溫中得到廣泛的應(yīng)用。通常要求 T0 保持為 0176。 熱電偶冷端溫度誤差及補(bǔ)償 通常用熱電偶測(cè)量的是一個(gè)熱源溫度，或者兩個(gè)熱源溫度差。由此在兩個(gè)導(dǎo)體間產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，稱為接觸電動(dòng)勢(shì)。 熱電偶傳感器的工作原理 當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體兩端相連，組成一個(gè)閉合回路，如兩個(gè)接頭出有不同的溫度T 和 T0，則回路中便有電流，這種電流稱為溫差電流，這個(gè)環(huán)路便構(gòu)成所謂的溫差電偶或熱電偶，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)，其數(shù)值一般只與兩個(gè)接頭的溫度有關(guān)。所以要選擇測(cè)量范圍和價(jià)格比適合自己設(shè)計(jì)要求的傳感器應(yīng)。要正確選用傳感器，首先要明確所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要什么樣的傳感器，系統(tǒng)對(duì)傳感器的技術(shù)要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可以選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標(biāo)和價(jià)格進(jìn)行對(duì)比，從中挑選合乎要求的性能價(jià)格比最高的傳感器。 隔離器 光電離合器能可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離，并易構(gòu)成各種狀態(tài)。需在程序的控制下，先把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸入輸入緩存器，然后在某個(gè)時(shí)刻再啟動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換。例如在構(gòu)成波形發(fā)生器的場(chǎng)合，就要用到這種方式，即把要產(chǎn)生基本波形的數(shù)據(jù)存在 ROM 中，連續(xù)取出送到 DAC 去轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 (6)、 Vcc ：芯片供電電壓，范圍為 (+5～ 15)V。 (3)、 IOUT2 ：模擬電流輸出端 2， IOUT2與 IOUT1的和為一個(gè)常數(shù)，即 IOUT1＋ IOUT2＝常數(shù)。此后，當(dāng) /WR1 由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)成為低電平，此時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù) DB 的變化而變化。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1μ s，滿量程誤差為177。如圖 37所示。 2. D/A 轉(zhuǎn)換器選擇 選用 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器 0832， 0832 由 8 位數(shù)據(jù)輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器和 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器三部分組成。本次設(shè)計(jì)我所采用的 D/A 通道為最常用的 R2RT 型網(wǎng)絡(luò)。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。 CLK —— 時(shí)鐘信號(hào)。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片 機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 圖 36 ADC0809 引腳圖 ADC 0809IN 1IN 3IN 4IN 5IN 6IN 7STARTE 0 CD 30 ECLOCKVccVref (+)GNDD 1IN 2IN 0ADDAADDBADDCALED 7D 6D 5D 4D 0Vref ( )D 2長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 25 ADC0809 芯片