【正文】 當(dāng)保持熱電偶自由端溫度 T0 不變時(shí)， 只要用儀表測(cè)出總熱電勢(shì)，就可以求得工作端溫度 T。 本次設(shè)計(jì)采 用的是常用的是熱電偶傳感器，下面將對(duì)傳感器熱電偶作簡要說明。由于傳感器技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各種各樣傳感器應(yīng)運(yùn)而生，所以大多數(shù)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只需要從先有傳感器器產(chǎn)品中正確地選用而不必自己另行研制傳感器。 雙緩沖方式 ：主要在以下兩種情況下需要用雙緩沖方式的 D/A 轉(zhuǎn)換。 VREF端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 當(dāng) ILE 為高電平，片選信號(hào) /CS 和寫信號(hào) /WR1 為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號(hào)為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。但是，在單片機(jī)的產(chǎn)品中，往往需要電壓信號(hào)輸出，為此，將 電流輸出再通過運(yùn)算放大器μ A741，即可得到轉(zhuǎn)換電壓輸出了。 D/A 轉(zhuǎn)換器根據(jù)電阻網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為權(quán)電阻譯碼 D/A 轉(zhuǎn)換器、 T 型網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器以及 T 型 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 26 權(quán)電阻 譯碼 D/A 轉(zhuǎn)換器等。 EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。本信號(hào)有時(shí)簡寫為 ST. D7～ D0—— 數(shù)據(jù)輸出線。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、 B、 C 3 個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。它可以通過 D/A 轉(zhuǎn)換器通過軟件控制完成，也可以由硬件完成。 所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個(gè)位 (掃描 )，對(duì)于顯示器的每一位來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。 使用 LED 顯示器時(shí)，為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為 LED 顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是通過個(gè)段的亮與滅來為顯示不同字型的，因此稱之為段碼。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮。其方法 8279D 0D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 15 . 1 K * 4+ 5 V長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 23 是：給所有 I/O 口線內(nèi)置低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入累加器 A 中，如有鍵 按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為 1。本系統(tǒng)中，采用 4 4 鍵盤。前者確定了地址線的位數(shù)是 12位（ A0～A11），后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是 8 位（ O0～ O7） ，目前除了串行存儲(chǔ)器之外，一般情況下我們使用的都是 8 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）。而 74LS273 用于開關(guān)量輸出，即報(bào)警鎖存。 外部存儲(chǔ)器使用與程序存儲(chǔ)器不同的信號(hào)，故而它們的地址可重疊。 I/O 口中， P0 口可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 門電路， P P P3 口只能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 門電路。 鍋爐控制系統(tǒng)的過程控制機(jī) 本系統(tǒng)采用專用設(shè)計(jì)方式。 圖 26 采用積分分離法框圖 輸出控制計(jì)算微分項(xiàng)根據(jù)增量 PID 算法計(jì)算比例及積分項(xiàng)計(jì)算誤差Ei eYN入口出口abw0ty長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 16 三、有效偏差法 當(dāng) 控制量 u 超出范圍時(shí)，控制量實(shí)際上只能取邊界值，即 uu max? 或 uu min? (式 33) 有效偏差法是將相應(yīng)于實(shí)際輸出的控制變量的誤差值計(jì)入積分項(xiàng)，而不是將實(shí)際測(cè)得的誤差值計(jì)入積分項(xiàng)。如果已超出，那么將根據(jù)偏差的符號(hào)，判斷系統(tǒng)輸出是否在超調(diào)區(qū)域，由此決定是否應(yīng)將相應(yīng)偏差計(jì)入積分區(qū)，如圖 23 所示： 圖 23 遇限制消弱積分法克服積分飽和 e 0e 00Umaxttyw0長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 14 圖 24 采用遇限制積分削弱法 PID 算法框圖 二、積分分離法 減小積分飽合的關(guān)鍵在于不能使積分項(xiàng)過大，上面的修正方法是一開始就積分，在進(jìn)入限制范圍內(nèi)即停止積累。 （ 4）控制效果好 計(jì)算機(jī)控制是高效的，對(duì)于時(shí)間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，是近似于連續(xù)變化的。 以上三種調(diào)節(jié)器組合起來，組成比例 +積分 +微 分作用的調(diào)節(jié)器，稱 PID 調(diào)節(jié)器。一旦被調(diào)量偏差不存在，調(diào)節(jié)器輸出也就為零。采用 RS232 接口，通信速率為 1200b/S、 2400b/S、 4800b/s 和 9600b/s 等四種波特率，由用戶通過鍵盤自行按需要選擇。主要調(diào)節(jié)量有：負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減水量、送風(fēng)等。 實(shí) 時(shí) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 主 要 特 點(diǎn) 體 現(xiàn) 為 層 次 性 (Hierarchical) 和 重 復(fù) 性( Iterative)，前者表示系統(tǒng)開發(fā)過程依據(jù)一定的層次規(guī)程，后者表示系統(tǒng)開發(fā)中不斷反復(fù)考慮用戶需求。 多數(shù)工業(yè)鍋爐用戶維護(hù)計(jì)算機(jī)的技術(shù)力量都比較薄弱，設(shè)計(jì)硬件時(shí)應(yīng)盡可能簡化硬件系統(tǒng)。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。所用元器件最少，硬件、軟件資源都能得到充分利用。 功能模塊板控制方案 標(biāo)準(zhǔn)功能模板具有一定功能和尺寸。這種方案投資大，但收效也大，通常用于大型化工廠、煉油廠、化肥廠、鋼鐵廠等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示： 圖 21 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的控制方案 微機(jī)控制方案 現(xiàn)成的微型計(jì)算機(jī)包括工業(yè)控制機(jī)、集散系統(tǒng)、可編程控制器和普通微型計(jì)算機(jī)。 微機(jī)鍋爐控制技術(shù)具有良好實(shí)用前景，既可節(jié)能又可提高鍋爐的運(yùn)行管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國內(nèi)只有幾百臺(tái)鍋爐采用微機(jī)控制，占總數(shù)的很小一部分，所以推廣應(yīng)用該技術(shù)就顯得十分繁重 [3]。控制系統(tǒng)包括手動(dòng)和自動(dòng)操作部分，手動(dòng)控制時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制變頻器、滑差電機(jī)及閥等，自動(dòng)控制時(shí)對(duì)微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。從而使鍋爐能正常運(yùn)行。煙氣流經(jīng)過過熱氣后掠過脹接在上、下鍋筒間的對(duì)流管束，在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“ S”型形成曲折地橫向沖刷，再次以對(duì)流換熱的方式將熱量傳遞給管束的工質(zhì)。以及在鍋筒本身空間的重力分離力作用，是汽水混 合物得到分離。 燃料的燃燒過程 首先將燃料（這里用石油）加到油箱中，利用油泵將燃料油送入爐內(nèi)。 燃燒設(shè)備：將燃料和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，充分燃燒。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因而管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng)，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。而建立解耦模型和算法通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)比較方便。 4．減少了顯示儀表，還可利用軟件來代替許多復(fù)雜的儀表單元，（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報(bào)警器等），從而減少了投資也減少了故障率。而在其它工業(yè)中，常用的還是燃煤鍋爐。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學(xué)院 關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。雖然燃燒的應(yīng)用場(chǎng)合和燃料可能不同，但燃燒過程的控制都不外是燃燒控制、溫度控制、燃燒程度控制 、安全性控制、節(jié)能控制等。過程控制覆蓋了很多工業(yè)部門，例如石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織等部門，在國民經(jīng)濟(jì)中所占有的地位極其重要。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。為了確保安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得特別重要了 。給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤。 7． 鍋爐是一個(gè)多輸入多數(shù)出、非線性動(dòng)態(tài)對(duì)象，諸多調(diào)解量和被調(diào)量間存在著耦合通道。它通過煤、油或天然汽等燃料的燃燒過程釋放出化學(xué)能，并通過傳熱過程把能量傳遞給水，把水變成蒸汽或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)、生活等生產(chǎn)中所需要的熱能。） 水冷壁：主要是輻射受熱面，保護(hù)爐壁的作用。 給水設(shè)備：由水 泵和給水管組成。鍋爐工作時(shí)氣鍋的工作介 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 質(zhì)是處于飽和狀態(tài)的汽，水混合物。高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱，將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。 （ 3）保持鍋爐負(fù)壓恒定。通過這種方式使鍋爐的熱能得到節(jié)約。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、水位等參數(shù)的檢測(cè)。工控機(jī)大多采用模板式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際 要求選擇產(chǎn)品的功能和模塊，這是一般中小型控制系統(tǒng)的首選方案。 （ 4）選用普通微型計(jì)算機(jī)。用戶對(duì)軟件開發(fā)的工作量大，模板與硬件資源得不到充分發(fā)揮。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 系統(tǒng)的相關(guān)配置 本系統(tǒng)采用專用設(shè)計(jì)方式。 二、設(shè)計(jì)要點(diǎn) 根據(jù)工業(yè)鍋爐現(xiàn)有的運(yùn)行條件和微計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)其微計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，要著重考慮如下幾個(gè)方面： 在生產(chǎn)企業(yè)中，工業(yè)鍋爐通常是現(xiàn)代化連續(xù)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一。 必須具有較高的性能價(jià)格比，這樣才能有維護(hù)應(yīng)用的價(jià)值。系統(tǒng)集成測(cè)試。主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)有：汽包水位，燃燒和爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)簡單，易于參數(shù)調(diào)整。 它的缺點(diǎn)是動(dòng)作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)準(zhǔn)確度的同時(shí)，往往使調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞，過渡過程時(shí)間延長，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 （ 2）易被人們熟悉和掌握 生產(chǎn)技術(shù)人員及操作人員都比較熟悉它并在實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，特別是一些工作時(shí)間較長的工程技術(shù)人員。為了克服積分飽和，有以下幾種改進(jìn)的 PID 控制算法，下面分析介紹。積分分離法框圖如圖 26 所示。 （式 34） 圖 27 有效偏差的算法程序框圖 TTdTiTeiTTiejTiTkp ijxx ue//11*//)(*/1 10?????? ???按增量式計(jì)算 Uu = uz* ei累計(jì) ei 積分項(xiàng) ， 給出控制變量U = UmaxU = UminU Umax ?U Umin ?入口出口NYNY長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 17 第 3 章 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 鍋爐控制系統(tǒng)的目的 實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐汽包水位，蒸汽壓力，風(fēng)／油比值，煙氣含氧量和爐膛壓力的控制。其引腳功能可分為三部分： （ 1） I/O 口線： P0、 P P P3 共 4 個(gè) 8 位口。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，一般擴(kuò)展容易大于 256 字。 或 movx ＠ DPTR,A ； movx A ＠ DPT。 在應(yīng)用系統(tǒng)中，擴(kuò)展的 I/O 口采用與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相同的尋址方法。當(dāng)我們把它作為程序存儲(chǔ)器使用時(shí)， 不必關(guān)心其編程電壓。用同樣的方法檢查 Y1這一列上有無鍵閉合，以此類推，最后使列線 Y3 為低電平，其余的列線為高電平，檢查 Y3 這一列上是否 有健閉合。當(dāng)某一鍵按下時(shí)，鍵盤掃描程序執(zhí)行到該列置 0 電平，讀出各行狀態(tài)為非全 1，這時(shí)的行列數(shù)據(jù)組合成鍵值。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可由 I/O 接口芯片的輸出口直接驅(qū)動(dòng)。 A/D 通道 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換）是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要接口之一。 ADC0809 有 8個(gè)通道的模擬量輸入，在程序控制下，可令任意通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換并可得到相應(yīng)的 8位二進(jìn)制數(shù)字量。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 CLK —— 時(shí)鐘信號(hào)。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 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。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。 (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)。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)。 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)。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)。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)。通常要求 T0 保持為 0176。 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