【正文】 .............33 Upper machine munication with AT89C51 .............................................34Chapter 4 Software design .....................................................................................36 Program design ...............................................................................................36 The system main program flow chart ......................................................36 The initial system, antifuzzy process .....................................................37 A/D conversion detection subroutine ......................................................38 Increment type PID control calculate way ..............................................42 D/A conversion control subroutine .........................................................46 Alarm subroutine flow chart ....................................................................46Chapter 5 the PID parameter setting and the simulation ...................................48 The PID controller parameter setting .............................................................48 System simulation analysis..............................................................................51Introduction .............................................................................................................54Acknowledgements .................................................................................................55VReferences ................................................................................................................56Appendix 1 ...............................................................................................................................58Appendix 2 ............................................................................................................................59 1第 1 章 緒論隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)化水平的不斷提高，在各種應(yīng)用領(lǐng)用中都大量采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。同時(shí)各個(gè)鍋爐廠家對(duì)余熱鍋爐的開發(fā)力度和深度也逐漸加大，不斷開發(fā)出高性能的產(chǎn)品來占領(lǐng)和擴(kuò)大市場(chǎng)份額。其中，汽包水位就是影響鍋爐安全運(yùn)行的一個(gè)很重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接地體現(xiàn)了鍋爐負(fù)荷和給水之間的平衡關(guān)系。隨著電子產(chǎn)品的降價(jià)及自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝控制連續(xù)穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)的凸現(xiàn)，越來越多的企業(yè)準(zhǔn)備將自己的核心生產(chǎn)線改成全自動(dòng)化生產(chǎn)線或者對(duì)個(gè)別關(guān)鍵工藝參數(shù)采用自動(dòng)控制。因此，掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制技術(shù)，是開發(fā)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用到的一個(gè)很重要的課題。汽包水位過高，汽包空間縮小，會(huì)引起蒸汽中的水分增加，蒸汽品質(zhì)惡化；容易造成過熱器管內(nèi)積鹽垢，管子過熱損壞；汽包嚴(yán)重滿水時(shí)，會(huì)造成蒸汽大量帶水，引起蒸汽管道和汽輪機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的水沖擊，甚至打壞汽輪機(jī)葉片。余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)以汽包水位 作為被控量，以給水調(diào)節(jié)閥作h為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來改變給水量，以達(dá)到保持汽包水位在允許范圍內(nèi)的目的。燃料量對(duì)水位的影響有較大的容量滯后性和傳輸滯后性，變v化相當(dāng)緩慢，可忽略不計(jì)；蒸汽負(fù)荷變化往往引起汽包壓力的變化，所以壓力變化可歸類到蒸汽負(fù)荷中去，因此壓力變化對(duì)汽包水位的影響可忽略不計(jì)。當(dāng)水位下汽包容積的變化過稱逐漸平衡時(shí)，水位則因汽包中儲(chǔ)水量的增加而上升。而實(shí)際顯示的水位響應(yīng)曲線 H 為 H1 和 H2 的疊加，即 H=H1+H2 。隨著控制理論、控制技術(shù)和現(xiàn)代控制方法的發(fā)展，鍋爐自動(dòng)化控制的水平也在逐漸提高。11蒸 汽 流 量 D給 水 W省 煤 器 L CL T汽 包圖 24 單沖量水位控制系統(tǒng)工藝流程圖調(diào)節(jié)器變送器汽包水位水位設(shè)定值調(diào)節(jié)閥汽包水位+圖 25 單沖量水位控制系統(tǒng)框圖這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于汽包內(nèi)水的停留時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)荷變化小的小型鍋爐，單沖量水位控制系統(tǒng)可以保證鍋爐的安全運(yùn)行。12由于控制緩慢，導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。圖 26 雙沖量控制系統(tǒng)的原理圖調(diào)節(jié)閥液位變送器汽包水位蒸汽流量變送器調(diào)節(jié)器++水位設(shè)定值汽包水位蒸汽流量 DI cI f 圖 27 雙沖量控制系統(tǒng)的原理圖及框圖13雙沖量控制由于有以上特點(diǎn)，所以能在負(fù)荷頻繁變化的工程下較好的完成水位控制任務(wù)。它是以汽包水位 H 為主控信號(hào)，其中蒸汽流量 D 為前饋控制信號(hào)，給水流量 W 為反饋控制信號(hào)組成的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖為圖 28 所示。從系統(tǒng)框圖可以看出，單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：一個(gè)由給水流量 W、給水變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的內(nèi)回路；另一個(gè)是由汽包水位對(duì)象和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路。此時(shí)描述測(cè)量變送環(huán)節(jié)特性的m?傳遞函數(shù)可寫成: （214）??smeTKsG????1在控制系統(tǒng)分析時(shí)，考慮到 、 值相對(duì)于被控過程特性有時(shí)是較小的，甚至可忽略不計(jì)，此時(shí)測(cè)量變送環(huán)節(jié)就被近視作為一個(gè)放大環(huán)節(jié)（ ）來處mK理。= wK???? （216）18根據(jù)所給設(shè)計(jì)的目標(biāo)，蒸汽流量測(cè)量范圍：0～500T/h，選擇輸入量程所對(duì)應(yīng)的蒸汽流量為 500T/h，輸出量程為 4～20mA。圖 31 為三沖量余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)整體框圖。其中 A0～A10為 11 個(gè)模擬輸入端；REF+ （通常為 VCC）和 REF（通常為地）為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端；CS 為片選端，在 CS 端的一個(gè)下降沿變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器并控制和使能 ADDRESS、I/O CLOCK 和 DATA OUT；ADDRESS 為串行數(shù)據(jù)輸入端，是一個(gè) 4 位的串行地址用來選擇下一個(gè)即將被轉(zhuǎn)換的模擬輸入或測(cè)試電壓；DATA OUT 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束三態(tài)串行輸出端；I/O CLOCK 為數(shù)據(jù)輸入/輸出提供同步時(shí)鐘。最后，CPU 從 端接收前一次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，就需要把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置，這種裝置稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱 D/A 轉(zhuǎn)換器。DAC0832 的 3 種工作方式：這時(shí)兩級(jí) 8 位數(shù)據(jù)寄存器都處于輸出跟隨輸入的狀況、條件是 和1LE同時(shí)為 1。25 AT89C51 與 DAC0832 的接口電路設(shè)計(jì)芯片工作過程如下：應(yīng)用系統(tǒng)中，在只有一路模擬量輸出或幾路模擬量不需要同時(shí)輸出的場(chǎng)合，應(yīng)采用單緩沖方式。 ）2L此電路為 4～20mA 輸出型，在這種情況下，D/A 芯片的輸出還需要將電流轉(zhuǎn)換為電壓的電路，圖 35 為電流轉(zhuǎn)換為 0～5V 電壓的電路。圖 36 為 V/I 轉(zhuǎn)換電路。由 RS 位控制往LM032L 發(fā)送指令，還是數(shù)據(jù)；由 RW 位控制是讀，還是寫。當(dāng)水位恢復(fù)到設(shè)置范圍內(nèi)后，聲光報(bào)警自動(dòng)撤銷。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，持續(xù)時(shí)間要有 24 個(gè)時(shí)鐘周期以上，復(fù)位即可完成。A T 8 9 C 5 1電源復(fù)位電路時(shí)鐘電路圖 39 單片機(jī)的最小系統(tǒng)30 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是將程序寄存器 PC 初始化為0000H,使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 RST9XTAL219 VS20 24 27 28PSEN 29ALE 30EA 3 36 39VC 40U8AT89C51VS1VDD2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714U10LM032L+5VVAR+5+5V+5V Power1 R12R23 R34 R45R56 R67 R78R89 10KU1圖 37 AT89C51 與 LM032L 的接口電路 聲光報(bào)警電路為了安全生產(chǎn)，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)于重要的參數(shù)一般都設(shè)有上下限檢查及報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意或采取緊急措施。隨著 LCD 器件價(jià)格的下降，人們會(huì)越來越多地使用 LCD 取代 LED。輸入數(shù)字量 B 為 0 時(shí)， 也為 0，輸入數(shù)out outV字量為 255 時(shí)， 為負(fù)的最大值，輸出電壓為負(fù)的單極性。由于 ，用單片機(jī)的 、 分別11CSIL??控制 、 ，使 、 端接負(fù)脈沖信號(hào)即可完成一次轉(zhuǎn)換。條件是 (直通) ，CPU 控制 。24 DAC0832 的簡(jiǎn)介DAC0832 是帶有與微機(jī)連接接口的 DAC 的典型產(chǎn)品之一，它能與微機(jī)CPU 總線直接連接，不須附加邏輯。根據(jù)虛短虛斷的概念有：，npv?0?npi圖 34 可知，該同相放大電路的放大倍數(shù)為： （31）3413RAiov ??23若取 R3=100 ,R4=25 ,R1=200 ,則 4～20mA 輸入對(duì)應(yīng)于 1～5V 的?K?電壓輸出。22I/O CLOCK 和 ADDRESS 使能，DATA OUT 脫離高阻狀態(tài)。21 A/D 轉(zhuǎn)換電路通過傳感器檢測(cè)到的信號(hào)，經(jīng)過放大濾波后，必須將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，才能輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。合理地選擇水位變送器在水位控制系統(tǒng)中有關(guān)鍵作用。選用的流量變送器的量程為 500T/h，液位變送器的量程為 600mm 水柱，所有變送器均采用的 DDZIII 型組合儀表，其標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為 4～20 。為了提高仿真的速度，取 n=1。其具有如下優(yōu)點(diǎn)：，其控制品質(zhì)最好，能有效地滿足系統(tǒng)對(duì)快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性的要求。當(dāng)假水位現(xiàn)象消失后，水位和蒸汽信號(hào)都能正確地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 三沖量控制系統(tǒng)雙沖量水位控制相對(duì)于單沖量控制，控制品質(zhì)有很大改善。 雙沖量控制系統(tǒng)針對(duì)單沖量控制系統(tǒng)不能刻服的虛假水位的影響，如果引入蒸汽流量來起校正作用，就可以糾正虛假水位引起的誤動(dòng)作，而且也能使控制閥及時(shí)動(dòng)作，從而減小水位的波動(dòng)，大大改善了控制品質(zhì)。等到虛假水位消失時(shí)，由于蒸汽量增加，送水量反而減少，將使水位嚴(yán)重下降，波動(dòng)厲害，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蛊唤档轿ｋU(xiǎn)程度而發(fā)生事故。：是在雙沖量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再引入給水流量信號(hào)而構(gòu)成。虛假水位的變化大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量有關(guān)。 在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性如果給水流量保持不變，蒸汽流量發(fā)生階躍變化時(shí)，根據(jù)式（21） ，此時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性微分方程可表示為： ??????????DDuKdtTthdtT121 （26）8對(duì)式（26 ）進(jìn)行拉氏變換，可得： （27）??????sUKsTsHsTDD????121蒸汽擾動(dòng)下汽包水位調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞函數(shù)可由式（27）變化得到： （28）???12ssUGD式（28 ）可等效為兩個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的和: （29）????nfDsTKsH12???式（29 ）中： 122K1TDf?汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性。1TKW?? htsm從式（25 ）可看出，汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性，是由慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)積分環(huán)節(jié)組成。鍋爐汽包水位不僅受到給水量和蒸汽流量之間的平衡關(guān)系的影響，還受到水循環(huán)管路內(nèi)汽水混合物中汽水體積的變化