【正文】 DAC0832 是電流型輸出，在應(yīng)用時(shí)外接運(yùn)放使之成為電壓型輸出。 START 啟動(dòng)信號(hào)由 89S51 的 WR 和 經(jīng)或非門產(chǎn)生。 13 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78X T A L 119X T A L 218P 2 .1 ( A 9 )22P 2 .2 ( A 1 0 )23P 2 .3 ( A 1 1 )24P 2 .4 ( A 1 2 )25( R X D ) P 3 . 010( T X D ) P 3 .111R S T9( R D ) P 3 . 717( W R ) P 3 . 616V C C40G N D20P 0 .0 ( A D 0 )39P 0 .1 ( A D 1 )38P 0 .2 ( A D 2 )37P 0 .3 ( A D 3 )36P 0 .4 ( A D 4 )35P 0 .5 ( A D 5 )34P 0 .6 ( A D 6 )33P 0 .7 ( A D 7 )32( I N T 1 ) P 3 . 313( I N T 0 ) P 3 . 212( T 1 ) P 3 .515( T 0 ) P 3 .414P 2 .0 ( A 8 )21P 2 .5 ( A 1 3 )26P 2 .6 ( A 1 4 )27P 2 .7 ( A 1 5 )28EA31A L E30P S E N29A T 8 9 S 5 1V C C40A D 012A D 113A D 214A D 315A D 416CE8A D 517A D 618A D 719RD9WR10I O / M7A L E11T I M E R O U T6T I M E R I N3P B 029P B 130P B 231P B 332P B 433P B 534P B 635P B 736P C 037P C 138P C 239P C 31P C 42P C 55P A 021P A 122R E S E T4P A 223P A 324P A 425P A 526P A 627P A 728G N D208 1 5 5+ 5 V + 5 V 圖 32 51 單片機(jī)與 8155 的連接方式 信號(hào)輸入部分 溫度信號(hào)采集與處理 采用構(gòu)建橋式電路，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒定的，另一個(gè)用 Pt100 熱電阻，當(dāng) Pt100 電阻值變化時(shí)，測(cè)試端產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由此電勢(shì)差換算出溫度。一種前饋控制作用只能消除一種干擾的影響。閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不管任何擾動(dòng)引起被控變量偏離設(shè)定值，都會(huì)產(chǎn)生控制作用去克服被控變量 與設(shè)定值的偏差。針對(duì)過(guò)熱蒸汽汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道慣性延遲大、被調(diào)量信號(hào)反饋慢的特點(diǎn)，應(yīng)該從對(duì)象的調(diào)節(jié)通道中選擇一個(gè)比被調(diào)量反應(yīng)快的中間點(diǎn)信號(hào)作為調(diào)節(jié)的補(bǔ)充反饋信號(hào)，以改善調(diào)節(jié)通道的動(dòng)態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。在運(yùn)行過(guò)程中，改變減溫水流量，實(shí)際上是改變過(guò)熱器出口蒸汽的熱度，亦改變進(jìn)口蒸汽溫度。煙氣側(cè)擾動(dòng)的汽溫響應(yīng)曲線如圖 21 所示，它與蒸汽量擾動(dòng)下的情況類似。通常，煙氣溫度過(guò)高是引起過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高的主要原因。 余熱鍋爐是機(jī)械產(chǎn)品及余熱發(fā)電設(shè)備的一個(gè)重要組成 部分，因此發(fā)展余熱鍋爐， 3 振興余熱鍋爐行業(yè)，也是振興機(jī)械工業(yè)和電力工業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、上品種和上水平不可缺少的環(huán)節(jié)。目前，已把如何利用中低溫的低品位余熱發(fā)電，作為開發(fā)節(jié)能新技術(shù)的重要課題。鍋爐生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)控制應(yīng)達(dá)到下述基本目的：鍋爐汽包水位必須保持在一定范圍內(nèi)；鍋爐產(chǎn)汽量必須適應(yīng)用汽設(shè)備用汽量變化的要求；鍋爐產(chǎn)汽壓力必須滿足用汽設(shè)備的要求；過(guò)熱蒸汽溫度必須根據(jù)用汽設(shè)備的要求保持在一定的范圍內(nèi)；燃燒系統(tǒng)必須維持安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。 I 基于 AT89S51 單片機(jī)的余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 過(guò)熱蒸汽溫度是影響余熱鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，蒸汽溫度過(guò)高會(huì)使過(guò)熱器壁的金屬?gòu)?qiáng)度下降，容易燒壞過(guò)熱器。 過(guò)熱蒸汽溫度是火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備的重要參數(shù)，在熱電廠生產(chǎn)過(guò)程中，整個(gè)汽水通道中溫度最高的是過(guò)熱蒸汽溫度。 余熱鍋爐是一種理想的節(jié)能設(shè)備，它不但能節(jié)約能源，而且對(duì)提高主流程的質(zhì)量，減輕公害和滿足某些工藝流程要求，都起著十分重要的作用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，建議采取以下措施： 1）改進(jìn)老式產(chǎn)品，開發(fā)新產(chǎn)品，趕上世界先進(jìn)水平； 2）在產(chǎn)品發(fā)展中，科研設(shè)計(jì)要與推廣應(yīng)用相結(jié)合； 3）加強(qiáng)與國(guó)外的技術(shù)交流，借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)； 4）制定必要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策，發(fā)揮科研人員的工作積極性。一般，過(guò)熱蒸汽溫度在煙氣擾動(dòng)下延遲較小，而在減溫水 量擾動(dòng)下延遲較大，這種特性將使過(guò)熱蒸汽溫度的控制滯后。 [4]煙氣熱量的擾動(dòng)也幾乎同時(shí)影響過(guò)熱器管道長(zhǎng)度方向各處的蒸汽溫度，故它是一個(gè)具有自平衡能力、滯后和慣性都不大的對(duì)象，其傳遞函數(shù)可表示為一個(gè)二階系統(tǒng)，即： 22212 1 1)( )()( ??? STSTSSsW S ???? (22) 式中 ： )(sS? 為煙氣溫度 但對(duì)象特征總的特點(diǎn)是：有遲延，有慣性，有自平衡能力。[25] 減溫器有表面式和噴水式兩種。 主 調(diào) 節(jié) 器減 溫 器減 溫 水 流 量調(diào) 節(jié) 閥減 溫 水過(guò) 熱 器過(guò) 熱 蒸 汽 溫 度給 水過(guò) 熱 蒸 汽 溫 度給 定 值副 調(diào) 節(jié) 器C過(guò) 熱 器 圖 24 蒸汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 將圖 24 所示過(guò)熱蒸汽溫調(diào)節(jié)原理圖轉(zhuǎn)化為 方框圖，即為圖 25 所示，由圖 25所示可以看出，此串級(jí)控制回路是用兩個(gè)串聯(lián)的 PID 控制器和一個(gè)執(zhí)行器來(lái)控制主汽溫度的。因此閉環(huán)控制系統(tǒng)有較高的控制精度和較好的適應(yīng)能力，其應(yīng)用范圍非常廣泛。前饋和反饋完全不同，前饋控制不是閉環(huán)而是開環(huán)系統(tǒng)。電路中使用的是 1kΩ（ 0℃）的鉑電阻，因?yàn)殂K電阻阻值高達(dá) 1kΩ所以不受布線溫度的影響。 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果由 8155 的 PA0～ PA7 口讀入，故將 AD 轉(zhuǎn)換器的輸出與 8155 的 PA0～ PA7 口相連，高地位依次相連。CSDA：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； WR：數(shù)據(jù)鎖存器寫選 16 通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。 DAC0832 是具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位 DAC，可以直 接與 51 單片機(jī)相連，參考電壓 +5V，直接與供電電源相連。 START 和 ALE 互連可以使ADC0809 在接收模擬量路數(shù)地址時(shí)啟動(dòng)工作。片選信號(hào) CE 和 IO/M 選擇信號(hào)分別接 和 。這也給實(shí)際應(yīng)用增加了麻煩和困難。 10 調(diào) 節(jié) 器出 口 蒸 汽 溫 度給 水過(guò) 熱 器干 擾噴 水 閥 門 G c ( s )G 1 ( s )G 2 ( s )G c 1 ( s )Y ( s )N ( s )R ( s ) 圖 27 等效的原理框圖 控制方案的比較和方案確定 控制方案的比較 閉環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器與被控對(duì)象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。由于被控對(duì)象 (過(guò)熱器通道 )具有較大的延遲和慣性以及運(yùn)行中要求有較小的溫度控制偏差。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，易于調(diào)整，操作維護(hù)比較方便，又能滿足多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的控制要求 ,應(yīng)用十分廣泛。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個(gè)過(guò)熱器長(zhǎng)度方向上同時(shí)發(fā)生的，因此汽溫變化的遲延很小，一般在 1525s 之間。但這些控制技術(shù)主要是為了改善和提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，并沒(méi)有從引起過(guò)熱蒸汽溫度波動(dòng)的源頭入手。當(dāng)然也必須為今后發(fā)展中、低溫和固體顯熱回收的余熱利用技術(shù)以及城市垃圾焚燒余熱鍋爐開展一些科研工作，以加快設(shè)計(jì)，制造各種類型、容量和參數(shù)的余熱鍋爐，來(lái)滿足是長(zhǎng)的需求?；騼?nèi)也有一些利用余熱發(fā)電，如炭黑工業(yè)中的低熱值尾氣余熱和硫酸工業(yè)中的硫酸余熱發(fā)電等，所發(fā)的電能主要工廠自用。這既包括對(duì)鍋爐產(chǎn)汽量和產(chǎn)汽壓力的要求，也包括對(duì)鍋爐自身安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。為了保證余熱鍋爐的正常運(yùn)行，要針對(duì)余熱鍋爐的特點(diǎn)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，使出口蒸汽溫度維持在一個(gè)設(shè)定值。過(guò)熱器正常工作的溫度，一般要接近于材料允許的最高溫度?，F(xiàn)有的余熱鍋爐按進(jìn)鍋爐的介質(zhì)特性，有以下幾種主要型式： 1）廢煙氣不需要進(jìn)一步處理的余熱鍋爐； 2）廢煙氣 需要進(jìn)一步處理的余熱鍋爐； 3）廢煙氣要進(jìn)一步處理，且其冷卻在給定時(shí)間內(nèi)完成的余熱鍋爐； 4）固體顯熱的余熱鍋爐。 設(shè)計(jì)的目的 余熱鍋爐是燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的主設(shè)備之一。 蒸汽溫度系統(tǒng)則是余熱鍋爐系統(tǒng)安全正常運(yùn)行，確保蒸汽品質(zhì)的重要部分。 6 △ D 。減溫器盡可能德安裝在靠近蒸汽出口處，但一定要考慮過(guò)熱器材料的安全問(wèn)題，這樣能夠獲得較好的動(dòng)態(tài)特性。其基本原理就是系統(tǒng)根據(jù)過(guò)熱汽溫度設(shè)定值和反饋值 y1 的偏差 e，作為主調(diào)節(jié)器的輸入，主調(diào)節(jié)器經(jīng)過(guò) PID 運(yùn)算后的輸出 u1 作為副調(diào)節(jié)器的輸入設(shè)定值，此設(shè)定值與二級(jí)噴水減溫器的出口溫度反饋 y2 的偏差 e2 作為二級(jí)過(guò)熱器出口溫度調(diào)節(jié)器的輸入，其輸出 u2 作為執(zhí)行器的輸入動(dòng)作指令。缺點(diǎn)是閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產(chǎn)生，當(dāng)系統(tǒng)的慣性滯后和純滯后較大時(shí)，控制作用對(duì)擾動(dòng)的克服不及時(shí)，從而使其控制質(zhì)量大大降低?？刂谱兞勘徽{(diào)節(jié)后并 不反過(guò)來(lái)影響干擾變量；調(diào)節(jié)作用對(duì)受控輸出變量影響的結(jié)果也沒(méi)有反饋機(jī)制。 R0、 R Rt 構(gòu)成橋式電路橋式電路的輸出電壓 OUTe 經(jīng)由差動(dòng)放大器放大。 AD 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路如下圖 34 所示。由 ILE、 CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng) LE1 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存； DAC0832 的數(shù)據(jù)口和單片機(jī)的 P1 口相連，片選信號(hào) CS 為 。 V C C40A D 012A D 113A D 214A D 315A D 416CE8A D 517A D 618A D 719RD9WR10I O / M7A L E11T I M E R O U T6T I M E R I N3P B 029P B 130P B 231P B 332P B 433P B 534P B 635P B 736P C 037P C 138P C 239P C 31P C 42P C 55P A 021P A 122R E S E T4P A 223P A 324P A 425P A 526P A 627P A 728G N D208 1 5 5a eb c d f g dpC O M 1 C O M 2 C O M 3 C O M 4R1R2R3R4R5R6R7R84 7 0 k * 8R 1 0R 1 1R 1 2COM1R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8+ 5 V4 . 7 K * 8+ 5 VQ1 Q2 Q3 Q4+ 5 V8 5 5 0 圖 35 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路 信號(hào)輸出部分 D/A 轉(zhuǎn)換 DAC0832 的基本原理是把數(shù)字量的每一位轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后根據(jù)疊加定理將每一位對(duì)應(yīng)的模擬分量相加，輸出相應(yīng)的電流或者電壓。由圖可以看出， ALE 信號(hào)和 START 信號(hào)聯(lián)系在一起，這樣連接可以在信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。 由于 8155 片內(nèi)有鎖存器，所以單片機(jī) P0 口輸出的低 8 位地址不需要另加鎖存器，直接與 8155 的 AD7～ AD0 相連，既作為低 8 位地址總線，又作為數(shù)據(jù)總線，利用 8051 的 ALE 信號(hào)的下降沿鎖存 P0 送出的地址信息。不可能有專用的前饋控制器。 把圖 26 等效為圖 27，顯然 ,只有當(dāng) s)(1CG = )(11SG? 才能完全抵消擾動(dòng)的影響。其中起主要作用的是蒸汽流量和減溫水流量?jī)蓚€(gè)方面。 單回路控制方案 單回路控制系統(tǒng)是最基本的控制系統(tǒng)。 煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)下蒸汽溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起煙氣流速和煙氣溫度的變化，從而改變了傳熱情況，導(dǎo)致過(guò)熱器出口溫度的變化。 4 第 2 章 余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制方案選擇 隨著控制理論的發(fā)展，越來(lái)越多的智能控制技術(shù)，如自適應(yīng)控制、模型預(yù)測(cè)控