【正文】 通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。常用的 LED 顯示器有 7段和“米”字段之分。當鍵盤上某一個鍵閉合時，該健所對應(yīng)的行線與列線短路。 7 4 L S 3 7 3V c cEQ 0D 0D 1Q 1Q 2D 2D 3Q 3G N DQ 7D 7Q 6D 6Q 5D 5Q 4D 4G 圖 33 74LS373 管腳功能 MCS51 單片機共有四個 8 位并行 I/O 口，但這些口并不能完全提供給用戶使用。 擴展 在 MCS51 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，外部程序存儲器有單獨的地址編號（ 0000H－ FFFFH）、雖然與數(shù)據(jù)存儲器地址重疊，但不會被占用，它使用單獨的控制信號和指 令。 有效偏差法程序框圖如圖 27 所示。所以數(shù)字方式模擬 PID 仍是目前應(yīng)用比較廣泛的方法 [3]。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 積分調(diào)節(jié)器 積分調(diào)節(jié)器的優(yōu)點是只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強直到偏差為零。這些輸入量與輸出量之間是互相制約的。 要充分考慮到司爐工人的文化水平和技術(shù)水平的現(xiàn)狀，因為要求所有的使 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 用人員具有計算機的知識和操作技能是不切實際的。缺點是硬件、軟件都需要用戶從頭全部設(shè)計，工作量大，設(shè)計周期長，要求設(shè)計者具有熟練的硬件和軟件知識。這是一種以微處理器為核心的新型控制器，特別適合需要大量開 關(guān)量的場合。 本文的設(shè)計內(nèi)容及要求 鍋爐作為一種多輸入、多輸出、多回路的非線性控制對象，其各個回路之間相互影響，從而造成多變量之間的耦合，加大了各項指標的控制難度。首先除氧水通過給水泵進入給水調(diào)節(jié)閥，通過給水調(diào)節(jié)閥進入加熱爐，冷水在經(jīng)過加熱爐的過程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成溫水進入汽包，在汽包內(nèi)加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽，為了保證有最大的 蒸發(fā)面，因此水位要保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫?zé)煔庀嘟佑|的金屬受熱面的以冷卻而不被燒壞，是鍋爐能長期安全運行的必要條件。用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。在采用計算機控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機制，可以設(shè)置多點聲光報警，和 自動連鎖停爐。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，用微機進行控制是一件具有深遠意義的工作 [1]。本次課題的目的就是基于生產(chǎn)實際的需求，針對蒸汽壓力控制、燃料空氣比值控制和爐膛負壓控制進行系統(tǒng)框架設(shè)計并在 MATLAB 環(huán)境下建立模型、進行控制算法的實現(xiàn)研究。其主要采用了 MATLAB 中的 SIMULINK 工具箱進行仿真，通過模擬示波器中的波形來調(diào)節(jié)參數(shù)，改良控制效果。工業(yè)鍋爐采 用微機控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢： 1．直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數(shù)。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。 送風(fēng)設(shè)備：包括有鼓風(fēng)機和分道組成。而汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過熱可靠工作的必要的設(shè)備?？諝饨?jīng)過鼓風(fēng)機進入空氣預(yù)熱器，在經(jīng)過空氣預(yù)熱器的過程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱，變成熱空氣進入爐膛。因此，合理的設(shè)計控制回路，使溫度、壓力及液位等重要控制指標能夠被精確的測量和控制。工作可靠性高，使用梯形圖語言，編程容易、應(yīng)用靈活。這種方案以各種 CPU 或單片機為核心，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)。所以微計算機系統(tǒng)的使用和操 作方法要越簡單越好。例如，蒸汽負荷變化，必然會引起汽包水位、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，還會影響汽包水位，過熱蒸汽溫度、空氣量和爐膛負壓等。偏差消除以后，輸出將停留在新的位置上，而不回復(fù)原位。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 PID 控制理論擴展 在實際控制系統(tǒng)中，控制變量實際輸出值往往受到執(zhí)行機構(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) 如果計算機輸出的控制變量 n 在上述范圍內(nèi)，那么 PID 控制可以達到預(yù)期的效果。在 PID 位置算法中，除了對控制量的限制外，對 控制量變化率的限制也會引起飽和，可用類似的方法加以消除。程序存儲器的指令，讀取控制是由 PSEN 控制，讀取數(shù)據(jù)用 MOVC 查表指令。只有對于片內(nèi)有 ROM 和 EPROM 的單片機 8051 和 8751，在不使用外部擴展時，才允許這四個 I/O 口作為用戶 I/O 使用。例如， 6號鍵按閉合時，行線 Xl 和列線 Y2 短路，此時 Xl的電 平由 Y2 的電平所決定，如果把行線接到微機的輸人口，列線接到微機的輸出口，則在微機的控制下，使列線 Y0 為低電平 (0)，其余三根列線 Y YY3 都為高電平。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 24 示。 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。 Vcc—— +5V 電源。能完成數(shù)字量輸入到模擬量 (電流 )輸出的轉(zhuǎn)換。 (8)、 DGND ：數(shù)字量地。 我們知道測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 。通常要求 T0 保持為 0176。所以要選擇測量范圍和價格比適合自己設(shè)計要求的傳感器應(yīng)。例如在構(gòu)成波形發(fā)生器的場合，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。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8 位，轉(zhuǎn)換時間為 1μ s，滿量程誤差為177。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。對應(yīng) ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 A/D 通道 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換）是微型機控制系統(tǒng)的重要接口之一。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。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。 在應(yīng)用系統(tǒng)中，擴展的 I/O 口采用與數(shù)據(jù)存儲器相同的尋址方法。程序存儲器擴展時，一般擴展容易大于 256 字。 （式 34） 圖 27 有效偏差的算法程序框圖 TTdTiTeiTTiejTiTkp ijxx ue//11*//)(*/1 10?????? ???按增量式計算 Uu = uz* ei累計 ei 積分項 ， 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（論 文） 17 第 3 章 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 鍋爐控制系統(tǒng)的目的 實現(xiàn)對鍋爐汽包水位，蒸汽壓力，風(fēng)／油比值，煙氣含氧量和爐膛壓力的控制。為了克服積分飽和，有以下幾種改進的 PID 控制算法，下面分析介紹。 它的缺點是動作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)準確度的同時，往往使調(diào)節(jié)動態(tài)品質(zhì)變壞，過渡過程時間延長，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)有：汽包水位，燃燒和爐膛負壓調(diào)節(jié)。 必須具有較高的性能價格比，這樣才能有維護應(yīng)用的價值。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 系統(tǒng)的相關(guān)配置 本系統(tǒng)采用專用設(shè)計方式。 （ 4）選用普通微型計算機。實現(xiàn)對溫度、壓力、水位等參數(shù)的檢測。通過這種方式使鍋爐的熱能得到節(jié)約。高溫?zé)煔馀c水冷壁進行強烈的輻射換熱，將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。 給水設(shè)備：由水 泵和給水管組成。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。給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。雖然燃燒的應(yīng)用場合和燃料可能不同，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。而在其它工業(yè)中，常用的還是燃煤鍋爐。而建立解耦模型和算法通過計算機實現(xiàn)比較方便。 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。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。從而使鍋爐能正常運行。 微機鍋爐控制技術(shù)具有良好實用前景，既可節(jié)能又可提高鍋爐的運行管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國內(nèi)只有幾百臺鍋爐采用微機控制，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]。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。所用元器件最少，硬件、軟件資源都能得到充分利用。 多數(shù)工業(yè)鍋爐用戶維護計算機的技術(shù)力量都比較薄弱，設(shè)計硬件時應(yīng)盡可能簡化硬件系統(tǒng)。主要調(diào)節(jié)量有：負荷、鍋爐給水、燃料量、減水量、送風(fēng)等。一旦被調(diào)量偏差不存在，調(diào)節(jié)器輸出也就為零。 （ 4）控制效果好 計算機控制是高效的，對于時間常數(shù)比較大的系統(tǒng)來說，是近似于連續(xù)變化的。 圖 26 采用積分分離法框圖 輸出控制計算微分項根據(jù)增量 PID 算法計算比例及積分項計算誤差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（論 文） 16 三、有效偏差法 當 控制量 u 超出范圍時，控制量實際上只能取邊界值，即 uu max? 或 uu min? (式 33) 有效偏差法是將相應(yīng)于實際輸出的控制變量的誤差值計入積分項，而不是將實際測得的誤差值計入積分項。 I/O 口中， P0 口可驅(qū)動 8 個 TTL 門電路， P P P3 口只能驅(qū)動 4 個 TTL 門電路。而 74LS273 用于開關(guān)量輸出，即報警鎖存。本系統(tǒng)中，采用 4 4 鍵盤。它是由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮。 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位 (掃描 )，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、 C 3 個地址位進行鎖存和譯碼，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。 EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。但是，在單片機的產(chǎn)品中，往往需要電壓信號輸出，為此，將 電流輸出再通過運算放大器μ A741，即可得到轉(zhuǎn)換電壓輸出了。 VREF端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。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)運而生，所以大多數(shù)測試系統(tǒng)設(shè)計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。當保持熱電偶自由端溫度 T0 不變時， 只要用儀表測出總熱電勢，就可以求得工作端溫度 T。 本次設(shè)計采 用的是常用的是熱電偶傳感器，下面將對傳感器熱電偶作簡要說明。 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。 當 ILE 為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1 為低電平時，輸入寄存器控制信號為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。 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（論 文） 26 權(quán)電阻 譯碼 D/A 轉(zhuǎn)換器等。本信號有時簡寫為 ST. D7～ D0—— 數(shù)據(jù)輸出線。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。 使用 LED 顯示器時，為了顯示數(shù)字或符號，要為 LED 顯示器提供代碼，因為這些代碼是通過個段的亮與滅來為顯示不同字型的，因此稱之為段碼。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（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，總會有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入不全為 1。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） ，目前除了串行存儲器之外，一般情況下我們使用的都是 8 位數(shù)據(jù)存儲器）。 外部存儲器使用與程序存儲器不同的信號，故而它們