【文章內容簡介】 單，因此可靠性提高了。 速度快 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 9 分布式計算機控制系統(tǒng)各級并行工作，很多采樣和控制功能都分散到各個子環(huán)節(jié)中，僅在必要時才通過高速數據通道與監(jiān)督計算機進行信息交換，因此減少了數據集中串行處理時間，也減少了信息傳遞的次數，所以速度提高了。 結構靈活，易于擴展 分布式計算機控制系統(tǒng)采用的是模塊化結構，即把任務相同的部分作成一個模塊， 系統(tǒng)結構靈活，可大可小，便于操作、組裝和調度，容易擴展。 設計、開發(fā)、維護簡便 由于系統(tǒng)采用模塊式結構，且具有自診斷和錯誤檢測系統(tǒng)，所以設計、開發(fā)及維護都很方便，并且能實現高級復雜規(guī)律控制。 操作指導控制系統(tǒng) 在操作指導控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接作用于生產對象，屬于開環(huán)控制結構。計算機根據數學模型、控制算法對檢測到的生產過程參數進行處理，計算出各控制量應有的較合適或最優(yōu)的數值，供操作員參考，這時計算機就起到了操作指導的作用。 該系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單，控制靈活和安全可靠。缺點是要由人工進行 操作，操作速度受到人為的限制，并且不能控制多個回路。該系統(tǒng)常用在計算機控制系統(tǒng)設計與調試階段，進行數據檢測、處理及試驗新的控制程序等。 計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)（ SCC 系統(tǒng)） SCC（ Superbisory Computer Control）系統(tǒng)比 DDC 系統(tǒng)更接近生產變化的實長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 10 際情況，因為在 DCC 系統(tǒng)匯總計算機只是代替模擬調節(jié)器進行控制，系統(tǒng)不能進行在最佳狀態(tài)，而 SCC 系統(tǒng)不僅可以進行給定值控制 ,并且還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應控制等，它是操作指導控制系統(tǒng)和 DDC 系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。 SCC 系統(tǒng)有兩種形式：一種是 SCC+模擬調節(jié)器控制系統(tǒng)；另種是 SCC+DCC 控制系統(tǒng)。 CC+模擬調節(jié)器控制系統(tǒng) SCC 級微機的作用是收集檢測信號及執(zhí)行管理命令，然后按照一定的數學模型計算后，給定值與檢測到的被控參數進行比較，其偏差經模擬調節(jié)器計算后輸出控制量給執(zhí)行機構，以使工作保持在最優(yōu)狀態(tài)，從而達到調節(jié)產生過程的目的。當SCC 微機出現故障時，可由模擬調節(jié)器獨立完成操作。該系統(tǒng)形式適合于老企業(yè)的技術改造，既用上了原有的模擬調節(jié)器，有實現了最佳給定值控制。 SCC+DDC 控制系統(tǒng) 這是兩級計算機控制系統(tǒng)，一級為監(jiān) 督級、計算機的作用與 SCC+模擬調節(jié)器控制系統(tǒng)的 SCC 計算機一樣，進行分析、計算，并且給出最佳給定值；另一級是直接數字控制 DDC 級，用來將給定值與測量值進行比較，其偏差有 DDC 計算機進行數字控制運算，然后經 D/A 轉換器和多路開關分別控制各個執(zhí)行機構以及對生產過程進行調節(jié)。當 DDC 級危機出現故障時，可有 SCC 級微機完成 DDC 的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 SCC+DDC 控制系統(tǒng)與 SCC+模擬調節(jié)器控制系統(tǒng)相比有許多優(yōu)點，其控制規(guī)律可以改變，使用更加靈活，而且一臺 DDC 可以控制多個回路，使系統(tǒng)比較簡單。總之，雖然 SCC 系統(tǒng)比 DDC 系統(tǒng)有很多優(yōu)越性，但由于生產過程的復雜性，有時很難建立數學模型，所以 SCC 系統(tǒng)實現起來比較困難 確定方案 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 11 比較以上各種控制系統(tǒng)，在考慮到本設計的目標是要使供熱公司對用戶實現高質量的供熱服務，也就要求該控制系統(tǒng)可靠性高，速度快，結構靈活，易于擴展而且要便于維修。綜合以上要求，我選用分布式控制系統(tǒng)作為該設計的方案。 整個系統(tǒng)可以分布式結構，上位管理機最多可與 255 個供熱站控制裝置連接，每一控制又可接 255 個溫度巡測儀。 供熱一般要保證用戶室溫為 18177。 2℃。由于各用戶建筑面積 、暖氣片性能及保溫質量各不相同，很難確定一組典型的室內溫度作為直接被控量，而供、回水的平均溫度從整體上反映了各個用戶暖氣片的平均溫度，因此本系統(tǒng)采用控制供、回水平均溫度的方法來見解控制用戶室溫?？刂圃砜驁D見下圖 圖中 T0表示室外大氣溫度 5min 內的平均值， TS表示供、回水的溫度的設定值，T1 表示供水溫度測量值， T2 表示回水溫度測量值。 供、回水溫度與室外大氣溫度應是一個反向變化的量，當大氣溫度降低時，應增加供熱量，反之則減少供熱量。其近似關系式為： Ts = 18+ K（ 18T0） 上式中 K 為供熱系數。由于用戶的熱交換關系比較復雜，系統(tǒng)循環(huán)水泵的開啟臺數又是一個變值，因此供熱系數 K 應根據具體情況作適當調整。 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 12 供、回水的壓力是熱網安全運行的重要參數。供回水壓力過高可能造成熱水管道及用戶暖氣片破裂：循環(huán)熱水的流失會使水壓力過低，有可能形成熱水汽化，引起熱交換器的振動。 為此，采用自動補水的控制方案?？刂七壿嫗椋? （ P1 595 kPa 且 P2 305 kPa） 或（ P1 605 kPa 且 P2 295 kPa） 開補水泵 P1 605 kPa 或 P2 305 kPa 停止補水 595kPaP1605kPa 且 295kPaP2305kPa 保持原狀態(tài) 式中， P1 表示供水壓力， P2 表示回水壓力。 由于補水溫度較低，有時補水動作還相當頻繁，所以補水成為影響供、回水溫度的主擾動。為了及時克服補水造成的供水溫度降低，提高調節(jié)品質，本系統(tǒng)采取了以補水為前饋量的靜態(tài)熱量前饋措施，以熱量平衡為基本出發(fā)點，保持補水時供水溫度不變。 補水前饋與 熱量計算 系統(tǒng)不補水時，供水流量 M1 等于回水流量 M2，此時瞬時供熱量為： q1 =供水量 – 回水熱量 =Cp M2（ T1T2） 當系統(tǒng)處于補水狀態(tài)時，供水流量 M1 等于回水流量 M2 與補水流量 M3 之和，此時瞬時供、供熱量為： q1 =供水量 – 回水熱量 – 補水熱量 =Cp [M2（ T1T2） +M3（ T1T3） ] 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 13 上式中， T1為供水溫度 (℃ )， T2 問回水 溫度 (℃ )， T3 為補水溫度 (℃ )， Cp為水的定壓質量比熱。因為 P和 T都不太高，為簡化計算，取 Cp=（ MJ/T℃），流量單位為 t/h,熱量單位為 MJ。 比較以上兩式可以看出，如果要保持補水前后供熱溫度 T1 不變，需要在開啟補水泵的同時，加大蒸汽投放量，多提供： q3=q1q2=Cp M3 (T1T3)的熱量。新增熱量占原供熱量的比例為： q3/q1 = M3 (T1 – T3) / M2 (T1 – T2) 供水熱量是由供熱蒸汽提供的，蒸汽熱量與蒸汽流量基本上成正比關系，所 以下式成立： △ Q / Q = q3 / q1 式中，△ Q為蒸汽流量增量，與熱水新增熱量 q3 為對應； Q為原蒸汽流量，與原熱水熱量 q1 對應。 共熱蒸汽采用對數閥進行調節(jié)。假設調節(jié)閥為理想流量特性，以補水為前饋量，保持供水溫度不變時，閥門相對開度的增量為： △ 1/L =（ 1/LnR） Ln(1=q3/q1) 式中， 1/L 表示閥門相對開度， R 表示閥門理想可調比。 考慮到系統(tǒng)實際運行情況的復雜性，閥 門實際相對開度的增量比上式計算略小為宜。 系統(tǒng)的瞬時供熱量，分補水和不補水兩種情況，分別按 q1 式和 q2 式計算。對瞬時供熱量進行累計，就得出供熱總量。 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 14 第三章 硬件設計 CUP AT89C51 單片機是美國 ATMEL 公司生產的低電壓、高性能的 8 位 CMOS 單片機。其片內含 4K 字節(jié)的可反復擦寫的只讀存儲器（ EPROM）， 128 字節(jié)的隨機存取數據長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 15 存儲器（ RAM）。器件采用 ATMEL 公司高密度、非易失性存儲器技術生產、并兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片 內置有通用的 8位 CPU 和 Flash 存儲單元。可靈活運用于各種控制領域，且其性價比較高。 AT89C51 芯片引腳圖 AT89C51單片機的主要性能參數： ●與 MCS51 系列產品指令系統(tǒng)完全兼容； ● 4K 字節(jié)的可重復擦寫的 FLASH 存儲器； ●存儲器可循環(huán)寫入 /擦寫 10000 次； ●全靜態(tài)操作： 0Hz16MHz； ●三級加密程序存儲器； ●內部有 128 字節(jié)的 RAM； 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 16 ● 32 個可編程的 I/O 口線； ● 2 個 16 位的定時 /計數器； ●可編程串行 URAT 通道； ●空閑狀態(tài)維持低功耗和掉 電狀態(tài)保存存儲內容； 功能特性概述： AT89C51 單片機提供以下標準功能： 4K 字節(jié)的 Flash 存儲器、 128 字節(jié)的內部RAM、 32 個 I/O 口線、 2 個 16 位的定時 /計數器、 1 個全雙工串行通信口、片內振蕩器和時鐘電路。同時， AT89C51 單片機可降置 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM、定時 /計數器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有的工作，直到下一個硬件復位。 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 17 89C51 的內部結構 引腳說明： ● Vcc:電源引腳； ● GND:地； ● P0 口 （ ）：是一組 8 位的開漏雙向 I/O 口，即地址 /數據總線復用口。作為輸出口使用時，每位能吸收電流的方式驅動 8個 TTL 邏輯門電路，對斷口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端來使用。 在訪問外部的數據存儲器或程序存儲器時，這組線分時轉換地址（低 8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 口接受指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。在校驗時，要求外接上拉電阻。 ● P1 口（ ） : 是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。向端口寫入 1的時候， P1口被內部上拉為高電平，此時可用做輸入口，當作為輸入腳的時候，外部拉低的P1 口會因為內部上拉而輸出電流。 在 Flash 編程和程序校驗期間， P1 口接受低 8位地址。 ● P2 口（ ） :是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口。當向 P2口寫入 1時， P2 口被內部上拉為高電平，可作為輸入口。當作為輸入引腳 的時候，被外部拉底的 P2 口會因為內部上拉而輸出電流。 在訪問片外程 序存儲器和外部數據存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時，P2 口送出高 8位地址數據。在訪問 8位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @Ri指令）時， P2 口上的內容（也即特殊功能寄存器 SFR 區(qū)中 R2 寄存器的內容），在整個訪問期間不變。 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 18 在