【正文】 本章小結 本章可以認為是第三章的延續(xù)，重點對本設計所用到的單片機部分進行介紹，選用 STC15 系列的單片機作為下位機核心，從單片機主要 參數(shù)，到內(nèi)部電路結構給出簡單介紹。但是，對于有特殊要求的場合下需要再設置接入外源振晶，此系列單片機同樣可以滿足外接要求。 (有源晶振只需要將產(chǎn)生的振蕩接入 EXTAL 即可 ) 實際單片機的工作頻率并不是外部晶振 [16]。 1%（ 40℃ +85℃），常溫下溫飄177。即將模擬量信號運算轉換成數(shù)字信號傳入到單片機，單片機再經(jīng)過 D/A轉換通過驅動電路環(huán)節(jié)，對現(xiàn)場閥門進行控制，調(diào)節(jié)閥門開度來控制壓力、流量等，同時將單 片機處理結果通過串行接口傳輸?shù)奖O(jiān)控界面，在監(jiān)控界面端能夠直觀看到各參數(shù)變化。這樣能夠讓單片機發(fā)揮其具有的功能，正常運行進行處理計算。 (6) 可同時使用的 2 組高速異步串行通信端口，管腳數(shù)可達 5 組，相互之間有規(guī)則的切換，串口切換隨意：串口 1(RxD/, TxD/)可以切換到(RxD_2/, TxD_2/),還可以切換到 (RxD_3/, TxD_3/）；串口2(RxD2/, TxD2/)可以切換到 (RxD2_2/, TxD2_2/)。 (2) 8K/16K/24K/32K/40K/48K/56K/60K/61K 字節(jié)片內(nèi) Flash 程序存儲器。根 據(jù)設計需要，選用宏晶科技 STC15 系列的單片機。 設備清單 主要硬件設備清單如下： 表 主要硬件設備清單 設備名稱 型號 額定電壓 額定電流 額定功率 數(shù)量 水位傳感器 CN213型 24DCV 3 流量傳感器 LUGB240304YD2N型 24DCV 3 三相電機 YJTG315S4 380VAC 61A 100Kw 2 變頻器 RA740110KwCHT 380VAC 216A 1 熔斷器 SSOC(NCF)3型 200A 3 功率三極管 I3DD8 型 2 接觸器 NCK525/2~40/2型 380VAC 5 溫度傳感器 P100 熱電阻 5 壓力傳感器 VPRFVNF 5 本章小結 本章闡述了利用 Visual Basic 軟件對火電廠汽包水位監(jiān)測系統(tǒng)界面設計的各個環(huán)節(jié)，包括系統(tǒng)各設備設計、總體設計及流程。 溫度傳感器 本設計選用的溫度傳感器為帶 PT100 熱電阻的溫度變送器，這種傳感器常用于高溫測量，例如測量蒸汽溫度，可以輸出 420ma 的 模擬量信號，能夠滿足給水溫度、省煤器溫度、主蒸汽溫度的測量。因此選用型號為 SSOC(NCF)3 的 10Kv 切負荷熔斷器，自主設置電流 200A。其工作電流計算如下： AvKwUP 1 5 23 8 031 0 03I ???? （ ） NCK525/2~40/2 接觸器主要用于 400V 交流電壓， 40A 交流電流的電路中，作為通、斷電路之用，選用五套此型號接觸器同時工作能夠滿足一臺 380V三相交流電機的工作要求。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計 27 變頻器選型 變頻器是不可或缺的裝置，選用恰當?shù)淖冾l器是電機能否正常工作給汽包供水的關鍵，從上一節(jié)電機選型可知額定功率大約在 100Kw,由具體分析可知電機在某種工況時其能夠保持與 50Hz 三相交流電下工作時電流基本一致 。由于所選型號傳感器是汽、液兩相測量傳感器，所以可以測量蒸汽流量，滿測量不超過 m3/h，同樣根據(jù)表 15mm，對應測量范圍在 530m3/h，滿足設計要求。 儀表使用環(huán)境 溫度： 25～ +55℃ 溫度： 590% RH50℃ 內(nèi)螺紋 1Cr18Ni9Ti、鋁合金 電源 DC12V177。 10% 外殼保護等級 IP65 流量傳感器 顧名思義，流量傳感器是用來測量給水流量和蒸汽流量的傳感器。 CN213 系列傳感器采用國外先進的技術水平，微處理電路，擁有多種多樣的形式、材料、型號，能夠滿 足各種形式的液位測量。所以，選擇合理的水位傳感器測量水位顯得尤為重要。前一節(jié)有說過。當運行人員點擊確定時，會自動彈出“緊急放水門 D”界面窗口，作出合理的調(diào)整，需要說明的是，當水位過高時，“緊急放水門 D”會自動打開，當水位降至正常值時又會自動關閉。汽包上水過程就此結束。但是要說明的是這三路不是同時工作，在不同的階段需要用到不同管路。那么對于主給水門的調(diào)節(jié)就應當需要一個彈出窗口，對其進行調(diào)節(jié)開度，如圖 為主給水門的調(diào)節(jié)界面。形象的將各個獨立的控件連接起來，構成中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計 20 完整的回路。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計 18 圖 圖 VScrollBar控件屬性設置值 （ 4） CommandButton（按鈕）控件 CommandButton 控件的作用主要是作為閥門和命令按鈕的作用，在監(jiān)測系統(tǒng)中從目管來水經(jīng)過主給水門、主給水調(diào)節(jié)、旁路給水調(diào)節(jié)包括進入省煤器和汽包緊急放水閥門都會用到 CommandButton 控件。而 TextBox 控件可以接收發(fā)送文字信息，非常方便。 控件屬性設置為 2Oval，即橢圓屬性，如圖 所示為汽包部件設計界面圖，圖 為 Shape 控件屬性設置值。其中，需要用到的控件包括 Label(標簽 )、CommandButton(按鈕 )、 Shape(圖形 )、 Line(線 )、 VScrollBar(垂直滾動條 )、MSm(通訊 )。 VB的優(yōu)點： （ 1） 簡單易學、效率高，各種自帶工具可供選擇使用； （ 2） 強大的功能，幾乎可與一些專業(yè)的開發(fā)軟件齊頭。 VB 取代傳統(tǒng)的輸入全部代碼劣勢，將部分代碼編程轉換成可視化編程，將常用代碼以控件形式固定出來，例如 TextBox（文本框）、 CommandButton(按鈕 )等等。圖 是鍋爐給水控制圖，即汽包上水段。故采用更加合理的控制方案 ——三沖量方式控制，如圖 所示，三沖量方式控制系統(tǒng)。 通過三種擾動的分析，發(fā)現(xiàn)給水擾動會使得水位的響應特征有一定的推遲性，燃料擾動會使得水位顯示不正常，也就是“虛假水位”。 可以認為這是一個慣性加積分環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以近似的表示為： STKSS 0221)(G ????? () 式 中 ε2表示飛升速度； T0表示延遲時間。另外，鍋爐蒸發(fā)量突然猛增時，水中氣泡體積會逐漸增大，自然而然的就會排擠水，致使水位升高。事實上， H1和 H2的求和才表示水位的響應曲線，即圖中 中的 H。 H1表示將汽包看作單體水箱的給水階躍響應曲線。 省 煤 器過 熱 器水 冷 壁汽包變頻器 圖 給水示意圖 [8] 表面上 看起來，汽包水位動態(tài)性質和單體水箱差不多，給水量與蒸汽量影響汽包水位的高低 。水位太高了，會使汽間的距離縮小，蒸汽帶有大量的水，汽水間的分離效果變差，這樣會使蒸汽質量變壞，過熱管內(nèi)會積累大量的鹽分，熱阻變大，管子太熱，金屬強度會降低，所以會發(fā)生爆管現(xiàn)象；水位變地太低，會使順循環(huán)不暢通，這樣的話，水冷壁的溫度會很高，當嚴重的缺水時，會使得鍋爐變地干鍋，甚 至發(fā)生爆炸，設備就會損壞。 2 火電廠汽包水位監(jiān) 測系統(tǒng)總述 鍋爐是大型設備，在火電廠中要注意安全生產(chǎn)?？梢暬缑?，直觀的進行汽包水位的實時監(jiān)控。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計 8 課題意義及主要工作 火電廠汽包水位是火電廠鍋爐運行很重要的參數(shù)，對電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有很重要的意義。汽包水位 FNN模型控制系統(tǒng)框圖如圖 所示。但是 ,模糊控制不具備學習功能 ,而人工神經(jīng)網(wǎng)絡 (NN)恰恰相反 ,它具有較強的學習、聯(lián)想、識別等功能 ,但只能處理數(shù)值型數(shù)據(jù) ,不能處理中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計 7 和描述模糊信息。普通模糊控制由于在模糊量化過 程中的信息丟失和制定模糊規(guī)則時人為因素的制約 ,必然會影響到控制的精度 。 圖 汽包水位模糊控制系統(tǒng) [6] 模糊控制的特點 :(1)在設計控制系統(tǒng)時 ,可以不要求知道對象精 確的數(shù)學模型 ,但要對受控對象的特性有充分了解 ,是以現(xiàn)場操作人員或專家的經(jīng)驗知識的總結和歸納而建立知識模型的； (2)用語言變量代替常規(guī)的數(shù)學變量 ,或兩者結合運用 ,來構造形成專家的知識庫； (3)控制系統(tǒng)的魯棒性強 ,適應于常規(guī)控制難以解決的非線性、變性、多層次、多干擾的滯后系統(tǒng) (汽包水位具有這樣的性質 )。模糊控制方法與通常中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計 6 系統(tǒng)分析所用的定量方法有著本質的區(qū)別。模糊集合論是 20 世紀 60 年代中期由 L. A. Zadeh 提 出的。仿真研究表明 ,這兩個參數(shù)的取值自由度很大 ,對控制效果影響卻很小 ,而對于傳統(tǒng)的 PIDPID 串級控制 ,PID 的參數(shù)略有改變則對控制效 果影響甚大 ,因而其調(diào) 試工作量很大。汽包水位控制系統(tǒng)如圖 所示。 先進控制策略的發(fā)展舉例 A 預測函數(shù)控制 預測函數(shù)控制 [3]由 Richalet 和 Kuntze 等人提出 ,并成功地應用于工業(yè)機器人的快速高精度控制。其控 制系統(tǒng)方框圖如圖 所示。缺點有 :(1) 在整定參數(shù)時的步驟較多 。其控制系統(tǒng)方框圖如圖 所示。在實際應用中 ,由于選定的控制閥門不一 樣 ,串級三沖量作為控制系統(tǒng)的設計也就不一樣。尤其 是前兩種控制方式，最為常用。 軟測量技術主要 由輔助變量的選擇、數(shù)據(jù)采集與處理、軟測量模型幾部分組成。因為就地云母水位計是根據(jù)連通管原理直接與汽包連通，它不需要媒介和傳遞，直觀而可靠地指示汽包水位。由于被控量是汽包水 位，而汽包給水流量作為調(diào)節(jié)量，因此對汽包水位進行實時監(jiān)測、反饋，通過 PLC 對反饋信號和給定信號的比較，然后應用相應控制算法對二者偏差進行運算，再將運算結果輸送給執(zhí)行機構中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設計 2 實現(xiàn)給水流量的調(diào)節(jié)，使汽包內(nèi)部達到動態(tài)平衡，保證汽包水位變化相應的就能夠在正常允許范圍內(nèi)。近年來開發(fā)的一項新技術 —— PLC 控制鍋爐技術。現(xiàn)在廣泛使用的控制技術還有 DCS 集散控制系統(tǒng) [2]，雖然這種控制方式被廣泛運用，但本身適合多控制回路同時工作的復雜系統(tǒng)，另外高昂的價格也給汽包水位這樣的控制系統(tǒng)帶來困擾，因此對于汽包水位控制系統(tǒng)需要考慮其成本再進一步進行選擇。因此，對于鍋爐汽包水位的監(jiān)視與調(diào)節(jié)非常重要，汽 包水位需要控制在正常范圍內(nèi)，使鍋爐能夠穩(wěn)定安全運行。 monitoring system。明確了汽包水位的影響因素，對系統(tǒng)進行控制方案的選擇設計，在 Visual Basic 中文版程序語言軟件的工作環(huán)境下，利用軟件特有的控件，設計了火電廠汽包水位監(jiān)測界面，界面形象直觀，一目了然，并且對系 統(tǒng)各硬件組成進行了選型，此外， STC15 系列單片機作為控制系統(tǒng)的核心控制設備，對其進行了獨立設計，并針對單片機與 PC 機之間采用RS232C 通訊協(xié)議進行了設計。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文 摘要（ 300 字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 本科生畢業(yè)論 文 論文題目： 火電廠汽包水位監(jiān)測設計 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。