【正文】 420mA 標(biāo)準(zhǔn)信號輸出如下圖 37 所示。 第一級運算放大器的作用是將 DAC0832 輸出的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號 V1，第二級運算放大器的作用是將輸出的 05V 電壓轉(zhuǎn)換為 420mA 標(biāo)準(zhǔn)信號。如圖 36 為 DAC0832與單片機的連接電路。 CSDA：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； WR：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。DAC0832 是具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位 DAC，可以直接與 51 單片機相連，參考電壓 +5V，直接與供電電源相連。三極管采用PNP 型 8550， PB 口接的限流電阻是 8 個 470Ω 的； PC 口上接的電阻是 4 個； PB 口接的 8 個上拉電阻都是 的。但是，需要注意的是不能讓 PC0～ PC3 中的 2 個或 2 個以上同時輸出低電平 0，否則就會造成顯示混亂，除非 2 個數(shù)碼管上要顯示的內(nèi)容相同。如果要第一個數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)， PC0需要輸出低電平 0，則此時第一個 PNP 三極管導(dǎo)通，通過第一位數(shù)碼管的COM 公共端向第一個數(shù)碼管供電。當(dāng)掃描速度達(dá)到一定程度時，人眼就分辨不出來了，即認(rèn)為各個數(shù)碼管在同時顯示。這樣，一組數(shù)碼管顯示器需要由兩組信號來控制：一組字段輸出口輸出的字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組 20 是位輸出口的控制信號，用來選擇第幾個顯示器工作，稱為位碼。 D721D620D519D418D38D215D114D017E O C7OE9A L E22S T A R T6V r 16G N D13I N 026I N 127I N 228I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75A D D A25A D D B24A D D C23C L O C K10V r +12V C C11A D C 0809+ 5V123312PA0PA1PA2PA3PA5PA4PA6PA7RDP 2 . 5WR 圖 34 ADC0809 與單片機的接口設(shè)計 顯示電路設(shè)計 數(shù)碼管動態(tài)顯示實際是將所有數(shù)碼管的 8 個筆畫段 a～ h的各同名段分別并接在一起，并把他們接在單片機的字段輸出口上。 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。 START和 ALE 互連可以使 ADC0809 在接收模擬量路數(shù)地址時啟動工作。 AD 采樣值為系統(tǒng)的偏差信號，固選擇 ADC0809的 VREF 接 +5V 和 5V。 系統(tǒng)只需要一路信號，選擇 IN0 作為輸入。 AD 轉(zhuǎn)換器選 ADC0809， ADC0809 是一種逐次比較式的 8 路模擬輸入，內(nèi)部具有所存功能，故不需加地址鎖存器。經(jīng)過儀器放大器放大后的電壓輸出送給 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的 INO 口，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。具體電路如圖 33 所示。 OUTe 可以表示為： D01t1 1 V)RR)(RR( R ??? △Re O U T （ 31） 在圖中所示參數(shù)的條件下， OUTe 的靈敏度為 ℃ 。電路中使用的是 1kΩ（ 0℃）的鉑電阻，因為鉑電阻阻值高達(dá) 1kΩ所以不受布線溫度的影響。片選信號 CE 和 IO/M 選擇信號分別接 和 。其基本硬件連接方法如圖 32 所示。下圖 31 為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 [8]此時，若爐膛燃燒工況發(fā)變化使蒸汽溫度上升，造成給定值 和測量值產(chǎn)生偏差，則偏差信號經(jīng)過控制器的方向判斷及數(shù)學(xué)運算后，產(chǎn)生控制信號使噴水閥門以適當(dāng)形式打開噴水流量。 傳 感 器設(shè) 定 值出 口 蒸 汽 溫 度控 制 器 鍋 爐被 控 量蒸 汽 溫 度 圖 28 單回路控制系統(tǒng)方框圖 16 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)的主控部分由單片機構(gòu)成。 方案的確定 不同的控制方法都有自己的優(yōu)點與缺點，由于 此 系統(tǒng)干擾很小可以忽略不計，以上三種方案都能實現(xiàn)對過熱蒸汽溫度的控制，但是從成本上來看單回路控制更經(jīng)濟些，因此經(jīng)過分析采用單回路控制能滿足本設(shè)計的需要，而且單回路控制形式簡單，容易實現(xiàn)。相形之下，一個反饋回路有可能克服多種干擾的影響。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)。這也給實際應(yīng)用增加了麻煩和困難。前饋控制必須使用針對具體過程的干擾和受控輸出變量特性的專用控制器。在多數(shù)的過程控制中，一般都將通過檢測環(huán)節(jié)的信號變換成便于控制的信號。另外，作為被控量的過程變量，如果不先改變其狀態(tài)而把 它直接作為控制系統(tǒng)的信號，在大多數(shù)情況下是不適宜的。然而當(dāng)工況變化時，對象特性發(fā)生變化，這將使得控制質(zhì)量變壞，一般控制效果不好。同時，由于串級系統(tǒng)有主、副兩只控制器，使控制器的總放大倍數(shù)增大，系統(tǒng)的抗干擾能力增強。 [17]在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)定值的不同形式，又可分為定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。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。 調(diào) 節(jié) 器出 口 蒸 汽 溫 度給 水過 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 14 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象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)希望用 s)(1CG 完全抵消擾動的影響。穩(wěn)定情況下，該微分信號為零，與單回路控制系統(tǒng)相同。如圖 26 為前饋控制的原理圖及方框圖。在過 熱蒸汽溫度的控制中，擾動有很多如蒸汽流量擾動、煙氣側(cè)傳熱量的擾動、噴水量擾動等等。 前饋控制方案 為改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，引入導(dǎo)前氣溫微分信號，組成氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有一種策略。 噴 水 減溫 閥 出口 溫 度過 熱 蒸汽 溫 度噴 水 減 溫 閥 出 口 溫 度 測 量過 熱 蒸 汽 溫 度 測 量e 1u 1e 2u 2y 2y 1主 調(diào)節(jié) 器過 熱 器 出口 溫 度 調(diào)節(jié) 器噴 水 減溫 閥 圖 25 串級 PID 控制圖 12 一般在過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，副調(diào)節(jié)回路的動態(tài)特性的遲延和慣性比較小，在這種情況下，副回路的調(diào)節(jié)過 程快得多，當(dāng)副回路消除噴水?dāng)_動時，過熱汽溫度基本上不受影響。 主 調(diào) 節(jié) 器減 溫 器減 溫 水 流 量調(diào) 節(jié) 閥減 溫 水過 熱 器過 熱 蒸 汽 溫 度給 水過 熱 蒸 汽 溫 度給 定 值副 調(diào) 節(jié) 器C過 熱 器 圖 24 蒸汽溫串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 將圖 24 所示過熱蒸汽溫調(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，此串級控制回路是用兩個串聯(lián)的 PID 控制器和一個執(zhí)行器來控制主汽溫度的。由于被控對象 (過熱器通道 )具有較大的延遲和慣性以及運行中要求有較小的溫度控制偏差。如蒸汽流量、火焰中心位置、燃燒工況、煙汽溫度和流速、爐溫變化。 如圖 24 所示為串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖。 調(diào) 節(jié) 器減 溫 器減 溫 水 流 量調(diào) 節(jié) 閥減 溫 水出 口 蒸 汽 溫 度給 水給 定 值入 口 蒸 汽 圖 23 單回路方式原理圖 串級控制方案 過熱器出口蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)采用兩級調(diào)節(jié)器，這兩級調(diào)節(jié)器串在一起，各有其特殊任務(wù)，形成了特有的雙閉環(huán)系統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉環(huán)稱為副環(huán)。當(dāng)過熱蒸汽溫度的測量值等于設(shè)定值時，噴水閥門不動，系統(tǒng)處在動態(tài)平衡狀態(tài)，此時，若爐膛燃燒工況發(fā)變化使蒸汽溫度上升，造成給定值和測量值 產(chǎn)生偏差，則偏差信號經(jīng)過控制器的方向判斷及數(shù)學(xué)運算后，產(chǎn)生控制信號使噴水閥門以適當(dāng)形式打開噴水流量。對象動態(tài)特性是確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律、設(shè)置調(diào)節(jié)器參數(shù)的依據(jù)，那么根據(jù)對象動態(tài)特性和生產(chǎn)過程對控制質(zhì)量的要求，確定調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)值是控制系統(tǒng)投入前要做的一項重要工作。調(diào)節(jié)器和控制對象是單回路控制系統(tǒng)的兩個主 要組成部分。 [25] 減溫器有表面式和噴水式兩種。由于其結(jié)構(gòu)簡單，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。 本設(shè)計主要以控制減溫水流量的變化來闡述對蒸汽溫度的自動調(diào)節(jié)。 總的來說，根據(jù)對過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象做階躍擾動試驗得出的動態(tài)特性曲線可知，它們均為有延遲的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動態(tài)特性參數(shù)值有較大的差別。 （ 3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動下，蒸汽溫度 控制對象的動態(tài)特性比較好。而且改變?nèi)魏我粋€輸入?yún)?shù)（擾動），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得控制對象的動態(tài)過程十分復(fù)雜。當(dāng)擾動發(fā)生后，要隔較長時間才能是 蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時間比較大，滯后時間約為 3060s。 △ QtD , Q0? stTτ0 圖 21 蒸汽量 D 和煙氣傳熱量 Q 擾動 蒸汽溫度在減溫水量擾動下的動態(tài)特性 當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動時，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動地點（過熱器入口）與測量蒸汽溫度的地點（過熱器出口）之間有著較大的距離，此時過熱器是一個有純滯后的多容對象。 [4]煙氣熱量的擾動也幾乎同時影響過熱器管道長度方向各處的蒸汽溫度，故它是一個具有自平衡能力、滯后和慣性都不大的對象，其傳遞函數(shù)可表示為一個二階系統(tǒng)，即： 22212 1 1)( )()( ??? STSTSSsW S ???? (22) 式中： )(sS? 為煙氣溫度 但對象特征總的特點是：有遲延，有慣性，有自平衡能力。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個過熱器長度方向上同時發(fā)生的，因此汽溫變化的遲延很小，一般在 1525s 之間。動態(tài)特性曲線如圖 21 所示。 其傳遞函數(shù)可以表示為： seSTKsD ssW DD ?? ??? 1)( )()( 2 (21) 式中 ： DK — 鍋 爐負(fù)荷擾動時被控對象的放大系數(shù)； ? 一負(fù)荷擾動后對象的滯后時間 ； DT — 對象的時間常數(shù)。結(jié)構(gòu)形式不同的過熱器，在相同蒸汽流量的擾動下，汽溫變化的特性是不一樣的。而對各種不同的擾動，過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性也各不相同?？刂迫蝿?wù)是使過熱器出口溫度維持在允許范圍內(nèi)，并保護(hù)過熱器時管壁溫度不超過允許的工作溫度。本設(shè)計主要考慮的部分是余熱鍋爐蒸汽溫度系統(tǒng)的控制。一般，過熱蒸汽溫度在煙氣擾動下延遲較小，而在減溫水量擾動下延遲較大，這種特性將使過熱蒸汽溫度的控制滯后。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)，并沒有從引起過熱蒸汽溫度波動的源頭入手。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。并且通過仿真驗證來控制效果。 本文的設(shè)計目的，就是針對過熱蒸汽溫度的特點，在深入分析過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的過程，過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象的靜態(tài)特性、動態(tài)特性以及過熱蒸汽溫度控制的設(shè)計難的基礎(chǔ)上，確定在過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用單回路控制的可行性，并考慮根據(jù)蒸汽溫度偏差和偏差的變化情況調(diào)整控制器的參數(shù)，以實現(xiàn)最優(yōu)控制。然而，對于鍋爐內(nèi)部的某些工作機理，人們至今尚未充分掌握。 鍋爐是火力發(fā)電廠單元機組中的主要設(shè)備之一，它是一種系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大和昂貴上的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其內(nèi)部發(fā)生的物理化學(xué)過程非常復(fù)雜，而且各種過程機密耦合，他們相互制約、相互影響。和常規(guī)鍋爐不同，余熱鍋爐中不發(fā)生燃燒過程，也沒有燃燒相關(guān)的設(shè)備，從本質(zhì)上講，它只是一個燃?xì)?— 水蒸 汽的換熱器。為實現(xiàn)上述目的，建議采取以下措施： 4 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)計要與推廣應(yīng)用相結(jié)合； 3）加強與國外的技術(shù)交流，借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗； 4）制定必要的技術(shù)和經(jīng)濟政策，發(fā)揮科研人員的工作積極性。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，制造各種類型、容量和參數(shù)的余熱鍋爐，來滿足是長的需求。因此，余熱利用技術(shù)將由高溫余熱回收技術(shù)轉(zhuǎn)向中，低溫和固體顯熱的余熱回收利用技術(shù)，但在近期仍以發(fā)展高溫余熱回收的鍋爐產(chǎn)品為主。據(jù)預(yù)測， 1990 年，全國余熱鍋爐需要量在 1000 蒸噸 /年以上。余熱鍋爐的作用現(xiàn)已超越了單純的余熱利用，事實上它的作用與工藝流程現(xiàn)代化和防止環(huán)境污染方面已無法截然分開，所以各種類型的余熱鍋爐相繼問世。 我國余熱鍋爐產(chǎn)品技術(shù)水品，除少數(shù)接近或到達(dá)國際上同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平外，大多數(shù)相當(dāng)于國外五、六十年代的水平，其主要差距反應(yīng)在 以下幾個方面： 1）熱利用率低； 2）自