【正文】 如果 RST 引腳上持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)；當 RST 從高電平轉(zhuǎn)為低電平后，CP。AT89C51 的 RST 引腳是復位信號的輸入端。除了進入系統(tǒng)的正常初始化外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，也需重新啟動單片機，使其復位。圖 39 為單片機的最小系統(tǒng)。29位位LEDQ1PNPVCCR22KR12Kwarm+圖 38 聲光報警電路 AT89C51 的最小系統(tǒng)單片機想正常運行必須具備的條件：；；；，31 引腳必須接+5V。如圖 38 所示聲光報警電路：當水位正常時，無報警；當水位高于上限水位、低于下限水位時，單片機 口給 warn 一個低電平信號來導通三極管8550 以驅(qū)動蜂鳴器和 LED 燈，進行系統(tǒng)聲光報警。本設計根據(jù)控制要求，當測出采樣值大于 180mm 或小于180mm 時，報警系統(tǒng)啟動，且系統(tǒng)能自動調(diào)整參數(shù)。實時地讀取給水流量和蒸汽流量的數(shù)值大小。當28RS=0，RW=0 時，寫指令操作；當 RS=0，RW=1 時，寫數(shù)據(jù)操作；當RS=1，RW=0 時，讀指令操作；當 RS=1，RW=1 時，讀數(shù)據(jù)操作。AT89C51 與 LM032L 的接口電路如圖 37 所示。在單片機系統(tǒng)中，LCD 是一種很重要的外設。由于液晶顯示器具有體積小、重量輕、低電壓、微功耗、抗干擾能力強等優(yōu)點，所以其應用特別廣泛，從電子表到計算器，從袖珍式儀表到便攜式微型計算機，以及一些文字處理機，都用到了LCD。1 23411LM324123411LM324R210KR310KRs25R11K R11KD1R5250+12V12V+12V1V420mAIoutVin12VVa VbnPnpA1A2圖 36 V/I 轉(zhuǎn)換電路根據(jù)虛短虛斷的概念可得到：（虛短） （34）npinVA1?27 （35）outnVA21? （36）??baoutR? （37）in?1 （38）outsbaIV? （39）12Rtsin? （310）Isinout?此線路設計可用于 0～5V 轉(zhuǎn)為 4～20mA 的電流環(huán)，然后需要設置參考點電壓為負即可，如果參考點 為 0V,則輸出電流值為 0～20mA； 為1VrefVrefV時，輸出電流值為 4～20mA [13]。本設計采用雙運放、雙電源之電流環(huán)形路將 0～5V 轉(zhuǎn)為 4～20mA。要想得到標準的0～5V 電壓，只需將 選為5V,輸出范圍為 0～ ，完成 0～5V 的標準電refV壓輸出。56refV顯然， 和 B 成正比關(guān)系。此圖為單級性輸出電路圖，在加 為負電壓時，輸出為正極性。 亦如此。約 1S 后1CSIout1 和 Iout2 就有穩(wěn)定電流的輸出。將 ILE 接+5V。本系統(tǒng)中只需要一路 D/A 轉(zhuǎn)換，采用的單緩沖工作方式。該工作方式多用于 2 路 D/A 轉(zhuǎn)換接口場合，每一路模擬輸出都接一片 DAC0832,并要求同步進步 D/A 轉(zhuǎn)換輸出 [12]。這時 DAC0832 相當于12?LEILERSLE??1單片機的一個外部 RAM 單元，CPU 用一條 MOVX 指令就可以完成 D/A 轉(zhuǎn)換。07~DI兩個鎖存器之一始終處于直通狀態(tài)，另一個鎖存器處于受 CPU 控制狀態(tài)。當 ILE=1 時， 、 、 和 均為 0。該芯片的各管腳功能如下： 為片選端，低電平有效； 為寫使能控制端， =0 時，CS1WR1WR允許數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器； 為寫使能控制端， ＝0 時，允許輸入鎖存2R2器的內(nèi)容存入數(shù)據(jù)寄存器；ILE 為輸入鎖存器的使能端，高電平有效；、 為 DAC 的電流輸出端； 為傳輸控制端，低電平有效；1OUTI2 XFE為基準電壓端，范圍為10～+10V ；VCC 為正電源電壓端； 為內(nèi)部電refV fbR阻，為外接運算放大器提供反饋電阻。該電路采用雙緩沖寄存器，使它能方便地應用于多個 DAC 同時工作的場合。本設計采用的是 DAC0832 轉(zhuǎn)換器，其與單片機接口方便，轉(zhuǎn)換控制容易，且價格便宜，在實際中得到了廣泛應用。D/A 轉(zhuǎn)換器的功能是將一組輸入的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為在時間上是連續(xù)的模擬量輸出，輸出模擬量形式有電流型和電壓型兩種。但是單片機內(nèi)部運算和輸出的數(shù)據(jù)都是數(shù)字量，而控制對象的參數(shù)是模擬量。123411LM32412V+12VR1200 C1R2100KR3100KR4 25KR51KIV圖 34 I/V 變換電路通過上面電路的轉(zhuǎn)換，我們就可以把 4～20mA(DC)轉(zhuǎn)換成標準電壓信號1～5V(DC),送到 TLC1543 中進行轉(zhuǎn)換。利用同相放大電路，把電阻 R1 上產(chǎn)生的輸入電壓變成標準的輸出電壓。 RST9 XTAL219 VSS20 23 25 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 33 35 37 39VCC 40AT89C51A89 GND10A01 A12A23 A34A45 A56A67 A78VCC 20EOC 19I/O CLOCK 18ADDRESS 17DATA OUT 16CS 15REF+ 14REF 13A10 12A9 11TLC1543+5V+5V圖 33 AT89C51 與 TLC1543 的接口電路 I/V 變換電路由于現(xiàn)場變送器的輸出信號為 4～20mA，所以需要設計電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將 4～20mA 轉(zhuǎn)換成標準電壓信號 1～5V,然后再將電壓信號輸入到采樣保持器中，讓 TLC1543 接受標準統(tǒng)一的 1～5V 電壓信號。前 4 個時鐘從 端裝載地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后 6 個時鐘對模擬輸入的采樣提供控制時序。隨后，CPU 向 端提供 4 位通道地址。當 =1 時，工作狀態(tài)被禁止，當 =0 時，TLC1543 開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。A89GND10A01A12A23A34A45A56A67A78VCC 20EOC 19I/O CLOCK 18ADDRESS 17DATA OUT 16CS 15REF+ 14REF 13A10 12A9 11圖 32 TLC1543 的引腳排列TLC1543 與 AT89C51 采用串行數(shù)據(jù)通信，芯片的 3 個輸入端和 1 個輸出端與 AT89C51 的 I/O 口可直接連接，具體連接方式如圖 33 所示。TLC1543 采用 20 腳 DIP 封裝，引腳排列如圖 32 所示。實現(xiàn)模擬量變換成數(shù)字量的設備為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）簡稱 A/D。這種控制方式簡單，操作方便，可靠性高。單片機A / D 轉(zhuǎn)換電路上位機汽包水位給水流量蒸汽流量電源模塊D / A 轉(zhuǎn)換電路故障報警電路給水調(diào)節(jié)閥鍵盤液晶顯示圖 31 三沖量余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)整體框圖在信號檢測的過程中，汽包水位信號、蒸汽流量信號和給水流量信號，它們經(jīng)過各自的變送器再作 I/V 變換，轉(zhuǎn)換成 0～5V 的標準信號，接入 A/D轉(zhuǎn)換電路進行 A/D 轉(zhuǎn)換并送入單片機，這些信號在單片機中進行數(shù)據(jù)處理并與給定值比較，該系統(tǒng)還配有一路控制信號的輸出端口，即通過 D/A 轉(zhuǎn)換電路把比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為一路模擬電壓控制信號輸出，考慮到電壓信號不利于遠距離傳輸，并且多數(shù)電動閥門的控制信號為電流信號，所以本設計還配有一個V/I 轉(zhuǎn)換器，把電壓控制信號轉(zhuǎn)換成標準的 4～20mA 電流信號，用于控制閥門的開度。= （219）hK??????30420mA20第 3 章 硬件電路設計本設計采用 AT89C51 作為核心控制芯片,及其相關(guān)硬件來實現(xiàn)余熱鍋爐汽包水位的控制。根據(jù)設計要求可知，水位的測量范圍為300 ～300mm [9]。= （218）uK????19 液位變送器轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算由于本設計的目的是控制水位穩(wěn)定，而整個控制系統(tǒng)的基礎是對水位的準確測量，因此水位能否準確測量直接關(guān)系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣。= （217）dK???? 給水調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算此系統(tǒng)的執(zhí)行器選擇調(diào)節(jié)閥，因為它可以直接改變給水量，反應時間短，有利于系統(tǒng)控制品質(zhì)的改善，它是控制系統(tǒng)的一個很重要的環(huán)節(jié)，它接收控制器的輸出信號，執(zhí)行最終任務。根據(jù)所給設計的目標，給水流量測量范圍：0～500T/h，選擇輸入量程所對應的給水流量為 500T/h，輸出量程為 4～20mA。水位mADC檢測變送器可采用 1151 差壓式變送器；流量變送器可采用渦街式流量計；給水調(diào)節(jié)閥采用電動的。vK 儀表的選擇與各變送器轉(zhuǎn)換系數(shù)的確定本系統(tǒng)共需要選擇三個檢測儀表以及一個線性給水調(diào)節(jié)閥。17 執(zhí)行機構(gòu)的傳遞函數(shù)執(zhí)行器接受控制器的命令執(zhí)行控制任務，由于在石油、化工等過程控制中，執(zhí)行器最終是以閥門的形式出現(xiàn)，所以，執(zhí)行器往往被稱為控制閥或調(diào)節(jié)閥。T受測量元件安裝位置的限制，被測參數(shù)變化的信號傳遞到檢測點需要花費一定的時間，因而就產(chǎn)生了測量純滯后 。一階滯后環(huán)節(jié)的時間0Ksm常數(shù) 經(jīng)測量為 =。在給水流量單位階躍擾動下，水位反應曲線的飛升速度，即水位的變化速度 = 。蒸汽流量 D 及其蒸汽流量變送器未包含在這兩個閉合回路之內(nèi)，但它的引入可以改善控制質(zhì)量，且不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性 [7]。15WKH??sGp???sGcDHWDrH+ +圖 29 單級三沖量控制系統(tǒng)方框圖其中：—水位設定值；rHH—水位值；W—給水流量；D—蒸汽流量；—調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；??sGc—被控對象傳遞函數(shù)；p—執(zhí)行機構(gòu)傳遞函數(shù)；?K、 、 —給水流量、蒸汽流量和鍋爐水位等測量裝置的傳遞函WDH數(shù)。“虛假水位”現(xiàn)象。 方案選擇通過以上方案的比較，我選擇了汽包水位三沖量控制系統(tǒng)。變送器調(diào)節(jié)機構(gòu)變送器變送器汽包調(diào)節(jié)器HD+++rHW 圖 28 單級三沖量控制系統(tǒng)框圖三沖量控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：相對單沖量和雙沖量控制系統(tǒng)，其控制品質(zhì)最好，能有效地滿足系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定性和準確性的要求，能有效地避免“虛假水位”現(xiàn)象。必須指出，引入蒸汽流量信號只是削弱了假水位期間調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤動作，并不能消除假水位現(xiàn)象，并且由于水位 H 對負荷（蒸汽量）擾動 D 的響應速14度要比對基本擾動 W 的響應速度快的多，因此，在外部擾動下被調(diào)量的變化幅度還是比較大，必須對負荷變化的幅度加以限制。只要參數(shù)整定合適，當系統(tǒng)恢復平衡狀態(tài)以后，給水流量必然等于蒸汽流量，水位 H 也會維持在設定值。實際給水量是增加還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定。這個系統(tǒng)對上述兩種方案取長補短，極大的提高了水位控制質(zhì)量。所謂三沖量，指的是引入三個測量信號：汽包水位、給水流量、蒸汽流量。但雙沖量水位控制系統(tǒng)仍存在兩個問題，一是調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定為線性特性，要做到完全靜態(tài)補償比較困難；其次是給水壓力擾動對汽包水位的影響不能及時消除。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不能保持正常時，不宜采用雙沖量控制 [5]。在給水流量比較平穩(wěn)時，采用雙沖量控制是能夠達到控制要求的。圖 2圖 27 是典型的雙沖量控制系統(tǒng)的原理圖及框圖。考慮到蒸汽負荷的擾動可測而不可控，因此可將蒸汽流量信號引入系統(tǒng)作為前饋信號，與汽包水位組成前饋反饋控制系統(tǒng)，通常稱為雙沖量控制系統(tǒng)。為了克服上面三個問題，除了依據(jù)汽包水位之外，也可依據(jù)蒸汽流量和給水流量的變化來控制給水閥，將能獲得良好的控制效果，這就產(chǎn)生了雙沖量和三沖量水位控制系統(tǒng)。負荷變化時，需引起汽包水位變化后才起控制作用。因此這種系統(tǒng)克服不了虛假水位帶來的嚴重后果。例如，蒸汽負荷突然大幅度增加時，虛假水位上升，此時控制器不但不能開大給水閥，增加給水量，反而關(guān)小控制閥，減少給水量。但是，單沖量控制系統(tǒng)存在三個問題。圖 25是單沖量水位控制系統(tǒng)框圖。 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)即汽包水位的單回路水位控制系統(tǒng)，圖 24 所示是典型的單回路控制系統(tǒng)。：即在單沖量系統(tǒng)的基礎上引入了蒸汽流量信號。期間主要經(jīng)歷了上世紀三四十年代單參數(shù)儀表控制，四五十年代單元組合儀表綜合綜合參數(shù)儀表控制，以及六十年代興起的計算機控制等幾個階段。 控制系統(tǒng)的方案汽包水位的控制問題伴隨著鍋爐的出現(xiàn)而出現(xiàn)，長久以來一直是控制領(lǐng)域的一個典型的難問題。對于一般100~300t/h 的中高壓鍋爐，當負荷變化 10%時，虛假水位可達 30~40mm。 （210）????1221 ?????sTKsDHsf式（210 ）中：K —飛升速度，即在蒸汽流量變化單位流量時水位的變化速度， ；f htsmK —響應曲線 H 的放大系數(shù)；22T —響應曲線 H 的時間常數(shù)。從圖 23 中可看出，當蒸汽變量加大時，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在一開始，水位不僅不下降，反而迅速上升，然后再下降；反之，蒸汽流量突然減少時，