【正文】 信號反饋慢的特點，應(yīng)該從對象的調(diào)節(jié)通道中選擇一個比被調(diào)量反應(yīng)快的中間點信號作為調(diào)節(jié)的補充反饋信號，以改善調(diào)節(jié)通道的動態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。其中起主要作用的是蒸汽流量和減溫水流量兩個方面。過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的主要困難在于引起蒸汽溫度變化的擾動因素很多，不容易控制。由主調(diào)節(jié)器和主信號出口蒸汽溫度，形成的閉環(huán)稱為主環(huán)，可見副環(huán)是環(huán)在主環(huán)之中。測量值最終回到設(shè)定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。如圖23單回路方式原理圖所示，系統(tǒng)引入過熱蒸汽溫度作為反饋量，是典型的簡單控制系統(tǒng)。它們的特性將決定控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，因此討論控制對象的特征參數(shù)和調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)對控制質(zhì)量的影響是非常必要的。減溫器盡可能德安裝在靠近蒸汽出口處，但一定要考慮過熱器材料的安全問題，這樣能夠獲得較好的動態(tài)特性。在運行過程中，改變減溫水流量，實際上是改變過熱器出口蒸汽的熱度，亦改變進口蒸汽溫度。 單回路控制方案單回路控制系統(tǒng)是最基本的控制系統(tǒng)。因此，過熱蒸汽溫度控制的主要任務(wù)就是：（1）克服各種干擾因素，將過熱器出口蒸汽溫度維持在規(guī)定允許的范圍內(nèi)，從而保持蒸汽品質(zhì)合格；（2）保護過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。由圖可見，在減溫水流量擾動下，減溫器出口過熱汽溫的響應(yīng)比過熱器出口汽溫快得多，可以肯定，在噴水減溫過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以減溫器出口過熱汽溫作為導(dǎo)前信號構(gòu)成調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可大大改善控制系統(tǒng)的性能。（2）在減溫水流量擾動下，過熱器出口蒸汽溫度對象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮減減溫器與蒸汽溫度控制點之間的距離，可以改善其動態(tài)特性。圖22 蒸汽溫度在減溫水Ws擾動綜上所述，可歸納出以下幾點：（1）過熱器出口蒸汽溫度對象不管在哪一種擾動下都有延遲和慣性，有自平衡能力。動態(tài)曲線圖如圖22所示。[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： (22)式中： 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： (21)式中： —鍋爐負荷擾動時被控對象的放大系數(shù)； 一負荷擾動后對象的滯后時間； —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，它只是一個燃氣—水蒸汽的換熱器。為實現(xiàn)上述目的，建議采取以下措施：1）改進老式產(chǎn)品，開發(fā)新產(chǎn)品，趕上世界先進水平；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)接近或到達國際上同類產(chǎn)品的先進水平外，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）自控水平落后；3）積灰率高和清除效果差（特別是有色冶煉工藝中的余熱鍋爐）。從1974年到1980年，先后投資擴建余熱鍋爐研究和制造基地，現(xiàn)已形成具有一定的余熱鍋爐研制能力以及科研基地。近十幾年，余熱鍋爐技術(shù)發(fā)展十分迅猛。余熱鍋爐是一種理想的節(jié)能設(shè)備，它不但能節(jié)約能源，而且對提高主流程的質(zhì)量，減輕公害和滿足某些工藝流程要求，都起著十分重要的作用?；騼?nèi)也有一些利用余熱發(fā)電，如炭黑工業(yè)中的低熱值尾氣余熱和硫酸工業(yè)中的硫酸余熱發(fā)電等，所發(fā)的電能主要工廠自用。所以對鍋爐蒸汽溫度的控制非常必要。10℃，長期偏差不允許超過177。因此，必須相當(dāng)嚴格地將過熱汽溫控制在給定值附近。因此，這就需要在現(xiàn)有鍋爐控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進行一定的改進，設(shè)計一種性價比合理的、使用和維護方便的鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)。另外，在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。如果過熱蒸汽溫度過高，則過熱器易損壞，還會使汽輪機內(nèi)部引起過度的熱膨脹，嚴重影響生產(chǎn)運行的安全；如果過熱蒸汽溫度偏低，則設(shè)備的效率將會降低，同時使通過汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加，引起葉片的磨損。過熱蒸汽溫度是火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備的重要參數(shù)，在熱電廠生產(chǎn)過程中，整個汽水通道中溫度最高的是過熱蒸汽溫度。這既包括對鍋爐產(chǎn)汽量和產(chǎn)汽壓力的要求，也包括對鍋爐自身安全、穩(wěn)定運行的要求。[9]從轉(zhuǎn)爐來的煙氣通過熱交換器后，溫度達到旋風(fēng)收塵和化工廠所能接受的數(shù)值，參與后續(xù)生產(chǎn)過程。[11]同時，鍋筒內(nèi)的水通過循環(huán)泵循環(huán)流經(jīng)熱交換器，吸取熱交換器中煙氣的熱量，以獲得能量。它利用轉(zhuǎn)爐吹煉過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈱﹀佂仓械乃h(huán)加熱，并在鍋筒中進行汽水分離，把產(chǎn)生的蒸汽送往廠區(qū)熱力網(wǎng)。本論文采用PID算法鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，并利用仿真軟件Matlab／Simulink對控制算法進行了仿真。溫度測量是溫度控制的基礎(chǔ)，這方面的技術(shù)比較成熟。[1]設(shè)計時采用單回路控制系統(tǒng)對余熱鍋爐的過熱蒸汽溫度進行控制，以AT89S51單片機為核心，包括溫度采集模塊、按鍵處理模塊、溫度顯示模塊、控制輸出模塊、執(zhí)行機構(gòu)模塊和通信模塊等組成。 基于單片機的余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要過熱蒸汽溫度是影響余熱鍋爐安全運行的重要參數(shù)，蒸汽溫度過高會使過熱器壁的金屬強度下降，容易燒壞過熱器。為了保證余熱鍋爐的正常運行，要針對余熱鍋爐的特點設(shè)計控制系統(tǒng)，使出口蒸汽溫度維持在一個設(shè)定值。[12]溫度控制的關(guān)鍵在于測溫和控溫兩個方面。但由于控制對象的越來越復(fù)雜，在溫度控制方面還存在許多問題。[21]關(guān)鍵詞：單回路 過熱蒸汽 單片機 溫度控制IIABSTRACTThe superheated steam temperature is an important parameter that affects the safe operation of the waste heat boiler, the steam temperature is too high will make the metal strength superheater wall down, easy to burn out. In order to ensure the normal operation of waste heat boiler, to design characteristic of the control system for waste heat boiler, the outlet steam temperature maintained at a set value. Designed with a single loop control system for waste heat boiler superheated steam temperature is controlled to AT89S51 microcontroller as the core, including temperature acquisition module, the key processing module, temperature display module, the control output module, actuator modules and munication modules and other ponents. Temperature control is the key to both temperature and temperature. Temperature measurements are the basis for temperature control, this technology is more mature. However, due to more plex control object, the temperature control many problems still exist. This paper uses the PID algorithm boiler temperature control system design, and the use of simulation software MATLAB / SIMULINK simulation of the control algorithm.Keywords: single loop superheated steam microcontroller temperature control III目 錄摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 設(shè)計的背景及意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 設(shè)計的目的 4第2章 余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 6 控制方案選擇 6 影響過熱蒸汽溫度的因素 6 單回路控制方案 9 10 前饋控制方案 12 控制方案的比較和方案確定 14 控制方案的比較 14 方案的確定 15第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 17 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 17 單片機與8155的接口電路 17 信號輸入部分 18 溫度信號采集與處理 18 A/D轉(zhuǎn)換 19 顯示電路設(shè)計 19 信號輸出部分 21 D/A轉(zhuǎn)換 21 420mA標準信號輸出 22 串口與上位機通信電路 22 報警電路設(shè)計 23 鍵盤電路設(shè)計 24 穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 25 單片機最小系統(tǒng) 26 26 27第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 28 軟件設(shè)計思路 28 系統(tǒng)軟件流程圖 28 主程序流程圖 28 采樣子程序 30 數(shù)字濾波 30 中斷服務(wù) 31 顯示環(huán)節(jié)軟件設(shè)計 33 上位機控制軟件設(shè)計 34 PID子程序 35第5章 系統(tǒng)的仿真 38 仿真工具 38 MATLAB及其模糊邏輯工具箱和仿真環(huán)境 38 MATLAB概況 38 39 PID算法的設(shè)計及分析 40 40 41 基于Matlab仿真 44結(jié) 論 47致 謝 48參考文獻 49附錄1 設(shè)計系統(tǒng)部分源代碼.............................................................................51附錄2 系統(tǒng)硬件圖............................................................................................54VICONTENTSABSTRACT IABSTRACT IIChapter 1 Introduction 1 Design background