【正文】 換遠(yuǎn)比水差，管壁就不能得到良好的冷卻，易過熱而燒壞。鍋爐的水循環(huán)有自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種。左邊的管束受到高溫?zé)煔獾募訜?，管中產(chǎn)生蒸汽，稱為上升管。由于左邊管子里形成汽水混合物，重度較小。鑒于兩邊管子里流體的重度不同，左邊管子內(nèi)的汽水混合物就自然上升，右邊的管子里的水 就 自然下降，回路中的水和汽水混合物就產(chǎn)生了自然循環(huán)。 如果在鍋爐水回路中設(shè)置循環(huán)水泵，使水在外力的驅(qū)動下產(chǎn)生運動，這種水循環(huán)稱為強制循環(huán)。汽包及蒸發(fā)管道中貯存著蒸汽和水，貯存量的多少，是以被測量水位表征的。當(dāng)給水流量等于蒸汽流量時，汽包水位就恒定不變。 汽包水位的擾動主要有 4 個來源：一是給水方面的擾動，包括給水壓力的變化和調(diào)節(jié)閥開度的變化，這個擾動來自給水管道和給水泵；二是蒸汽負(fù)荷的擾動，包括蒸汽管道阻力的變化和蒸汽調(diào)節(jié)閥開度的變化；三是燃料量的1 2 3 5 6 圖 1 鍋爐的汽水系統(tǒng) 4 7 8 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 變化，包括引起燃料發(fā)熱量變化的種種因素；四是汽包壓力的變化，壓力變化對汽包水位的影響是通過汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)在壓力升高時的“自凝結(jié)”過程和壓力降低時的“自蒸發(fā)”過程作用的。對于汽包壓力的變化往往是由于蒸汽負(fù)荷變化引 起的，因此，壓力的變化可歸到蒸汽負(fù)荷中去，所以壓力變化對汽包水位的影響可略去不計。下面我們將著重分析在給水流量（稱為內(nèi)干擾）和蒸汽流量（稱為外干擾）擾動下，汽包水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性。從（ 1）式中可看出，汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性是由一個積分環(huán)節(jié)和一個延遲環(huán)節(jié)所組成 。如把汽包及水循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)作單水槽對象，水位的響應(yīng)曲線應(yīng)該如圖 2 的直線 1h 所示。水面一下的河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 汽包總體積也就相應(yīng)減少，導(dǎo)致水位下降。水位的實際響應(yīng)曲線是 1h 和 2h 的總和。給水的過冷度越大，純延遲時間也越大。 在蒸汽流量擾動下，汽包 水位響應(yīng)曲線如圖 3 所示?！疤摷偎弧碑a(chǎn)生的主要原因是蒸汽流量增加，汽包內(nèi)的氣壓下降，爐水沸點降低，使?fàn)t管和汽包混合物中的汽容積增加，體積 膨大，引起汽包水位上升。 39。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、投資少、結(jié)構(gòu)易實現(xiàn)，用于小型低壓鍋爐。 在停留時間較短，負(fù)荷變化較大時，就不能采 用單沖量液位控制系統(tǒng)。 2) 負(fù)荷變化時，從負(fù)荷變化到水位下降再到調(diào)節(jié)閥動作，滯后時間太長，如果水位過程時間常數(shù)很小，偏差必然很顯著。 在汽包的水位控制中，最主要的擾動是負(fù)荷的變化，那么引入蒸汽流量來校正，不僅可以補償“虛假水位”所引起的誤動作，而且使給水調(diào)節(jié)閥的動作及時，這就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。加法器的輸出 = SC PSP ??? +初始偏差。 如果蒸汽作為工藝生產(chǎn)中的熱源時，為保護(hù)設(shè)備，給水閥宜選用氣關(guān)（ ）閥，當(dāng)蒸汽流量加大時，給水流量亦要相應(yīng)增加，此時選用氣關(guān)閥，加法器的輸出應(yīng)減小，即 S? 應(yīng)該取負(fù)號。初始偏差設(shè)置的目的是：正常負(fù)荷下，調(diào)節(jié)器和加法器的輸出都能有一個比較適中河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 的數(shù)值，最好在正常負(fù)荷下初始偏差與前饋（蒸汽流量 FTs）SSP? 項恰好抵消。為此將引入給水流量信號，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。圖 6 為三沖量控制方案 I 方框圖 圖 5 雙沖量控制系統(tǒng)方框圖 LC ? FTs 省煤器 蒸汽 給 水 Ps S? Pc 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 關(guān)于系數(shù) S? 和 W? 作用與設(shè)置 1) 用來保證物料平衡 即在 DaW ??? 的條件下，蒸汽流量信號 SPS?? 與給水流量信號 PWW?? 應(yīng)相等，依據(jù)這條原則，可以確定 S? 和 W?的比值。 II蒸汽流量前饋 給水流量串級控制系統(tǒng) 方案 I 與方案 II相似，僅是加法器位置從調(diào)節(jié)器前移至調(diào)節(jié)器后。 加法器的輸出 = PWWPsSPc ????? ?? 催化裂化裝置產(chǎn)汽及余鍋汽包采用氣關(guān)（ ）式的保圖 6 三沖量控制系統(tǒng) I 方框圖 LT ? FTs 省煤器 蒸汽 給水 Ps S? Pc LC FTs Pw W? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 位給水閥，當(dāng)蒸汽流量加大時，給水流量亦要相應(yīng)增加，此時選用氣關(guān)閥，加法器的輸出應(yīng)減小，即應(yīng)取減號。 單沖量液位控制是汽包液位自動控制中最簡單最基本的一種形式，是典型的單回路定值控制系統(tǒng)，但它不能克服“虛假液位”的影響，而且沒有給水 流量信號的反饋，所以液位波動較大。該控制系統(tǒng)的特點是：引入的蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響，當(dāng)蒸汽流量變化時，就有一個給水量與蒸汽量向同方向變化的信號，可以減小或抵消由于“虛假液位”引起的給水量與蒸汽量反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥從一開始就向正確的方向移動。而且引入的蒸汽流量的前饋信號，能改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。 當(dāng)給水壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時，不宜采用雙沖量控制；另外在大型鍋爐的控制中，鍋爐容易越大，壓力越來越高，汽包的相對容水量就越小，允許波動的儲水量就更少。 三沖量液位控制系統(tǒng)抗干擾能力強，適用于大中型中壓鍋爐。 三沖量控制方案 II：與方案 I 比較，其加法器從調(diào)節(jié)器前移至調(diào)節(jié)器后，即使出現(xiàn)物料不平衡的現(xiàn)象，只要液位有偏差，調(diào)節(jié)器的積分作用就能消除偏差。系統(tǒng)中的鍋爐水位 H 被控變量，是主控制變量，蒸汽流量 FTs 和給水流量 FTw 是兩個輔助控制變量，由蒸汽前饋及補償系統(tǒng)通過相應(yīng)的計算和輸出來保證水位穩(wěn)定。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增大，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥閥門開度增大，大大削弱了由于“虛假水位”引起的誤動作，因而減小了水位和給水流量的波動幅度。另外，給水流量信號也是調(diào)節(jié)器動作后的反饋信號，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以三沖量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器動作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動和失控。主調(diào)節(jié)器采用 PID控制算法，副調(diào)節(jié)器采用 P 控制算法。 由于汽包液位波動較大，一般選用平衡容器測量汽包液位 。將托盤液面高于正取壓端口做負(fù)遷移，則差壓變送器量程所對應(yīng)的平衡管正壓端水柱壓力的變化就能真實反映汽包液位的變化。如果高壓蒸汽供給蒸汽透平壓縮機的重要負(fù)荷，為保護(hù)這些設(shè)備以選用氣開（ ）閥為宜。綜合起來考慮，一般選帶保護(hù)裝置（ ）的給水閥，即事故狀態(tài)停在原位。由于流經(jīng)給水閥的除氧水壓力為 ，溫度為 104℃，極宜產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。對于重度汽蝕，一般給水閥選用多級高壓調(diào)節(jié)閥，使高壓除氧水在流過調(diào)節(jié)閥多級節(jié)流孔后逐漸降壓，而每級閥芯上只承擔(dān)一部分壓差，使節(jié)流后的壓力在閥的部分恢復(fù)不到流體的飽和蒸汽壓力，可以有效的避免汽蝕現(xiàn)象，也有效的防止了汽蝕引起的噪聲振動 和對閥芯底座的侵蝕。這樣可以減少非線性對系河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響。它們的顯示儀表的量程應(yīng)選擇的相同，其范圍應(yīng)比額定蒸汽負(fù)荷大一些，以保證鍋爐在額定負(fù)荷下的給水流量有波動的余地。該公司繼 1976 年推出 48系列 8 位單片機之后，又于 1980 年推出了 51系列高檔 8 位單片機。為了敘述方便，今后如不作說明，則常用 8051 代表 51 系列單片機。每一個單片機包括： 1) 一個 8 位的微處理器（ CPU）。 3) 一個 8 位的微處理器（ CPU）。 5) 片內(nèi)程序存儲器 ROM/EPROM（ 4KB/8KB），用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 6) 四個 8 位并行 I/O接口 P0~P3，每個口即可以用作輸入，也可以用作輸出。 8) 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 10) 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。 以上各個部分通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線相連接。它是一個功能很強的單片微型計算機，但由于 8051 片內(nèi)為掩膜ROM，內(nèi)部程序不能改寫，不便于實驗和開發(fā)。 ? 51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051/8751/8031 芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)除 ROM/EPROM不同外，其完全相同。 一個完整的計算機應(yīng)該由運算器、控制器、存儲器（ ROM及 RAM）和 I/O接口組成。和一般微處理器相比， 8051 增加了四個 8 位 I/O口、一個串行口、 4KBROM、 128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（ SFR）。 一、 中央處理單元（ CPU） CPU 是單片機的核心，是計算機的控制和指揮中心，由運算器和控制器組成。 ALU：可對 4 位（半字節(jié)）、 8 位（一字節(jié)）和 16位（雙字節(jié)）數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 ACC：累加器 ACC經(jīng)常作為一個運算數(shù)經(jīng)暫存器 2 進(jìn)入ALU的輸入端，與另一個來自暫存器 1 的運算數(shù)進(jìn)行運算，運算結(jié)果又送回 ACC。同一般微處理一樣，它是最繁忙的一個寄存器了。 PSW：程序狀態(tài)字寄存器， 8 位，用于指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息，相當(dāng)于一般微處理器的標(biāo)志寄存器。 B： 8 位寄存器，在乘、除運算時， B 寄存器用來存放一個操作數(shù)，也用來存放運算后的一個分結(jié)果；若 不做乘、除運算時，則可作為通用寄存器使用。 2. 控制器 控制器包括程序計數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、振蕩器及定時電路等。 PC 實際上是程序的字節(jié)地址計數(shù)器。改變 PC的內(nèi)容就可改變程序執(zhí)行的方向。 指令寄存器 IR及指令譯碼器 ID：由 PC 中的內(nèi)容指定 ROM地址，取出來的指令經(jīng)指令寄存器 IR送至指令譯碼器 ID，由 ID對指令譯碼并送 PLA 產(chǎn)生一定序列的控制信號，以執(zhí)行指令所規(guī)定的操作。 振蕩器及定時電路： 8051 單片機內(nèi)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容（ 2 個 30PF 左右），其頻率范圍為 ～ 12MHZ。 8051 同其他計算機一樣，在基本節(jié)拍的控制下協(xié)調(diào)地工作，就像一個樂隊按著指揮的節(jié)拍演奏一樣。 1. 程序存儲器 （ ROM） 8051 及 8751 的片內(nèi)承襲存儲器容量為 4KB，地址從0000H開始，用于存放程序和表格常數(shù)。 3. 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 8051/8751/8031 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器均為 128KB，地址為00H～ 7FH，用于存放運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。 8051 的片內(nèi) RAM 和工作寄存器排在一個隊列里統(tǒng)一編址。在 128 字節(jié) RAM單元中有 21個特殊功能寄存器 、P0 驅(qū)動器 P2 驅(qū)動器 RAM地址寄存器 128BRAM P0 鎖存器 P2 鎖存 器 4KBROM ALE PSEN EA RST ~ ~ VCC VSS 圖 9 8051 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 （ SFR），這些特殊功能寄存器還包括 P0～ P3口鎖存器。它們都是雙向端口，每個端口各有 8 條 I/O 口線，均可輸入 /輸出。 ? 51單片機引腳及其功能（附圖 10） B 寄存器 暫存器 1 暫存器 2 ACC SP ALU PSW 中斷、串行口和定時器 P1 鎖存器 P3 鎖存器 P1 驅(qū)動器 P3 驅(qū)動器 OSC 程序地址寄存器 緩沖器 PC 增 1 DPTR PC 定時控制 指令譯碼器 指令寄存器 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 E A / V PX1X2R E S E T / V P DRDP 3. 6 / W RP 3. 2 / I N T 0P 3. 3 / I N T 1P 3. 4 / T 0P 3. 5 / T 1P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7P 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 4P 2. 5P 2. 6P 2. 7P S E NV C CP 3. 0A L E / P R O GP 3. 1V S S8 05 1 圖 10 各引腳功能簡要說明如下： 1. 電源引腳 Vcc和 Vss Vcc(40腳 )：電源端，為 +5V。 2. 時鐘電路引腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL2（ 18腳）：接外部 晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。 要檢查 8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2端是否有脈沖信號輸出。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。當(dāng)此輸入端保持兩個機器周期（ 24 個時鐘振蕩周期）的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 電平規(guī)定值時，將 +5V 電源自動接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲在 RAM 中的信息不丟失，從而使復(fù)