毕业设计-基于AT89C51单片机的锅炉液位控制系统设计Word文档下载推荐.doc

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5锅炉液位的控制方案……………………………………………………………………6

6系统实现…………………………………………………………………………………7

6.1硬件设计…………………………………………………………………………………7

6.1.1输入模块………………………………………………………………………………7

6.1.2键盘/显示模块…………………………………………………………………………8

6.1.3报警模块……………………………………………………………………………9

6.1.4输出模块……………………………………………………………………………10

6.2软件设计………………………………………………………………………………10

6.2.1干扰来源及其预防…………………………………………………………………10

6.2.1.1硬件防干扰…………………………………………………………………………10

6.2.1.2软件防干扰…………………………………………………………………………11

6.2.2软件设计……………………………………………………………………………12

7应用………………………………………………………………………………………14

致谢…………………………………………………………………………………………15

参考文献……………………………………………………………………………………16

附录1主程序……………………………………………………………………………17

附录2定时器T0中断服务程序…………………………………………………………20

基于AT89C51单片机的锅炉液位控制系统

摘要：

本文首先分析了锅炉基本的工艺过程；

针对锅炉汽包水位动态过程，设计了锅炉液位的控制方案，该方案采用了三冲量串级控制来实现对汽包液位的控制；

针对该方案,文中给出了系统的软硬件设计：

硬件方面以AT89C51单片机作为控制系统的中央处理单元，完成对数据采样、运算、Intel8155H初始化、内部资源初始化、定时器初始化，以及键盘扫描、显示、报警等内容的循环处理；

软件程序包括主程序和定时器T0中断服务程序两大模块。

该系统能很好地克服“虚假水位”现象，将汽包液位控制在给定的范围内，保证了生产的正常进行。

关键词：

汽包水位；

串级三冲量控制；

单片机

TheLiquidLevelControlSystemofBoilerBasedonAT89C51SingleChipComputer

StudentmajoringinAutomationingrade2003WuFengling

TutorWangHuajian

Abstract：

Themainbodyofthispaperhaveanalysedfundamentalprocedureofboilerfirst;

Fortheboilervaporbagliquidlevel’sdynamicprocess,wedesignedtheliquidlevelcontrolsystemofboiler.Thisschemeadoptedimpulsethreeandserialcontrolschemetocontrolvaporbagliquid.Thispapergavethehardwaredesignandthesoftwaredesignofthesystemforthisscheme:

ThissystemisAT89C51singlechipcomputerascentraltreatmentelementofcontrollingsystemathardwareaspect,completingtosamplethedata,arithmetic,internalIntel8155H,resourceandtimerhandleaswellascontent'

ssuchaskeyboardscaned,displaying,givinganalarmcycles;

ThesoftwareprogramincludedthehostprocedureandthetimerT0interruptionservicertwobigmodules.Thissystemisabletoovercome"

falseliquidlevel"

phenomenonverywellandtheboilervaporbagliquidlevelhasbeencontrolledwithinthegivenrange.Thisensuredthattheregularityofproducingisinprogress.

Keywords:

boilerliquidlevel;

impulsethreeandserialcontrol;

singlechipcomputer

1引言

汽包液位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，液位过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；

水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而损坏，严重时会发生锅炉爆炸。

尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。

因此，在锅炉运行中，保证汽包水位在正常范围是非常重要的。

本论文首先分析了锅炉基本的工艺过程；

然后进行了锅炉汽包水位动态过程分析，包括给水流量作用下的动态特性分析和汽包水位在蒸汽扰动下的动态特性分析；

其次就是设计了锅炉液位的控制方案；

最后就是系统实现的设计，包括硬件设计和软件设计。

2研究现状及设计目标

本系统与PLC控制系统相比将大大降低使用成本，提高控制运行速度。

经过两个多月的性能测试与分析，该系统能很好地克服“虚假水位”现象，将汽包液位控制在给定的范围内，保证了生产的正常进行，具有一定的应用和推广价值。

3锅炉基本工艺过程分析

图1锅炉的汽水系统

1-给水管；

2-调节阀；

3-省煤器；

4-汽包；

5-下行管；

6-上行管；

7-过热器；

8-蒸汽管

工业锅炉汽水系统如图1所示。

汽包及蒸发管道中贮存着蒸汽和水。

贮存量的多少，是以被测量水位表征的。

给水管道的水经过调节阀，进入省煤器,靠锅炉的烟气加温，然后进入汽包，汽包和上、下行管道内的水被锅炉燃烧系统产生的热量加热成饱和蒸汽，经过热器加热成过热蒸汽，然后进入主蒸汽管道。

当给水流量等于蒸汽流量时，汽包水位就恒定不变。

4锅炉汽包水位动态特性分析

汽包水位的扰动主要有4个来源：

一是给水方面的扰动，包括给水压力的变化和减温器调节阀开度的变化，这个扰动来自给水管道和给水泵；

二是蒸汽负荷的扰动，包括蒸汽管道阻力的变化和蒸汽调节阀开度的变化；

三是燃料量的变化，包括引起燃料发热量变化的燃料热值、燃料压力、含水量等种种因素；

四是汽包压力的变化，压力变化对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统在压力升高时的“自凝结”过程和压力降低时的“自蒸发”过程起作用的。

由于燃料量对汽包水位的影响有传递滞后和容积滞后，影响十分缓慢，可以略去不计。

对于汽包压力的变化往往是由于蒸汽负荷变化引起的，因此，压力的变化可归到蒸汽负荷中去，所以压力变化对汽包水位的影响可略去不计。

这样在锅炉汽包水位的控制系统中，引起汽包水位变化的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水量的变化。

下面我们将着重分析在给水流量（称为内干扰）和蒸汽流量（称为外干扰）扰动下，汽包水位调节对象的动态特性。

4.1给水流量W作用下的汽包水位H的动态特性

如果蒸汽负荷量D不变，给水流量W产生阶跃变化时，汽包水位调节对象的动态方程式可近似表示为：

G（s）=H（s）/Uw（s）=k0/s*e¯

ª

s…………………………………………………………

（1）

图2给水扰动下的水位响应曲线

其中：

s—复参数；

H（s）—液位h（t）的拉氏变换；

Uw（s）—给水流量uw（t）的拉氏变换；

G（s）—锅炉在给水流量变化时的数学模型；

k0—反应速度，即给水流量改变单位流量时，水位的变化速度，（mm/s）/（t/h）；

—延迟时间，s出现时滞的原因是：

给水温度低于汽包内饱和水温度，当给水流量增加时，需从饱和水中吸收部分热量，因此，水位下气泡容积减少，只有当水位下气泡容积变化达到平衡后，给水量增加才与水位变化成比例增加。

表现在响应曲线的初始段，水位的增加比较缓慢，可用时滞特性近似描述。

根据上述，如果给水温度低，则从饱和水中吸收的热量要多些，时滞也要大些。

例如，非沸腾式省煤器锅炉时滞约为30~100s，沸腾式省煤器锅炉的时滞约为100~200s。

反应速度也可用响应时间T0表示。

响应时间是给水流量变化100%时，水位变化所需的时间。

这里，100%表示给水量允许变化的最大范围。

因此，有T0=1/k0。

从

（1）式中可看出，汽包水位在给水流量作用下的动态特性是由一个积分环节和一个延迟环节所组成。

在给水流量扰动下，汽包水位响应曲线如图2所示。

如把汽包及水循环系统当作单水槽对象，水位的响应曲线应该如图2的直线h1所示。

考虑到给水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量，使锅炉的蒸汽产量下降，水面以下的汽包总体积Vs也就相应减少，导致水位下降。

Vs对水位的影响可以用图中的曲线h2表示。

水位的实际响应曲线是h1和h2的总和。

从图2可知，响应过程有一段延迟时间ª

。

给水的过冷度越大，纯延迟时间也越大。

4.2汽包水位H在蒸汽流量D扰动下的动态特性

图3蒸汽流量扰动下的水位响应曲线

在给水量不变的情况下，当负荷蒸汽量发生阶跃变化后，汽包水位调节对象的动态特性可近似表示为：

Gd（s）=H（s）/Ud（s）=-kf/s+k2/（T2s+1）…………………………………………………

（2）

式中：

Ud（s）—蒸汽负荷ud（t）的拉氏变换；

Gd（s）—蒸汽负荷ud（t）作用下锅炉的数学模型；

kf—响应速度，即蒸汽变化单位流量时，水位的变化速度（mm/s）/（t/h）；

k2—响应曲线h2的放大系数；

T2—响应曲线h2的时间常数。

在蒸汽流量扰动下，汽包水位响应曲线如图3