基于PIC单片机的换热站监控系统设计毕业设计.docx
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基于PIC单片机的换热站监控系统设计毕业设计
Contents
Introduction.........................................................................................................................................2
Abstract…...........................................................................................................................................3
1.Theintroduction............................................................................................................................4
1.1Topicsbackgroundandsignificance................................................................................4
1.2Centralheatingthedevelopmentprofile.......................................................................4
1.2.1Foreigncentralheatingstatus..................................................................................5
1.2.2Domesticcentralheatingthedevelopmentstatus.................................................5
1.3Summaryofthischapter.....................................................................................................5
2.Sotheheatexchangestationsystemstructureisintroduced..............................................6
2.1Introductionofheatexchangestation..............................................................................6
2.2Thestructureoftheheatexchangestation.....................................................................6
4.7.4MAX485interfacechipprofile,and39thehardwareinterfacecircuit...........34
5Communicationmonitoringdevice............................................................................................36
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
基于PIC单片机的换热站监控系统设计
摘要：
随着国民经济的飞速进步和人民生活水平的不断提高，低碳、环保、节能、经济成为中国经济发展的热门话题。
在供热发展领域，集中供热日益成为国家供热发展的主要趋势。
换热站是连接一级网和二级网热量交换及与热量分配,在供暖系统中起着重要作用。
目前我国许多换热站运行中存在许多问题，造成大量能源的浪费、严重的污染，导致供暖效率的低下。
本文以换热站供热系统为控制对象，结合实际工程，综合提出了换热站供热系统的控制要求。
将原有锅炉房改造成区域统一提供热源，集中给用户供热。
整个供热系统由热源和热网两个部分组成,热源为供热站，热网部分保证热量的均匀分配，热网又分为一次网和二次网，通过调节一次网供水管的调节阀，改变一次侧的供水流量，从而保证二次侧的供水温度。
最后,此设计的主要原理是基于PIC单片机的控制方案以及具有PID调节功能的换热站控制系统，有效控制调节阀开关及实现循环泵和补水泵的变频控制从而达到节约能源的目的。
关键词：
集中供热换热站PIC单片机
Designofheatexchangestationmonitoringsystem
basedonPICsinglechipmicrocomputer
Xintan
（Mechanical&ElectricalEngineeringCollegeofShandongAgriculturalUniversity,Tai’an,Shandong271018）
Abstract;Withtherapidadvancementofnationaleconomyandincreasingpeople’slivingstandards,LowCarbon,EnvironmentalProtection,EnergyConservationandEconomyhasbecomethehotthemeofeconomicdevelopmentinChina.Inthefieldofheatingareadevelopment,thecentralheatingisincreasinglybecomingthemaintrendofthedevelopmentofthecountryheating.Inthearticle,theHeatExchangeStationheatingsystemisthecontrolobject,combinedwithpracticalengineering,integratedimprovingcontrolrequirementsoftheHeatExchangeStationheatingsystem.Theoriginalboilerroomreformedintotheregionalharmonizationofheat,centralizedheatsupplytousers.ThearticleisbasedonanalyzingthePrinciplesofheatingsupplyimplementationduringthetimeofmovingbackandtransformationofaresidentialdistrictinTianjinCityanddesigningthecontrolsystem.Thewholeheatingsystemconsistsoftwopartsoftheheat-sourceandtheheat-net.Theheat-sourceprovidestheheatfromhotpowerstation.Theheat-netpartlyguaranteesuniformdistributionoftheheat.Theheat-netisdividedintothefirst-netandthesecond-net.Byregulationthecontrolvalveofthefirst-netwater-supplypipetochangetheflowinthefirst-netwater-supplypipeinordertoensurethesuppliedwatertemperatureofthesecond-net.Finally,experimentsshowthatthesystemhasgoodstability,highprecisionadjustment,easytocontrolandbetterenergy-savingeffect.
Keywords:
CentralHeating;HeatExchangeStation;PIC-SingleChipMicrocomputer
1绪论
本文以集中供热的发展情况和存在问题为设计背景，以国内外供热系统现状为依据，重点分析国内外供热的现状和特点，最终，完成符合工艺和节能要求的换热站的设计。
1.1课题背景和意义
本次设计主要以室外季节温度的变化规律为基础，对一次网供热处的进水流量进行控制，并调节二次网供水温度，使用户供热温度控制在一个稳定范围内。
控制系统由PIC单片机、变频器、电动调节阀组成，可以实现全自动控制，基本不需要人工操作。
具有易于控制、操作简便、节约人力物力等优点，而且更加节能。
当然，热力站的设备控制是一个主要部分，同时也要注意其他环节的设计，否则会造成资源的浪费，大大降低节能效果。
目前我国大部分城市的供暖系统自动化程度不高，很多小区换热站仍需要人员监控管理。
由于现场人工控制精度较低，二次网供水系统的压力和温度往往不能达到预期控制要求，为了改善集中供热的效率，现在许多城市都再一次对换热站进行改造，使之自动化程度更高，提高供热质量、降低能源消耗。
本文正是基于以上现状，对某小区供热系统进行有效改造，设计了一套基于PIC单片机的小区供暖换热站控制系统。
从十九世纪末期集中供热技术开始兴起，在经济与科技的带动下，集中供热技术发展迅速。
集中供热为城市提供可靠、稳定的热量来源，同时改善人民的生活质量，并且比传统的分散式供热更加经济环保、供热质量更稳定，具有显著的经济和社会效益。
集中供热的特点：
减少人力、经济简捷、供热稳定、节能减排、改善环境。
集中供热逐渐成为改善城市空气污染和提高能源利用率的重要措施。
城市集中供热的逐步发展，虽然对我国的环境保护和人民生活水平做出了重大贡献，但离发达国家的先进供热水平还相差甚远。
我们要根据自身国情，结合现在我国集中供热的现状，积极地向发达国家看齐，在成本与供热质量相协调的基础上，最大限度的改善我国集中供热现状[1]。
1.2集中供热发展概况
人们在日常生活、工作中需要大量的热能。
热能是否充足、利用率的高低日渐成为衡量人们生活质量的一个重要标准。
现在人们越来越关注节能和环保问题。
取暖是寒冷地区及四季变化明显地区，人们在生活与工作中必要条件之一，因此集中供热不仅关系到人们的生活水平，而且对我国的经济发展有着全局性的作用。
现在，城市供热的主要目标已不再是单纯的扩大供热规模，而是追求供热的合理性、经济性以及如何提高供热效率和控制的精度与自动化程度。
1.2.1国外集中供热现状
国外的集中供热发展大致分为四个阶段：
（1）单纯管理阶段
（2）基础建设阶段（3）综合发展阶段（4）自动化控制阶段。
欧美一些发达国家是集中供热发展很快的国家，从设备、技术、管理等方面都居世界领先水平，有着明显的社会效益、节能效益与经济效益。
美国是世界第一个建立锅炉房，开始集中供热的国家，1877年在纽约建立了第一个区域锅炉房给附近用户供暖。
近年来，日本集中供热系统发展也很迅速，特别是以东京为中心的关东地区，已占日本全国的60%。
俄罗斯（包括前苏联）作为世界强国，由于受地理环境因素的影响，供热系统发展较早，较完善，在国际上都占有领先地位，是世界上集中供热最发达的国家之一，其中莫斯科有世界上最大的热网、最大直径的供热管道、最大功率的热电厂。
1.2.2国内集中供热发展状况
改革开放以来我国热电联产事业迅速发展。
经过60多年的探索与研究已经形成了一套适合我国国情的集中供热系统。
过去热电厂的建设主要是在已有的工业区内搞热电联产，代替分散运行的小锅炉，因而热负荷较快落实，资金易于筹集，建成后能快速的形成供热能力，发挥较好的经济效益。
热电建设中以区域热电厂为主，主要发展一个主企业并兼供周围企业的联片供热，热电厂和企业自备热电厂联合运用，用以相互补充，并发挥各自的有越性，实现供热的一体化发展。
随着城市供热规模的不断扩大和集中供热的快速发展，开始采用20万和30万千瓦的抽汽冷凝供热机组，在非采暖期，这些高参数大容量机组与凝汽机组效率基本相同，而在采暖期具有明显的节能优势，因此在热电联产集中供热中发挥举足轻重的作用。
燃气--蒸汽联合循环热电厂和小型分散型电源，共同实现热电联产与热电煤气三联产的目标，并把此目标提到建设发展日程，进而大力支持及推广应用。
1.3本章小结
本章首先介绍了课题设计研究内容的背景和意义，然后仔细分析了国外集中供热及国内换热站的发展现状。
对当今供热行业有了最基本了解，为以后顺利展开设计工作，奠定了坚实的基础。
2换热站系统组成结构介绍
2.1换热站的简介
换热站和热水管网是连接热源和用户的重要环节，在整个供暖系统中具有相当重要的作用。
换热站是指连接于一次网与二次网并装有与用户连接的相关设备，仪表和控制设备的机房。
它用于调整和控制相关参数（压力，温度和流量），是供热，用热达到安全经济运行的关键，是热量交换，热量分配一级系统监控的调节枢纽。
一般换热站由汽水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环系统、补水泵组成的补水系统三部分构成。
在控制过程中，需要采集大量的物理量，如压力，温度，流量等模拟量参数。
需要通过PIC单片机对这些参数进行实时采集和处理。
2.2换热站的结构
通常换热站内部设备可分为两大部分，即采暖系统和民用生活热水系统，目前我国换热站大部分没有民用热水设施。
今后随着人民生活水平的提高在换热站内应增加生活热水系统来提高集中供暖的效益。
换热站的主要设备有：
水--水（汽--水）换热器、过滤器、补水箱、补水泵、循环水泵、调节阀、热媒参数调节和检测仪表，防止用户热水供应装置生锈和结垢的设备等。
换热站内还安装有热量表及调节供热量的自动调节装置。
2.2.1换热器
换热器是换热站中一个最为重要的部分，它是连接一次管网和二次管网的中间环节，它的主要功能是将一次管网的蒸汽和循环水混合，加热循环水送至用户。
换热站种类很多，换热器按照传递原理可以分为以下几种形式：
（1）直接接触式换热器：
利用冷热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。
这类换热器具有传热效率高、单位体积的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等优点，缺点是仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。
（2）蓄热式换热器：
借助于由固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交换接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。
这类换热器具有结构紧凑价格便宜、单位体积面积大的优点。
适合于汽——汽热交换的场所。
（3）间壁式换热器：
利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。
间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器。
（4）中间载热体式换热器：
把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。
工业中，最为常见的是管壳式换热器、板式换热器以及其他的各种紧凑高效的新型换热器。
①管壳式换热器：
虽然各式各样的换热器使人们选择的范围越来越大，但是由于管壳式换热器具有结构坚固、易于制造生产成本低、弹性大等优点，其在化工生产中仍占据主要地位，在高温高压或有腐蚀性介质的作用中更能显示其优势，是目前使用最广泛的换热器。
管壳式换热器由一些直径较小的圆管加上管板组成管束，外套一个外壳而构成。
管壳式换热器又分为可以做如下划分：
固定管板式换热器。
固定管板式换热器集中了管壳式换热器的优点，因此应用相当广泛。
主要适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高以及壳程结垢不严重的场所。
②浮头式换热器：
浮头式换热器适用于管壳壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场所。
但其缺点是结构复杂笨重，造价比固定板管式高20%左右，材料消耗量大。
管式换热器适用于高温高压的情况，对于壳程需要经常清洗的管束，则采用正方形排列。
一般情况下按三角排列。
填料函式换热器用于腐蚀严重，温差较大的场合，但是壳程压力不能过高，也不能适合于壳程内为易挥发易燃易爆和有毒介质的场合。
管壳式换热器也有不足之处，最主要的就是体积太过庞大，占地面积大，对土建造价影响也大。
③板式换热器：
板式换热器是将薄金属板压制成具有一定波纹形状的换热板片进行叠装，然后用夹板、螺栓紧固而成的一种新型高效换热器，现在正被越来越多的行业所采用。
④折流板换热器：
在折流板换热器内，壳程流体以轴向流动为主，因此降低了壳侧压降。
折流板换热器具有更高的壳侧单位压降与总传热系数特性[2]。
2.2.2循环水泵
在实际换热站系统中,循环水流量控制一般不是连续调节,而是采用台数调节,即采用调整并联运行的循环水泵的台数来改变循环水流量。
循环水泵通常有两种运行方式,单泵运行方式和两台泵并联运行方式。
由于集中供暖系统具有庞大的水路管道，对循环水流量的要求极高，因此本设计使用三台循环泵，两台并联方式运行，一台备用，来保证整个供暖系统循环水流量的稳定性和可靠性。
2.2.3补水泵
换热站供暖系统中水循环系统与供水系统一样需要维持管网压力恒定。
供暖系统中的水加热后经循环泵加压送到用户，再回到加热补充损失。
理想情况下没有水损耗，但由于人为因素以及管网不可避免存在跑、冒、滴、漏现象，导致水压不稳定，所以需要采取措施来维持水压恒定。
本次设计
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