文档介绍：该【自动化专业毕业设计 】是由【1781111****】上传分享，文档一共【56】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【自动化专业毕业设计 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..摘要过热蒸汽温度作为工业锅炉运行中的一项重要参数,反映出设备运行的经济性和安全性,锅炉过热蒸汽温度过高或过低,都将给安全生产带来不利影响,必须严格地将温度控制在给定值附近。锅炉过热蒸汽温度被控对象是一个多容环节,具有大延迟、大惯性以及时变性等特性,干扰因素多,属于可控性比较差的一个调节对象。针对锅炉过热蒸汽温度的上述特点,本文在分析了锅炉过热蒸汽温度的调节任务,温度调节对象的静、动态特性,控制难点和设计原则的基础上,充分利用模糊PID控制的动态特性好和PI调节能消除静态偏差的特性,通过调整模糊PID控制器的控制规则,改善了控制系统的系能。本文设计了一种基于AT89C52单片机的锅炉过热蒸汽温度监控系统,这种方案可大大提高锅炉工作效率和控制精度,使锅炉过热蒸汽温度按实际生产稳定在一定范围,提高锅炉工作的安全性,有助于自动化水平的提高。并且利用单片机实现温度监控,具有成本低廉、可靠性高、结构简单等特点。关键词:过热蒸汽;温度;模糊PID控制;单片机1:..ABSTACTSuperheatedsteamtemperatureisanimportantparameterintheoperatecourseoftheindustryboiler,,willallbringdisadvantageeffecttothesafeproduction,-containerelement,ithasabigdelaycharacteristicandavarietymodelwithvarietytimecharacteristic,italsohasmanydisturbances,,thisdissertationstudiedtheapplicationofFuzzy-positeserialcontrolintheboilertemperaturesystemofboilerbythefullyuseofboththegoodharacteristicsoffuzzyPIDcontrolandeliminatingstaticdeviationofPIcontrolonthebaseofanalysistotheadjustmissionoftheboilertemperature,haracteristicsoftheboilertemperatureobject,,,thisprojectcangreatlyimprovetheefficiencyuracy,theboilersuperheatedsteamtemperaturestablesincertainscopeaccordtoactualproduction,italsocanimprovethesafetyofboiler,,:SuperheatedSteam;Temperature;FuzzyPIDControl;SingleChip2:..目录1绪论.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................92锅炉过热蒸汽温度控制系统的概述........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................163控制系统的设计............................................................................................................、动态特性及控制参数选择原则..............................................................................................................................................................................................................................................................、变送器选择..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................364控制系统的硬件设计............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................435控制系统的软件设计....................................................................................................453:............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................506结论与展望....................................................................................................................52参考文献...........................................................................................................................54致谢...................................................................................................................................55附录1系统硬件原理图..................................................................................................564:..,它是一个多参数、多回路、非线性、大滞后、强耦合的控制系统。它的过程控制受汽包水位、炉膛温度、蒸汽压力、锅炉燃烧状况、炉膛负压、炉膛温度、蒸汽流量等各种因素的影响。由于工业锅炉的重要产品是蒸汽,因此,锅炉过热蒸汽温度控制是锅炉各项控制因素中最为重要的之一。由于控制因素的复杂性,我们只针对过热蒸汽温度进行控制,忽略其它因素的影响,是锅炉控制系统中简化过程。过热蒸汽有其本身的应用领域,如用在发电机组的透平,通过喷嘴至电机,推动电机转动。但是过热蒸汽很少用于工业制程的热量传递过程,这是因为过热蒸汽在冷凝释放蒸发焓之前必须先冷却到饱和温度,很显然,与饱和蒸汽的蒸发焓相比,过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量是很小的,从而会降低工艺制程设备的性能。温度是工业生产过程中最常见的控制参数之一,对温度的测量和控制具有很大的实际应用价值和应用前景。特别是在很多工业场合,温度控制的好坏直接影响产品的质量、设备运行的安全性和经济性,例如在锅炉过热蒸汽温度的控制中,整个过程都要求对温度进行严格的控制和测量。通常过热器正常运行时的温度已经接近材料允许的极限温度,因此,必须相当严格地将锅炉过热蒸汽温度控制在给定值附近。一般中、高压锅炉过热蒸汽温度的暂时偏差不允许超过±10oC,长期偏差不允许超过±5oC,这个要求对锅炉控制系统来说是非常高的。温度偏差高会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏,威胁机组的安全运行。温度偏低则会降低机组的热效率,增加燃料消耗量,浪费能源,同时会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加,加速汽轮机叶片的水蚀,从而缩短汽轮机叶5:..片的使用寿命,所以锅炉过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。为了保证锅炉过热蒸汽温度的品质和生产过程的安全性、经济性,锅炉过热蒸汽温度必须通过自动化手段加以控制。因此对温度进行实时准确的测量和控制对工业生产过程的顺利进行起着至关重要的作用。锅炉过热蒸汽温度一般可以看作多容分布参数受控对象,其动态特性描述可用多容惯性环节表示,该对象具有明显的滞后特性。现代锅炉机组大多采用那些大容量、高参数、高效率的大型锅炉,其过热器管道加长,结构也更复杂。在锅炉运行中,影响过热器出口蒸汽温度的因素很多,有蒸汽流量、燃烧状况、锅炉给水温度、流过过热器的烟气温度、流量、流速等等。在这些因素的共同作用下,锅炉过热蒸汽温度对象除了具有多容大惯性、大延迟特性之外,往往表现出一定的非线性和时变特性,因此,锅炉过热蒸汽温度控制是锅炉各项控制中较为困难的任务之一。针对上述情况,锅炉过热蒸汽温度控制系统的设计,既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度,同时又要求对温度控制有较强的抑制能力,从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质,并能保证系统运行的安全性。因此,能否对锅炉过热蒸汽温度进行有效的控制,研究如何改善锅炉过热蒸汽温度系统的控制品质,对工业生产能否安全运行来说是至关重要的,在经济性上也有十分重要的意义。,有几十个测量参数,控制参数和扰动参数,它们之间相互作用,相互影响,存在明显的或不明显的复杂因果关系,而且测控参数也经常变化,存在一定的非线性特性,这一切都为锅炉的控制增加了难度。面对具有大延迟、大惯性对模型参数有较大影响的锅炉温度对象,如何稳定、准确、快速地对其进行有效的控制一直是国内外广大专家学者和6:..现场工作人员关注的热点问题。纵观温度控制系统的发展历史,大致可以分为五个阶段:第一阶段是20世纪40年代以前,工业生产比较落后,大部分工业生产过程都处于手工操作状态,特别是在一些工况变化幅度较大的环境下,只能采用人工手动调节。第二阶段是50年代前后在有些企业中实现了温度测量仪表化和局部控制自动化,但多数采用的是基地式仪表和气动仪表。第三阶段是60年代以来,随着工业生产的不断发展,对温度控制系统也提出了新的要求。电子技术的迅猛发展,为测控系统的发展创造了条件,其先后经历了数据采集系统、直接数字控制系统以及监控系统几个表现形式。气动和电动单元组合仪表,以及以计算机为核心的测控系统开始应用于生产领域。这种测控模式系统的信号处理和运算由测控计算机完成,而测量仪器和执行器由特殊功能原件构成,不对信号进行运算处理。第四个阶段是20世纪70年代以来,随着大规模集成电路和各种微处理器的相继问世,以微处理器为核心的具体程序检测控制功能的温度控制装置得到了广泛应用。第五个阶段是20世纪80年代,出现了集散控制系统(DCS),又称分布式控制系统。该阶段的特点是:以微处理器为核心,实现控制分散,信息集中的功能,利用高速数据通道连接各个模块或设备,并通过通道接口与局域网络相连,使设备间可以运行信息交换并且实现了数据库和系统资源的共享,同时也提高了系统的可靠性,具有丰富友好的人机接口。由于工业过程控制的需要,特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下,国外锅炉温度控制系统发展迅速,并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果,在这方面,以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先,都生产出了一批商品化的、性7:..能优异的锅炉温度控制器及仪器仪表,并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点:1)适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2)能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3)能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。4)这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术,运用先进的算法,适应的范围广泛。5)普遍温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术,温控器具有对控制对象控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学****功能,它能够根据历史经验及控制对象的变化情况,自动调整相关控制参数,以保证控制效果的最优化。6)温度控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。锅炉系统是一个多参数、多回路、非线性、大滞后、强耦合的控制系统,加上其蒸汽负荷变化的随机性,用传统的控制方法不能达到理想的控制效果。但是一些熟练的操作人员、锅炉领域专家却能得心应手的进行手动控制,这就给基于知识规则的模糊控制的应用提供了广阔的空间,因为模糊控制是一种模拟人的思维的控制方法,它不要求受控对象的数学模型,能解决大量常规控制难以解决的控制难题。因此,将模糊PID控制应用于锅炉的控制系统,具有较强的理论与实践意义。目前,不管是国外还是国内的锅炉过热蒸汽温度控制也主要采用模糊PID控制。模糊PID控制效果与控制参数的选择有很大的关系,通过模糊PID参数的整定和优化,使控制系统具有良好的控制效果,能满足生产实际需要。8:..,给控制带来了比较大的难度,采用一般的开关量来控制蒸汽温度值会在设定值的很大范围内上下浮动,不会稳定在设定值,所以要采用一些控制算法,而基于模糊PID控制算法比较成熟,控制精度高,且适应性好,比较简单实用,在工业锅炉控制系统中应用比较广泛。本文的研究方法,就是针对锅炉过热蒸汽温度的特点,在深入分析锅炉过热蒸汽温度调节的过程,锅炉过热蒸汽温度调节对象的静态特性、动态特性以及锅炉温度控制的设计难度的基础上,研究在锅炉温度控制系统中应用模糊PID控制的可行性,通过整定控制参数,以优化模糊控制系统。并且由控制系统输出信号来控制执行器,通过单片机控制器去控制减温水调节阀的阀位开度,根据调节减温水的流量大小来控制过热蒸汽温度的变化,从而实现对锅炉过热蒸汽温度的控制。,主要任务是对被控对象进行模糊PID调节控制,完成锅炉过热蒸汽温度控制的软硬件设计,并实现温度传感器的温度检测报警仿真,分析各个模块的功能和系统的控制过程。:结合锅炉过热蒸汽温度工艺过程的特点,对被控对象进行理论分析,分析控制系统的静、动态特性,提出适合于锅炉过热蒸汽温度过程控制的模糊PID控制。并对控制算法的实现、控制器的设计和参数整定技术进行深入的研究。:(1)单片机控制模块:采用AT89C52对系统控制。9:..2)电源模块:采用±5V电压对控制系统供电。(3)温度采集模块:本设计采用热电偶和DS18B20温度传感器对温度信号进行采集,若采用DS18B20可以精确的采集低温信号,直接将数字量送至单片机和显示模块,若采用热电偶则需要采用A/D转换模块和滤波放大模块。(4)超限报警模块:采集到的温度信号经单片机分析超出上下限值时,系统会自动报警,并且进行单闭环温度调节,使锅炉过热蒸汽温度稳定在实际生产值。(5)A/D转换模块:A/D转换模块采用了ADC0809。(6)显示模块:采用1602液晶显示。:(1)总控制系统软件设计(2)A/D转换模块设计(3)DS18B20温度采集模块设计(4)超限报警模块设计(5)模糊PID控制参数整定10:..(一般为水)产生蒸汽的设备,最基本的构成是汽锅和炉膛两大部分。。锅炉设备的工作过程概括起来包括三个同时进行着的过程:燃料的燃烧过程,烟气向水的传热过程和水的汽化过程。现简要叙述锅炉的三个过程。(1)燃煤锅炉的燃烧过程燃料煤加到煤斗中并落在炉排上,电机通过减速机、链条带动炉排转动,将燃料煤带入炉内。燃料煤一边燃烧一边向后移动,燃烧所需要的空气由鼓风机送入炉排中间的风箱后,向上通过炉排到达燃料燃烧层。风量和燃料量成比例(风煤比),以便进行充分燃烧,形成高温烟气。燃料煤燃烧剩下的灰渣,在炉排末端通过除渣板后排入灰斗。这一整个过程称为燃烧过程。(2)烟气向水的传热过程由于燃料的燃烧放热,炉膛内温度很高。在炉膛四周墙面上都布置着一排水管,称为水冷壁。高温烟气与水冷壁进行强烈的辐射换热和对流换热,将热量传递给管内的水。继而烟气受引风机、烟囱的引力向炉膛上方流动。烟气经出烟窗(炉膛出口)并通过防渣管后就冲刷蒸汽过热器(蒸汽过热器是一组垂直放置的蛇形管受热面,使汽锅中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而过热)。烟气流经过热器后又经过接在上、下炉筒间的对流管束,使烟气冲刷管束,再次以对流换热方式将热量传递给管束内的水。沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道,与省煤器和空气预热器内的水进行热交换后,较低温度的烟气经过除尘器除尘,去硫等一系列净化工艺通11:..置在锅炉尾部烟道中,以降低排烟温度,提高锅炉效率,从而节省燃料。(3)水的汽化过程水的汽化过程就是蒸汽的产生过程,主要包括水循环和汽水分离过程。经过除氧等处理的水由泵加压,先流经省煤器而得到预热,然后进入汽锅。锅炉工作时,汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物。位于烟温较低区段的对流管束,因受热较弱,汽水的容重较大;而位于烟气高温区的水冷壁和对流管束,因受热强烈,相应水的容重较小,因而容重大的往下流入下锅筒,而容重小的则向上流入上锅筒,形成了水的自然循环。蒸汽产生的过程是借助上炉筒内装设的汽水分离设备,以及在锅筒本身空间中的重力分离作用,使汽水混合物得到分离。蒸汽在上锅筒项部引出后进入蒸汽过热器,而分离下来的水仍回到上锅筒下半部分的水中。过热蒸汽送负荷设备减温器汽包过热器热空气送往炉膛炉膛空气预热器水送入热空气冷空气送入烟气排出图2-1工业锅炉工艺系统组成图锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要,供应一定压力或温度的12:..炉设备将有如下主要的控制系统:①锅炉汽包水位控制系统:主要是保持汽包内部的无聊平衡,使机水量适应锅炉的蒸汽量,维持汽包中水位在工艺允许的范围内;②锅炉燃烧系统的控制:其控制方案要满足燃烧所产生的热量,适应蒸汽负荷的需要,使燃料与空气量保持一定的比值,保证燃烧的经济型和锅炉的安全运行,使引风量与送风量相适应,保持炉膛负压在一定范围内。③过热蒸汽系统控制:主要使过热器出口温度保持在允许范围内,并保证管壁温度不超过工艺允许范围;④锅炉水处理过程:主要使锅炉给水的水性能指标达到工艺要求。锅炉过热蒸汽温度调节的任务锅炉过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一。锅炉过热蒸汽温度过高或过低都会影响工业生产的经济性和安全性。因为在锅炉运行中,过热器正常运行的温度一般接近于材料允许的最高温度。如果锅炉过热蒸汽温度过高,则过热器、蒸汽管道容易损坏,也会使汽轮机内部引起过度的热膨胀造成汽轮机的高压部分金属损坏;如果锅炉过热蒸汽温度过低,则会降低燃料的热效率,一般温度每降低5—10oC,热效率约降低1%,而且温度降低会使汽轮机轴向推力增大而造成推力轴