文档介绍：目录
1 绪论 1
2 系统总体方案 1
1
2
3 系统硬件配置 3
单片机配置 3
温度传感器配置 4
变频器配置 5
气压传感器配置 6
模数转换器配置 6
4 系统的具体设计与实现 7
7
风机、循环泵控制系统 8
风机、循环泵硬件控制电路 8
风机、循环泵软件控制流程 9
水位控制系统 9
水位控制硬件电路 10
补水泵软件控制设计流程 11
压力控制系统 11
自动报警电路 12
手动按键控制路 12
13
13
5 结束语 15
参考文献 15
附录1 系统总电路图 16
附录2 程序清单 17
1 绪论
随着社会经济的飞速发展,人们生活水平的不断提高,对城市生活供暖的数量和质量提出的要求越来越高。由于传统的控制方式调节精度差,自动化程度低,系统稳定性差,锅炉运行耗能大,并且存在安全隐患等缺点,所以现代锅炉运行方式需要改进。
我国的锅炉目前以煤为主要燃料,耗煤量接近全国煤产量的三分之一。在欧美和日本等发达国家,石油和天然气已成为第一能源,占能源消费的60%左右,燃油和燃气锅炉已逐步取代燃煤锅炉,对风机和水泵等电机的变频控制已相当成熟。自20世纪90年代以来,随着大型可编程控制器、单片机的出现和模糊控制、自适应控制等智能控制算法的发展应用,锅炉控制水平大大提高。国内对锅炉控制的研究起步较晚,始于80年代初期。尽管对锅炉控制的研究和推广已取得了很大的进步,但仍然存在一些问题,如大多数现有的锅炉控制系统可控制的主要还是开关量设备,控制自动化程度低等缺点[1]。
本系统以单片机模块为核心,由外围电路实时采集环境温度、锅炉出水温度、炉膛压力等信号,通过单片机内部程序运算,实现对中小型锅炉运行的自动控制。设计中采用低功耗数字温度传感器进行温度测控,可大大简化设计方案,系统性能也更稳定;采用光电对管测控水位,可有效保证水位的自动控制,能更好地对锅炉进行自动化控制;通过对环境温度、水位信号的采集,输入单片机进行内部程序运算,输出结果控制变频器组,从而实现对循环泵、风机、补水泵等部件的自动控制,达到节能的目的;用压力传感器检测锅炉内压力,通过模数转换把信号送入单片机中,由单片机进行程序运算控制电磁阀动作,实现锅炉安全运行。控制电路中加入手动按键控制和实时显示功能,使锅炉操作、维护更加方便、灵活。通过微机实现燃烧与给水系统的自动控制与调节,将保证锅炉正常供气供暖,使系统安全、经济运行。
2 系统总体方案
系统结构框图如图1所示,系统通过实时采集室内环境温度、锅炉出水温度、锅炉蒸气室内压力、锅炉内液位等参数输入单片机,由单片机AT89S51在内部与预先设定参数通过软件计算生成各个变频器的控制信号,从而对补水泵、循环泵、风机等锅炉部件进行优化控制。另外,系统中加入了故障报警、显示和手动按键等电路,使系统操作、维护更加方便。
锅炉
单片机
变频器组
循环泵
风机
压力
温度
水位
按键
显示
故障
报警
给水泵
泄压阀
图1 系统结构框图
锅炉风机的作用在于通过控制锅炉燃烧室的空气流通速度来控制锅炉出水温度,因此,对锅炉风量受控参数的调节及其重要。一般有两种调节方式:风板调节和变速调节。风板调节通过调节挡风板的开度或利用滑差电磁调速来实现,这种控制方式操作不方便,而且风机效率较低,造成电能大量浪费。变频调速具有性能平稳、控制精度高、高效节能等特点。
(1) 本设计用数字温度传感器采集锅炉热水出口处的温度,与单片机内设定温度相比较后输出一个信号控制变频器的输出状态,从而使锅炉风机转速随水温的变化而变化。风机变频控制原理图如图2所示。当水温低于预设温度时,风机转速快,加快了锅炉内燃烧室内空气流通速度,炉内火焰加旺,从而使水温升高;反之亦然。
给定水温
水温
PID
变频器
风机
测量变送
图2 风机变频控制原理图
(2)锅炉管网系统的主要工作是通过循环泵将出水缸内的热水输送到用户供热管道,并回到回水缸。循环流量控制同样采用偏差控制和PID控制相结合的控制方式。通过采集需供暖环境实时温度,与单片机内部预设温度相比较输出一个信号控制变频器的输出状态,从而使循环泵转速随环境温度的变化而变化。循环泵变频控制原理图如图3所示。当环境温度较低时,循环泵转速加快,
减少了管内热水在环境中的冷却时间,环境温度升高;反之亦然[2]。
给定温度
环境温度
PID
变频器