自动燃煤锅炉控制器的设计与开发.docx
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自动燃煤锅炉控制器的设计与开发.docx
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自动燃煤锅炉控制器的设计与开发
234自动燃煤锅炉控制器的设计与开发
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本设计包含内容:
毕业论文
论文大概:
摘要
针对小型锅炉自动运行的需要,以微芯单片机为核心设计了一套自动控制系统实现锅炉的鼓风机,给煤机及循环水泵的自动运行,并实现温度控制,停机记时,自动恢复等功能。
关键词:
燃煤锅炉;自动控制;控制器
前言
虽然现在的科技越来越发达,人们对生活质量要求越来越高,但很多地方还不可能实现大规模集体供暖这就要求我们对于没有实施集中供暖的建筑来说,就需要采用独立的供暖系统,小型的独立供暖系统采用的锅炉有燃油型及燃煤型,而我国煤炭资源丰富因此燃煤型锅炉就运行成本来说较燃油型锅炉具有较大优势。
然而要使供暖系统保持24小时运行,就必须使锅炉自动运行,从而需要一套自动控制装置,保证锅炉的鼓风机、给煤机及循环水泵的自动运行,并能实现温度控制、自动报警、停机记时、自动恢复等功能.
控制器是自动燃煤锅炉的核心部分,通过对各种控制器的性能价格比进行调查,以PIC16F877单片机最为合适,
在我的毕业设计过程中,得到了邱立存老师的大力支持在此我表示深深的感谢。
目 录
第一章 绪论
1. 1开发小型自动燃煤锅炉的形势
1.2燃煤锅炉的锅炉燃烧自动控制
1.3自动燃煤锅炉控制器具有如下优点
第二章自动燃煤锅炉控制器的整体设计
2.1.1功能要求
1. 温度采集
2温度数显
3温度控制
4循环定时输出
5风机、煤机调速功能
6煤机超载保护
7报警输出
8复位功能
9指示灯
2.1.2单片机的选择
2.1.3控制器的总体考虑
1双单片机结构
2.温度传感器信号放大电路
3.显示键盘电路
4.风机调速电路
5.煤机调速电路
6.煤机超载检测电路
7.报警电路
8.功率输出控制电路
2.1.4控制器的总体方案
第三章自动燃煤锅炉控制的组成
3.1单片机的选择
3.1.1PIC单片机简介
3.1.2选用PIC16F877的原因
3.2显示与键盘功能设计
3.2.1数码管显示电路
3.2.2指示灯电路
3.2.3键盘电路
3.3实时时钟芯片DS12C887的应用
3.3.1DS12C887功能介绍
3.3.2DS12C887与PIC16F877的硬件接口电路.
3.3.3DS12C887的读写程序
3.4.功能要求
3.4.1主、从单片机通讯功能的实现
3.4.2主单片机通讯程序
3.4.3从单片机通讯程序
3.5直流风机PWM控制
第四章设计过程中遇到的问题和解决方案
4.1应用Protel制作PCB版图时需要注意的问题
结束语及致谢------------------------------------
第一章绪论
1.1开发小型自动燃煤锅炉的形势
众所周知我国是一个资源大国,煤炭也特比的丰富,并且我国是以煤为主要能源的国家,煤炭在一次能源的生产和消费结构中约占3/4。
在《全国煤炭工业改革与发展大会专题报告》中指出在今后很长一段时间里,煤仍然是我国主要能源。
充分发挥煤炭资源优势,立足煤炭、立足国内,发展国外,是我国能源工业发展的现实和必然选择。
由此可知煤炭在中国一次能源生产和消费结构的比例不会缩水而分别略有上升和保持稳定。
在我国经济高速发展的进程中,煤炭能源的需求将有较大幅度的增长,以煤为主的能源供应和消费格局将不会改变。
随着各种煤处理技术煤技术的不断更新和深入,煤炭将逐渐成为高效和洁净利用的能源。
国际化、现代化和可持续发展将成为中国煤炭工业的振兴之路。
煤电一体化和以煤气化为核心的多联产能源系统的发展将为中国煤炭工业可持续供应发展注入强大的生命力.
在科技高速发展的今天,科学技术以成为我们国家社会发展的第一推动力,只有以科技为动力各个行业才能有快有好的发展壮大,否则就会成为无源之水。
随着煤炭工业的发展锅炉的科技含量也与不可同日而语,作为锅炉控制设备和控制系统,其首要保证的是安全性。
安全因素包括锅炉的蒸汽压力、锅炉内的液位以及燃烧系统的引风和送风的控制。
锅炉的蒸汽主要用于生产、供热、后勤服务等。
尤其在生产上,蒸汽压缩机以及一些数控机床对蒸汽的压力要求比较高。
蒸汽压力过高会增加对机器设备的损伤,过低又不能正常启动设备。
后勤服务主要是对蒸汽流量的要求,蒸汽流量不够将会使后勤服务的质量大受影响。
所以既要保证蒸汽流量又要保证蒸汽压力。
蒸汽压力和蒸汽流量是相互联系的,当蒸汽流量发生变化时,蒸汽压力势必也会产生变化。
在常规控制系统中,只是将各个回路作为单回路来控制,回路之间是相对独立的,不能同时保证蒸汽压力和蒸汽流量的稳定,给企业带来了较大的经济损失。
常规控制中,只是列出一些重要参数的报警显示,并没有在系统软件方面对报警点做相应的处理,这给锅炉的安全性带来了隐患。
所以,对锅炉的智能改造是很有必要的。
智能控制系统将锅炉系统的各个回路联系在一起,只要其中一个参数发生了变化,其他的参数会提前作出相应的变化。
在锅炉系统中,首先发生变化的是蒸汽流量,进而使蒸汽压力发生变化,并对汽包液位、炉膛负压产生一定的影响。
当系统检测到蒸汽流量发生变化时,会在第一时间内作出一系列的参数调整,以保证蒸汽流量变化后蒸汽压力、炉膛负压及其他参数的稳定。
智能控制系统对安全方面也作出了比较全面的技术处理,对一些非重要参数做声光报警并记录,而对一些重要参数,如蒸汽压力的过高、汽包液位的过高、汽包液位的过低、炉膛负压的过高等涉及到安全性时,系统会停炉并伴有报警。
当这些安全参数正常时,系统会自动地切除停炉设定,并自动切到智能控制。
智能控制系统还会合理地控制燃烧回路,为燃料配置合理的空气量,以保证燃料的充分燃烧,提高锅炉的热效率并避免污染环境。
目前,经有关专业部门鉴定,锅炉的灰渣含碳量均低于14%,含氧量在8%左右,具有相当的水平。
1.2燃煤锅炉的锅炉燃烧自动控制
锅炉自动控制系统由温度传感器信号放大电路等自动检测各路温度压力等信号,经信号处理、隔离放大、A/D转换后输入计算机运算、判断、分析,发出各控制信号。
经MAX518转换后,输出电压通过I2C接口由单片机软件进行控制。
控制鼓、引风机和炉排转速,改变鼓、引风量和给煤量。
1.燃烧回路
燃烧控制又为主汽压力控制回路,简单地说就是系统检测主汽压力的大小,和主汽压力的设定值进行比较,其偏差进行PID运算,运算信号经过伺服放大控制炉排电机转速;同时,给煤信号经过比例运算后控制鼓风风门挡板开度,达到调节鼓风量的目的,有的用户为了提高节能效果,还引入了烟道含氧量作为燃烧的约束条件。
2.汽包水位三冲量控制回路
通过给水控制,保证锅炉汽包水位维持在一定范围内。
如果水位过低,会造成锅炉缺水的故障;水位过高,会引起蒸汽带水和汽包压力过高。
一般情况下利用三冲量控制容易达到技术要求,而不需要任何先进控制算法。
三冲量指水位,蒸汽流量,给水流量三个测量值。
引入蒸汽流量的目的是为了克服虚假水位的影响。
当锅炉负荷突然增加时(如用户打开用汽阀),蒸汽流量迅速增加,造成汽包内压力降低。
这时,在汽包内部水面的气泡迅速变大,抬高了水位。
这就是虚假水位。
如果只根据水位控制,则在用汽增加时,进水反而减少。
引入蒸汽流量作为前馈,则能在用汽量增加时,提前增加给水,有效地克服虚水现象。
PID算法实现三冲量水位自动控制技术,可以将水位控制在设定值±10mm范围内,远远高于国家标准。
3.炉膛负压控制
炉膛负压控制的主要目的之一是保证操作工人的安全,锅炉采用负压燃烧,如果炉膛内压力太大,炉火将从观察孔冒出,危害操作工人人身安全,同时造成环境污染。
目的之二为保证系统的经济燃烧。
负压太大,随引风流失的热能会增大,不利于经济燃烧,计算机将炉膛负压控制在-5~-20Pa范围内,负压控制是通过调整引风机风门开度或风机速度完成的。
对于技改系统,如果系统中引风机风门开度不足80%则建议采用控制器控制风量。
一是利用控制器调速特性改善风量的控制品质;二是降低风机的电耗,增加改造系统的整体节能效果。
引入鼓风量作为前馈,可以在鼓风量变化时提前控制引风量。
3自动燃煤锅炉控制器具有如下优点:
⑴具有全自动工况控制功能以及手动/自动无扰切换功能,对锅炉实施自动控制使锅炉的压力、温度、水位保持稳定。
对锅炉的重要参数,如:
蒸汽炉的汽包水位、汽包压力、热水锅炉的出水温度、压力等,进行多重监视,可同时在现场、操纵台显示出来。
⑵鼓引风机采用变频控制技术,选用工控机和数字化仪表提高工作稳定性,抗干扰能力强、适合工作在环境恶劣场地,确保锅炉安全可靠运行,节煤,节电.
⑶减少劳动强度,改善工作环境,提高工作效率采用自动控制,能使操作者摆脱脏、热、累的工作环境,紧张、繁忙的工作变得轻松自如,操作者只需坐在操纵台前就可对锅炉的运行状况了如指掌,工作效率大为提高。
[4]水系统设备控制功能齐全,多种控制方式可选;操作简单、人性化设计;保护功能齐全,快速有效;使锅炉的运行更加安全可靠;扩展简单方便,满足在系统上的各种控制要求;输入模拟量信号种类多,采用高速数模转换,采集精度高;提供内部实时时钟,精确记录系统时间;可在运行中实时记录锅炉的运行状态、运行参数与故障状态,为分析锅炉的运行效率提供详细的数据;内部集成了自检程序,可检测控制器自身的故障,结果直接显示;采用软硬件多方面抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力.
.第二章 自动燃煤锅炉控制器
2.1自动燃煤锅炉控制器的整体设计
2.1.1功能要求
1.温度采集
使用2路温度传感器,以保证锅炉的安全运行。
2.温度数显
在控制器面板显示测量与设定温度,温度范围均为0~99.9℃,测量温度显示用红色数码管,设定温度用绿色数码管。
3.温度控制
第一次启动时,开机后,测量温度低于设定温度时(0~99.9℃),鼓风机运转,1分钟后给煤机自动运行。
测量温度达到设定温度后,风机、煤机同时停止,此时,测量水温逐渐降低,低于设定温度10℃后,风机自动运转,5分钟后煤机自动运行。
水泵在水温超过另一设定点时自动运转(设定温度可调)。
4.循环定时输出
测量水温升到设定温度后,风机、煤机停止工作,水泵继续运转。
停机时间达到设定时间时,循环定时器启,即20分钟后风机自动运行,风机运行5分钟后,煤机自动运转,风机运转10分钟,煤机运转5分钟后,风机、煤机均停止工作。
20分钟后继续按此规律循环。
5.风机、煤机调速功能
调速范围为0~额定转速。
6.煤机超载保护
给煤机由于某种原因卡住电机转不动时,风机、煤机全停(超载程度可调)。
7.报警输出
水温升到85℃时,发出警报声,超温指示灯亮,同时,风机煤机全停,水泵继续运转;水温低于报警温度2℃时,设备恢复正常运行,报警声停止。
当给煤机构由于某种原因使电机超载时(超载程度可调),发出另一种报警声,超载指示灯亮,同时风机煤机全停,水泵继续运转,人工排除故障后,手动复位,重新启动。
8.复位功能
自动复位:
停电后20分钟内重新来电时,自动复位,即使设备自动投入运行。
手动复位:
停电20分钟后重新来电时,发出报警声,通知用户重新点火和启动。
9.指示灯
设风机运行指示灯、煤机运行指示灯、水泵运行指示灯、超载指示灯、超温指示灯、循环定时器指示灯和2路温度传感器温度差值指示灯。
2.1.2单片机的选择
就本设备的控制要求来说,许多种类的单片机都能胜任。
但不同单片机具有不同的特点,比较之下,美国微芯公司的PIC16F877比较适合完成自动燃煤锅炉的控制任务。
首先,此系统有许多运行参数需要设定,且掉电后不能丢失,这就
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