锅炉液位控制系统.docx

锅炉液位控制系统.docx

《锅炉液位控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锅炉液位控制系统.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

锅炉液位控制系统

单片机原理及系统课程设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气093

姓名：

学号：

指导教师：

评语：

平时（40）

修改（30）

报告（30）

总成绩

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012年7月1日

1引言

本设计是基于单片机的锅炉液位控制系统。

目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。

所以开发研制自动化程度高、节能潜力大、提高安全系数、减轻环境污染、减轻劳动强度、价格低的新型测控装置意义重大。

单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入、

输出等部件。

“单片机自问世以来，性能不断提高和完善，体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛•工业控制系统的工作环境恶劣，干扰强•故要求控制系统的工作稳定、抗千扰能力强[1]”。

“单片机能满足这些要求，因此单

片机在控制领域得到了广泛的应用。

使用单片控制锅炉是很好的选择[2]

2设计方案及原理

本设计是采用8051单片机为核心芯片，及其相关硬件来实现的锅炉液位控制系统,CPU循环检测传感器输出状态，并用3位七段LED显示示液位高度，检测液位等数据，实施报警安全提示，当锅炉液位低于用户设定的值时，系统自动打开泵上水，当水位到达设定值时，系统自动关闭水泵。

系统的原理是采用液位式传感器测量锅炉液位值,通过单片机的转换与分析在LED上显示及输出控制；根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵，以及是否到达危险高、低水位，需要关闭阀门。

系统原理框图如图1所示：

广义被控对象

给定值

图1系统原理框图

3硬件设计

3.1A/D转换器的设计

ADC0809是带有8为A/D转换器、8路多路开关以及与微型计算机兼容的控

制逻辑。

接线图如图2所示：

word文档可自由复制编辑

•I■三5:

君.一

滨珂二

-3w

二tK<

Tr

QL2345d«QL251JTD£>r7iiiKiKKKii鶯Kiigr;誥茫说

證負超噩"二註叱S

3

I.-*-JJ----X-_■i3T----<1■fl-□48-一■百GS-»■->9鼻llupi■■■

图2ADC0809与CPU的接线图

3.2D/A转换器的设计

模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量信号转换成模拟电压或电流信号。

接线图如图3所示：

8051

Vout

图38051与DAC0832接口电路

3.3液位传感器的设计

本设计的液位传感器主要是由高亮二极管和光敏三极管所组成的设备，通过吸收高亮二极管的光来测量液位的高度，在转化成光电流传到模拟传感器ADC0809中。

光电传感器框图如图4所示：

X1X2X3

图4光电传感器框图

a）被

是

图中，①1是光源发出的光信号，①2是光电器件接受的光信号。

4软件的设计

4.1建模

10e」一

广义被控对象的传递函数为Wd（s）。

采样周期T=0.5s。

由传递函数知,

（s+1）s

「=1,K=1,N—/T=2。

连同零阶保持器在内的系统广义被控对象的函数：

1宀

ss1

由此可以求出广义对象的脉冲传递函数:

-T

按照大林算法就是设计一个数字控制器，使整个闭环系统的脉冲传递函数相当于一个带有纯滞后的一节惯性环节，设T0=0.1s可得：

-T

1—eTo

-T

2.5241—0.6065Z*

1-zJ10.90933z—10.9933Z，

由上式，D（z）有3个极点

z=1乙二-0.49670.864j,乙二-0.4967-0.864j

z=1处的的极点不会引起振铃现象，所以引起振铃现象的极点为

Z2|=|Z3二£-e耳=0.9966那1

令z=1，代入上式即可消除振铃现象，此时

1

…、0.8451（1-0.6065Z）D（z）-

1-z

4.2控制系统结构图

控制系统结构图如图5所示：

图5控制系统结构图

0⑵

G（z）

r

4.3Simulink仿真

大林算法控制系统simulink框图如图6所示:

图6大林算法控制系统simulink框图

8s以后,

设置采样周期为0.5s，延迟时间为0.1s，仿真得到下图，可以看到,经过数字控制器D（z）的调整，系统已趋于稳定，并且没有超调。

4.4软件程序流程图

软件流程图如图7所示:

开始

1「、，

P系统

自检

系统正常？

Y

系统初始化

一►系统初始化

1

读取键盘输入

1

r

液位数据采

氏集及转换

1

r

液位值送LED显示

1

F

计算误差值

J

L

|e（k）|>0

1

Yf

大林算法控制

1

求出控制量送A/D转换器

1

控制量输出执行

图7系统软件流程图

4.5序仿真结果图

仿真结果曲线如图8所示:

5总结

本系统的设计原理是采用液位式传感器测量锅炉液位值，通过单片机的转换

与分析在LED上显示及输出控制；根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵，以及是否到达危险高、低水位，需要关闭阀门。

减轻了工作人员的劳动强度，节省了资源。

采用高亮二极管和光敏三级管所组成的液位传感器测量水位，可有效保证水位的自动控制，保证水质无污染，能更好地对锅炉进行自动化控制,测量温度时采取光电耦合器，实现光电隔离，避免了工作人员在现场进行检测操控。

参考文献

[1]刘玉强，刘晓为等•高温扩散炉恒温区温度的自动控制•哈尔滨工业大学学报，1999

[2]曹天汗•单片机原理与接口技术•第一版•北京：

电子工业出版社，2003

[3]胡汉才•单片机原理及其接口技术•第二版•北京:

清华大学出版社,2003

单片机源程序

ORG

AJMP

ORG

AJMP

ORG

AJMP

ORG

AJMP

ORG

AJMP

ORG

AJMP

ORG

MAIN:

CLR

MAIN1:

MOV

ACALL

MOV

MOV

ACALL

ACALL

ACALL

AJMP

BBB1:

MOV

ADD

CLR

SUBB

JNC

CLR

MOV

ADD

CLR

0000H

MAIN0003hMAIN

000bh

MAIN0013hMAIN001bhMAIN

0023HMAIN0030Hp3.6p0,#0ffhQL;

3BH,#95

3bh,#95SHUICPMBAOJINGDELAY2MAIN1;;;;

A,37H

A,#10

C

A,3BH

OK2;

P2.1;

A,37H

A,#20

C

附录

;水位检测子程序］

;报警子程序

ok2:

SUBB

A,3BH

JNC

OK2

CLR

P2.1;

SETB

20H.0

RET

CLR

20H.0

RET

水位检测主程序

这是程序运行的主要程序段，主要实现启动ADC0809转换器

SHUICPM:

MOV

A,P1

ANL

A,#0FH

MOV

30H,#0FH；00001111

CJNE

A,30H,AAA1

SETB

P2.0

SETB

20H.1；setb水位状态标志位

AJMP

OUT2

AAA1:

MOV

30H,#0EH；00001110

CJNE

A,30H,AAA2

SETB

P2.0

CLR

20H.1

AJMP

OUT2

AAA2:

MOV

30H,#0CH；00001100

CJNE

A,30H,AAA3

CLR

20H.1

CLR

p2.0

AJMP

OUT2

AAA3:

MOV

30H,#08H；00001000

CJNE

A,30H,AAA4

CLR

P2.0

CLR

20H.1

AJMP

OUT2

AAA4:

MOV

30H,#00H；00000000

CJNE

A,30H,AAA5

SETB

P2.0

SETB

AJMP

20H.1

OUT2

AAA5:

SETB

20H.2

RET

OUT2:

CLR

20H.2

RET

BAOJING:

JB20H.3,OUT6

MOVA,20H

MOV30H,#00H

CJNEA,30H,OUT5

AJMPOUT6

OUT5:

SETBP3.6

JB20H.4,OUT9

SETBP0.1

OUT10:

JB20H.2,OUT11

SETBP0.2

OUT12:

JB20H.1,OUT13

SETBP0.3

OUT14:

JB20H.0,OUT15

SETBP0.4

OUT16:

RET

OUT6:

CLRP3.6

RET

OUT9:

CLRP0.1

AJMPOUT10

OUT11:

CLRP0.2

AJMPOUT12

OUT13:

CLRP0.3

AJMPOUT14

OUT15:

CLRP0.4

AJMPOUT16