基于單片機(jī)的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

于秀娜 張茜銘

摘 要：本文分析了汽包水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性和傳統(tǒng)的控制技術(shù)，采用以水位為主信號(hào)，給水量為副回路反饋信號(hào)，蒸汽量為前饋信號(hào)的三沖量控制系統(tǒng)。其中微機(jī)負(fù)責(zé)信號(hào)的采集以及PID等計(jì)算，將汽包水位控制在一定范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)中采用8098單片機(jī)為核心，用8279作為8098與外設(shè)LED顯示器及撥碼盤的接口，在電路設(shè)計(jì)時(shí)考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和通用性，使本硬件系統(tǒng)能適用于多種場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：鍋爐；單片機(jī)；水位控制

汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水量的多少來(lái)達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。

1 鍋爐汽包水位控制方案選取

1.1 控制方案的選取

汽包水位控制系統(tǒng)根據(jù)鍋爐的容量、負(fù)荷變化的速度及調(diào)節(jié)精度的要求，通常有位式控制系統(tǒng)、單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)、三沖量控制系統(tǒng)等。

三沖量鍋爐汽包給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以汽包水位H為主控信號(hào)，蒸汽流量D為前饋控制信號(hào)，給水流量W為反饋控制信號(hào)組成的控制系統(tǒng)。相對(duì)單沖量和雙沖量控制系統(tǒng)，其控制品質(zhì)最好，能有效地滿足系統(tǒng)對(duì)快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性的要求，能有效地避免“虛假水位”現(xiàn)象。

1.2 鍋爐汽包水位串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)

串級(jí)系統(tǒng)比三沖量系統(tǒng)多用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，它有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)信號(hào)的靜態(tài)配合要求不那么嚴(yán)格，無(wú)需顧及因蒸汽壓力變化或鍋爐排污量變化而引起配比關(guān)系的改變，這是因?yàn)橹髡{(diào)節(jié)器能自動(dòng)校正信號(hào)配合不準(zhǔn)所引起的誤差，所以給系統(tǒng)的整定帶來(lái)方便。

1.3 控制器的選取

在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，對(duì)于它們的選型即調(diào)節(jié)動(dòng)作規(guī)律的選擇也有不同考慮。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快動(dòng)作以迅速抵消落在副環(huán)的二次擾動(dòng)，而且副參數(shù)并不要求無(wú)誤差，所以一般都選P調(diào)節(jié)器，也可以采用PD調(diào)節(jié)器，但是這增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，而效果并不很大。對(duì)于鍋爐水位的控制有很多的外界干擾，主調(diào)節(jié)器在本設(shè)計(jì)中所選的主調(diào)節(jié)器為PID調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，為了解決“虛假水位”這一難點(diǎn)，引入了微分補(bǔ)償調(diào)節(jié)器。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)硬件部分采用MCS-96系列的8098單片機(jī)為核心，外部擴(kuò)展了程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用8279組成鍵盤控制器和LED顯示器，用來(lái)輸入水位、給水流量和蒸汽流量的給定值、上下限值、PID參數(shù)和顯示水位、給水流量和蒸汽流量的當(dāng)前值或PID參數(shù)。用A/D轉(zhuǎn)換對(duì)水位、給水流量和蒸汽流量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理；PWM口輸出經(jīng)濾波后完成D/A轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)閥，從而通過(guò)閥門來(lái)控制鍋爐汽包水位。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

作為直接控制級(jí)的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)程序語(yǔ)言最重要的要求是實(shí)時(shí)性要好，尤其是多回路分時(shí)控制時(shí)更是如此。匯編語(yǔ)言的另一個(gè)突出有點(diǎn)占用內(nèi)存量小，有利于簡(jiǎn)化硬件系統(tǒng)。因此，一般都采用匯編語(yǔ)言寫程序，本控制系統(tǒng)的軟件全部采用匯編語(yǔ)言編寫，為了使用方便，程序設(shè)計(jì)中采用了模塊化的結(jié)構(gòu)形式，即子程序形式（各功能模塊以子程序的形式出現(xiàn)）。

4 結(jié)論

汽包水位作為鍋爐控制系統(tǒng)的一部分，是正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一。采用三沖量調(diào)節(jié)，它的系統(tǒng)控制品質(zhì)最好，能有效的滿足系統(tǒng)對(duì)快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性的要求，由于引入了水位，蒸汽流量，給水流量三個(gè)參量，大大的消除了“虛假水位”對(duì)系統(tǒng)的影響。

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