船舶辅助锅炉的单片机自动控制系统.doc

船舶辅助锅炉的单片机自动控制系统 在内燃机动力装置的船上，锅炉是船舶的重要辅机设备，主要产生蒸汽用于加热燃油、主机暖缸、驱动辅助机械及生活杂用。目前，国内多数船舶的机舱服务设备仍采用大量的继电器、接触器、时间继电器组成，实现各种控制功能，它们的共同特点是线路复杂、可靠性差、有时容易出现误动作，特别是触头氧化及铁芯与衔铁弄脏后的吸力不足，机械运动部件运动不灵活而出现被卡烧坏线圈等故障，给维护过程带来极大不便，甚至会影响正常营运工作，而且，这种设备体积大、重量重、价格贵。因此采用先进的设计思想对船用控制系统进行全新设计尤为必要。当前船舶机舱自动化的要求越来越高，锅炉的自动控制在实现无人机舱中是必不可少的。但是目前我国船舶（特别在远洋渔船）上，虽有一定程度的自动化控制，但控制系统基本上是采用接触器—继电器系统，系统线路复杂、可靠性差、维护工作量大。为改变船舶设备，改善船员劳动强度，提高生产效率，采用可编程序控制器来实现锅炉的自动控制，可以使线路简单、可靠性提高、维护方便且容易实现现场调试等。可编程序控制器控制系统的经济性能比高于接触器—继电器控制系统。根据船舶辅助锅炉所存在的问题，设计一种自动控制器，并利用8032单片机实现锅炉的智能控制。 1 单片机智能辅助锅炉控制系统原理 　　基于单片机的船舶辅助锅炉控制系统的工作原理如图1—1所示。系统的被控对象是锅炉，执行机构是锅炉的风、油门驱动电器，被控参数为锅炉内的压力，本系统利用压力传感器检测锅炉内的压力，传感器输出的电信号经信号变换后送至单片机智能控制器，控制器根据此信号的大小，利用智能控制算法计算出输出控制信号，经放大器放大后以调节风、油门的大小，从而控制锅炉内的压力。 2　智能控制器的设计 　　众所周知，二阶系统是工程上最常见而又最重要的一类系统，这一系统的形式代表了许许多多控制系统的动力学特征。正因为如此，经典控制理论将二阶系统作为典型系统，并通过对二阶系统阶跃响应的过渡过程分析，定义了表示系统控制质量的一些特征量，其中以调节时间、最大超调量和稳态误差3个特征量作为性能指标。但是，控制系统的动态过程是不断变化的，以常规PID控制器控制，难以解决稳定性和准确性之间的矛盾，原因在于这种控制方式以不变的统一模式之间的矛盾，原因在于这种控制方式以不变的统一模式来处理变化多端的动态过程。 为了有效地模拟人的智能控制行为，并采用微机实现智能控制，在模糊控制中通常采用误差e和误差变化率Δe作为描述控制系统动态特征的输入变量。根据船舶辅助锅炉控制系统的特点，从误差e和误差变化率Δe这两个基本的模糊控制变量出发，引出两个特征变量e·Δe和Δe／e，利用这些信息设计智能控制器。 2．1　利用e·Δe取值量是否大于0，可以描述系统动态过程误差变化的趋势 　　对于图2—1所示典型二阶系统阶跃响应动态曲线可知，当e·Δe＜0时，如BC段和DE段，表明系统的动态过程正向着误差减小的方向变化。当e·Δe＞0时，在AB段和CD段，表明系统的动态过程正向着误差增大的方向变化。 　　在控制过程中，微机很容易识别en·Δen的符号，从而掌握系统动态过程的行为特征，以便更好地制订下一步控制策略。 3　智能控制器在8032单片机上的实现 3．1　硬件设计 　　整个系统硬件电路由CPU及外围芯片组成，其结构框图如图3—1所示，完成数据采集、声光报警、输出控制、键盘输入及显示、监控定时等功能。 3．1．1　数据采集部分由压力传感器、变送器、精密电阻、A／D转换器等组成。变送器将来自压力传感器的压力信号转换成4～20 mA的电流信号通过精密电阻再将其转换成1～5 V的电压信号，此信号经ADC0809送入CPU。 3．1．2　本系统CPU采用8032单片机，在此基础上进行以下扩展：以一片16K×8位CMOS静态E－PROM27128作为程序存贮器，以一片8K×8位CMOS静态RAM6264作为数据存贮器，附加一片DS1216多功能日历时钟，DS1216器件内部包含振荡电路和后备锂电池，它的上面附带有一个28脚插座，插入RAM6264后可以保持RAM中的数据在停电时也不丢失。以一片8155作为扩展I／O口，其中PA口作为检测信号输入口，PB口作为声光报警输出口。 3．1．3　输出控制部分由信号输出，信号驱动及驱动电机组成，控制信号由CPU经DAC0832数模转换后送出，经驱动电路放大后送给驱动电机控制锅炉风门及喷油电磁阀的开度，进而控制锅炉内压力的大小。 3．1．4　键盘显示部分采用专用键盘显示芯片8279，该芯片具有自动对键盘显示器扫描并识别键盘上闭合键号的功能，不仅可以大大节省CPU对键盘显示器的操作时间，从而减轻CPU的负担，而且显示稳定、程序简单，不会出现误操作。键盘部分主要用于输入智能控制算法