基于单片机的锅炉三冲量水位控制系统.doc

正 文 引言 汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，汽包水位控制的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内。 汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。 锅炉液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,使用单片机控制锅炉水位是很好的选择。 采用三冲量水位控制系统，以锅炉水位为主控信号，蒸汽流量为前馈信号，给水量为控制器的反馈信号来控制给水量。由于引进蒸汽流量和给水流量信号作为控制信号，系统动作及时，有较强的抗干扰能力，在较大的阶跃扰动时都能有效地控制水位的变化，因而得到了广泛的引用。 本设计，最采用89C51单片机；输入通道采用 ADC0809，对水位、给水流量和蒸汽流量进行采样；控制芯片选用89C51；输出通道采用 DAC0832，经转换输出一个标准电流信号驱动电动阀；键盘/显示接口采用可编程的键盘/显示接口芯片8155，可显示并查询输入输出信号值。其它还有一些附属电路，如看门狗、报警电路等。 1 火电厂锅炉基本知识 火电厂锅炉是将燃料的化学能转换为蒸汽热能的设备。在工程上将加热至一定温度后能与氧发生强烈的化学反应，并放出大量热量的炭氢化合物和碳化物称为燃料。燃料的种类很多，根据燃料在自然界所处的状态，可将燃料分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三大类。其中固体燃料以煤为主；液体燃料以重油和渣油为主；气体燃料以煤气为主。? 1.1 工作流程 所有电厂锅炉，虽然燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。常见的锅炉设备的主要工艺流程图如图1.1所示。 1 燃烧嘴；2炉膛；3汽包；4减温器； 5 炉墙；6 过热器； 7 省煤器； 8 空气预热器 图1.1 锅炉设备主要工艺流程 由图可知，燃料和空气按一定的比例送入燃烧室燃烧，生产的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为PM的过热蒸汽，经负荷设备调节阀给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤气预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后，经过引风机送往烟囱，排入大气。 1.2 主要控制系统 锅炉是典型的复杂热工系统，其建模与控制问题一直是人们关注的焦点，在国际上始于七十年代。1972 年，K.J.Astrom 基于一系列物理实验数据提出了锅炉的简化非线性模型，从而开创了系统地研究锅炉建模与控制的方法。目前工程处理上作了一些假设后，将锅炉设备控制划分为若干个控制系统。主要控制系统如下。 （1）锅炉汽包水位的控制 被控变量是汽包水位，操纵变量是给水流量。他主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包水位在工艺允许范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉、气轮机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的指标。 （2）锅炉燃烧系统的控制 其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要（常以蒸汽压力为被控变量）；使燃料与空气量之间保持一定的比例，以保证最经济燃烧（常以烟气成分为被控变量），提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定范围内。为达到上述三个控制目的，控制手段也有三个，即燃料量、送风量和引风量。 （3）过热蒸汽系统的控制 维持过热器出口温度在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。被控变量一般是过热器出口温度，操纵变量是减温器的喷水量。 （4）锅炉水处理过程的控制。 这一控制过程的作用主要是使锅炉给水性能指标达到工艺要求。一般采用离子交换树脂对水进行软化处理。 2 汽包水位系统控制方案 对锅炉而言，汽包水位是其正常运行的主要标志之一，是一个重要的被调节参数。维持水位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气将会带走过多的水分和盐分，导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽温度急剧下降。水位过低，则由于汽包内水量较少，当负荷较大时，水的汽化速度会加快，若不加以及时控制，则容易使汽包内的水全部汽化，破坏水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而损坏，甚至引起爆炸。因此，锅炉汽包水位必须加以严格的控制。首先，我们有必要对汽包水位的动态特性进行研究分析。 2.1 汽包水位的动态特性 对图 1.1 中的汽水系统进行简化，可以表示为图 2.1 所示的结构。 1 给水母管；2调节阀；3省煤器；4