基于單片機(jī)的鍋爐智能控制技術(shù)

1 引言
當(dāng)今,環(huán)境與發(fā)展已成為人類社會面臨的兩大課題,而這些問題的解決無一不與能源密切相關(guān)。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料,耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一。同時,鍋爐燃用的主要是中、低質(zhì)煤,工業(yè)污染十分嚴(yán)重;而且鍋爐形式比較陳舊,生產(chǎn)效率和自動化程度低,這又進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度。因此,調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu),逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的措施之一。其中油、氣燃料作為優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保型清潔能源有著廣闊的應(yīng)用前景。
國內(nèi)對鍋爐控制系統(tǒng)的研究起步較晚,始于80年代初期。國內(nèi)研究鍋爐控制系統(tǒng)比較成熟的企業(yè)包括上海杜比公司、南京仁泰公司,還有一些科研院校聯(lián)合企業(yè)開發(fā)的各種智能鍋爐控制系統(tǒng)。盡管對鍋爐控制系統(tǒng)的研究已有了很大進(jìn)展,但是仍然存在許多急待解決的問題:
(1) 鍋爐控制方案不盡合理;
(2) 現(xiàn)有的鍋爐控制器可控制的仍是普通開關(guān)量設(shè)備,不能對它們進(jìn)行精確連續(xù)調(diào)節(jié),使控制精度低,控制手段單一;
(3) 鍋爐控制系統(tǒng)外圍設(shè)備適用范圍不廣。
針對現(xiàn)有的燃油、燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問題,本課題開發(fā)了多功能綠色環(huán)保智能燃油、燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng),它具有采暖、熱水兩用功能,能對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行多臺聯(lián)合控制或單臺鍋爐全自動運行。針對多功能綠色環(huán)保鍋爐的控制問題,本文提出了基于單片機(jī)的鍋爐智能控制器的設(shè)計構(gòu)想,并給出了以該控制器為核心的控制方案。
2 基于單片機(jī)的鍋爐智能控制器的設(shè)計構(gòu)想
多功能綠色環(huán)保智能燃油、燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)主要由MCS-51系列單片機(jī)、軟件及其外圍部件組成。該控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)多功能綠色環(huán)保鍋爐的全自動、安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定地運行。具體來講,該控制系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)以下主要功能:
(1) 選擇不同的工作方式即可實現(xiàn)熱水或采暖兩用;
(2) 適用的燃燒器可為一段火式,二段火式或連續(xù)調(diào)節(jié)式,循環(huán)泵可選擇普通循環(huán)泵或變頻調(diào)速泵,既控制系統(tǒng)存有針對不同外圍設(shè)備的不同控制方案,使用戶選擇外圍設(shè)備的余地更大;
(3) 在自動運行方式下,可智能調(diào)節(jié)燃燒器和循環(huán)泵的狀態(tài),無須用戶再干預(yù);
(4) 以液晶顯示屏顯示作為人機(jī)接口,觀察方便,操作簡單;
(5) 提供八段定時自動啟停功能,用戶可按照實際需要任意設(shè)置每段定時期間鍋爐的啟停時間、工作方式和溫度設(shè)定值;
(6) 可隨時進(jìn)行手/自動無擾動切換;
(7) 具有智能化的溫度傳感器故障自診斷能力,隨時檢測鍋爐和熱水箱的水位;
(8) 能對鍋爐發(fā)生的故障自動進(jìn)行停機(jī)報警等安全保護(hù)處理;
3 基于單片機(jī)的鍋爐智能控制方案
基于單片機(jī)的鍋爐智能控制方案如圖1所示。

在圖1的控制方案中,傳感器采集隨時間連續(xù)變化的模擬信號(被調(diào)參數(shù)),如溫度、流量和水位等,通過變送和放大,轉(zhuǎn)變成直流電壓信號,然后通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別和處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù),經(jīng)輸入通道送入單片機(jī),由單片機(jī)按照一定的邏輯控制原理,對被測量值進(jìn)行一系列的運算處理,從而得到燃燒器、循環(huán)泵或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制量,再由單片機(jī)輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量(電壓或電流信號),直接或通過繼電器、接觸器及多路開關(guān)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu),使閥門或其他調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動作,達(dá)到調(diào)節(jié)被調(diào)節(jié)參數(shù)的目的。