发电厂燃煤锅炉燃烧单片机控制系统设计cbdk.docx

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1、摘要热电厂锅锅炉的燃燃烧控制制对整个个发电过过程的安安全性与与经济性性起着重重要的作作用，所所以对它它高效率率的控制制是现在在热电厂厂的一个个重要任任务。本本文通过过对整个个燃烧系系统的分分析和研研究，分分别确定定了锅炉炉燃烧控控制系统统中的主主蒸汽压压力控制制系统和和炉膛负负压控制制系统的的控制方方案，然然后对其其控制规规律及参参数进行行选择和和整定。在在仪表选选型时，采采用了先先进的数数字式仪仪表，并并利用AAT899S511单片机机设计了了一套智智能燃烧烧控制系系统,给给出了硬硬件电路路和软件件流程图图。该控控制器以以新型的的AT889S551单片片机为核核心,采采用模糊糊PIDD算法进

2、进行运算算和控制制,不但但可以实实现对模模拟、数数字信号号进行采采样和处处理,而而且还可可以完成成状态检检测和控控制、报报警以及及故障处处理等功功能。该该控制系系统具有有速度快快、精度度高、可可靠性高高和硬件件结构简简单的特特点。最最后可达达到锅炉炉安全、经经济、高高效的运运行。关键词:热电厂厂；锅炉炉燃烧；单片机机；控制AbsttracctTherrmall poowerr pllantt booileer ccombbusttionn coontrrol plaays an impporttantt roole in seccuriity andd ecconoomy of thee en

3、ntirre ppoweer ggeneerattionn prroceess, thhe cconttroll off itts hhighh effficcienncy theermaal ppoweer pplannt iis aan iimpoortaant tassk. In thiis ppapeer, thee annalyysiss annd sstuddy oof tthe enttiree coombuustiion sysstemm, tthe boiilerr coombuustiion conntrool ssysttem, maain steeam preessuu

4、re conntrool ssysttem andd thhe ffurnnacee prresssuree annd cconttroll syysteem cconttroll prrogrram, thhen itss coontrrol laww annd pparaametter sellecttionn annd ttuniing. Innstrrumeent sellecttionn, uusinng aadvaanceed ddigiitall innstrrumeent, annd uusinng tthe AT889S551 mmicrrocoontrrolller des

5、signn ann inntellliggentt coombuustiion conntrool ssysttem, giivenn thhe hharddwarre aand sofftwaare floow ccharrt. Thee coontrrolller to thee neew AAT899S511 MCCU aas tthe corre, thee usse oof ffuzzzy PPID alggoriithmm foor ccompputiing andd coontrrol, noot oonlyy caan bbe aanallog, diigittal siggn

6、all saampllingg annd pproccesssingg, bbut alsso tto ccompplette tthe staate dettecttionn annd cconttroll, aalarrm aand fauult hanndliing funnctiionss. TThe conntrool ssysttem hass a fasst, higgh ppreccisiion, hiigh relliabbiliity andd a simmplee haardwwaree sttruccturre. Finnallly, youu caan rreacch

7、 tthe boiilerr saafe, ecconoomiccal andd effficciennt ooperratiion.Keywwordds: heaat aand powwer plaant; booileer ccombbusttionn; mmicrrocoontrrolller; coontrrolIII目录1 绪绪论11.1 研究背背景11.2 研究意意义11.3 国内外外研究现现状21.4 主要研研究内容容32 燃燃煤锅炉炉系统的的总体设设计方案案42.1 锅炉燃燃烧的生生产工艺艺42.2 燃煤锅锅炉系统统控制设设计方案案52.2.1 汽汽包水位位控制662.2.2

8、炉炉膛负压压控制882.2.3 蒸蒸汽压力力控制882.2.4 炉炉膛温度度控制系系统93 温温度控制制系统硬硬件电路路设计1113.1 单片机机的介绍绍和芯片片的选型型113.1.1 单单片机简简介1113.1.2 芯芯片的选选型1223.2 AT889S551单片片机的基基本结构构123.2.1 AAT899S511单片机机的主要要特征1123.2.2 AAT899S511单片机机的引脚脚介绍1133.3 DS118B220温度度传感器器153.4 系统硬硬件电路路设计1173.4.1 单单片机最最小系统统电路1173.4.2 显显示电路路183.4.3 温温度控制制及报警警电路1193.

9、4.4 DDS188B200温度传传感器电电路1994 温温度控制制系统软软件设计计204.1 系统软软件设计计整体思思路2004.2 系统程程序流图图214.2.1 系系统主程程序2114.2.2 读读出温度度子程序序224.2.3 复复位、应应答子程程序2334.2.4 写写入子程程序2444.3 系统调调试2555 总总结266致谢277参考文献献28附录：22946西京学院本科毕业设计（论文）1 绪绪论1.1 研究背背景我国的火火力发电电厂以煤煤为主要要燃料，煤煤的成本本占整个个发电成成本的770%以以上。锅锅炉作为为电厂实实现能量量转换的的主要设设备，是是火力发发电机组组的一个个重要

10、组组成部分分，其运运行水平平和效率率对整个个火力发发电厂的的运行经经济性具具有重大大影响。以以一台3300MMW的机机组为例例，其锅锅炉每小小时燃煤煤约1220吨，若若使燃烧烧效率提提高1%，以年年运行770000小时计计算，共共可节煤煤84000吨，若若每吨煤煤按2220元计计算，则则一年可可节约1184.8万元元。同时时由此产产生的有有害气体体和烟尘尘等污染染物的排排放所产产生的环环境效益益更是无无法用金金钱衡量量的。目目前我国国发电厂厂中仍存存在大量量中、高高压参数数的高能能耗锅炉炉，虽然然在3000MWW和6000MW的的主力机机组中以以亚临界界和超临临界压力力的大容容量锅炉炉为主，但

11、但由于设设备本身身以及运运行控制制等方面面的原因因，在供供电耗煤煤和燃煤煤效率等等主要经经济指标标上与世世界先进进水平还还有较大大差距。在所有发发电方式式中，火火力发电电是历史史最久的的，也是是最重要要的一种种，且火火力发电电在近几几年还是是主流的的，因为为我国的的经济状状况决定定了我国国采用什什么样的的能源措措施。1.2 研究意意义热力电厂厂的一系系列系统统和生产产流程和和生产工工艺，这这些大致致可以分分为水处处理系统统、锅炉炉燃烧系系统、汽汽轮机发发电系统统、供配配电系统统、这样样大的四四个系统统，其中中锅炉是是发电过过程中必必不可少少的重要要动力设设备，它它所产生生的高压压蒸汽既既可以驱

12、驱动透瓶瓶，又可可以作为为精馏、干干燥、反反应、加加热等过过程的热热源。随随着工业业生产规规模的不不断增大大，作为为动力和和热源的的锅炉，也也向着大大容量、高高参数、高高效率的的方向发发展。锅炉的控控制主要要分为两两大部分分:燃烧烧控制系系统和汽汽包水位位控制系系统。汽汽包水位位一般采采用三冲冲量控制制，能达达到较好好的控制制效果，而而锅炉的的燃烧过过程，是是一个多多参数、多多回路、非非线性、大大滞后、强强祸合的的控制系系统，较较难控制制。因此此，自二二十世纪纪九十年年代以来来，随着着超大型型可编程程控制器器的出现现和模糊糊控制，国国外就将将自适应应控制等等智能控控制算法法技术应应用于锅锅炉的

13、控控制。使使锅炉控控制水平平大大提提高，实实现了锅锅炉优化化控制。国国内研究究锅炉自自动控制制虽然现现在也比比较成熟熟，但主主要是仪仪表显示示、报表表打印等等功能，控控制水平平有限，可可靠性不不够高。和和国外锅锅炉自动动控制比比较仍存存在一定定的差距距。1.大多多数现有有的锅炉炉控制系系统可控控制的主主要还是是开关量量设备，如如风机、炉炉排和水水泵的开开关或者者阀门控控制。不不能对它它们精确确连续调调节，使使控制手手段单一一，控制制精度低低。2.锅炉炉控制系系统的的的控制方方案不够够合理，锅锅炉控制制器一旦旦出现故故障，只只能采取取系统断断电处理理，进行行人工操操作。若若锅炉系系统中的的传感器

14、器、变送送器等设设备出现现故障时时，温度度、压力力等参数数就无法法达到设设定值。因此，本本文根据据热电厂厂锅炉控控制流程程，以AAT899S511单片机机为核心心设计了了一种火火电厂锅锅炉燃烧烧煤空比比的控制制系统。目目的是提提高电厂厂燃煤锅锅炉的控控制水平平。节约约能源，降降低环境境污染。系系统采用用模糊PPID算算法进行行运算和和控制,不但可可以实现现对模拟拟、数字字信号进进行采样样和处理理,而且且还可以以完成状状态检测测和控制制、报警警以及故故障处理理等功能能。该控控制系统统具有速速度快、精精度高、可可靠性高高和硬件件结构简简单的特特点。最最后可达达到锅炉炉安全、经经济、高高效的运运行。

15、1.3国国内外研研究现状状锅炉的自自动化控控制从上上世纪三三、四十十年代就就开始了了，当时时大都为为单参数数仪表控控制，进进入上世世纪五十十年代后后，美国国、前苏苏联等国国家都开开始进行行对锅炉炉的操作作和控制制的进一一步研究究。但由由于当时时科技发发展的局局限性，对对锅炉的的控制主主要停留留在使用用汽动仪仪表(泡括汽汽动单元元组合仪仪表和汽汽动基地地式仪表表)的阶段段，而且且大多数数锅炉只只是检测测工艺参参数，不不进行自自动控制制。到上上世纪六六十年代代，在发发达国家家，锅炉炉的控制制主要以以电动单单元组合合仪表(相当于于我国的的DDZZ-III, DDDZ-IIII仪表)检测与与控制，还还

16、是以检检测报警警为主，控控制为辅辅助功能能。到了了上世纪纪七十年年代，随随着计算算机技术术和自动动控制技技术理论论的发展展，使得得锅炉的的计算机机控制成成为可能能。尤其其是近一一、二十十年来，随随着先进进控制理理论和计计算机技技术的飞飞速发展展，加之之计算机机各种性性能的不不断增强强，价格格的大幅幅度下降降，使锅锅炉应用用计算机机控制很很快得到到了普及及和应用用。许多多发达国国家都相相继开发发出了锅锅炉计算算机控制制系统。如如今在国外，锅锅炉的控控制己基基本实现现了计算算机自动动控制，在在控制方方法上都都采用了了现代控控制理论论中的最最优控制制、多变变量频域域、模糊糊控制等等方法，因因此，锅锅

17、炉的热热效率很很高、锅锅炉运行行平稳，而而且减少少了对环环境的污污染。在在国内，由由于经济济技术条条件的限限制，中中小企业业锅炉设设备水平平一直比比较落后后，大多多数中小小型锅炉炉水平基基本上停停留在手手动和简简单仪表表操作的的水平。国内供热热锅炉燃燃烧系统统自动控控制大多多在燃油油和燃气气锅炉上上实现的的，对于于燃煤锅锅炉，在在自动控控制研究究方面总总是得不不到满意意的效果果，存在在的主要要问题是是滞后问问题。近近几年变变频技术术在我国国的应用用领域越越来越广广，在锅锅炉控制制方面也也有应用用，主要要有三种种形式，全自动变频定压；锅炉鼓、引风机变频控制；循环泵变频控制，对系统进行质调节。三种

18、形式均有独立应用的范例，也有组合应用，但主要是以人工控制为主，节能效果仍然取决于司炉人员的经验，水平和责任意识。1.4 主要研研究内容容此系统主主要以单单片机为为控制器器，并对对显示电电路，温温度检测测电路，报报警电路路，执行行电路等等进行具具体设计计，以实实现锅炉炉温度的的控制。（1）燃燃煤锅炉炉燃烧控控制系统统总体方方案设计计。（2）选选用合适适的单片片机，设设计出功功能结构构图。（3）设设计燃煤煤锅炉燃燃烧控制制系统程程序流程程图。（4）进进行相应应的程序序编制。2 燃燃煤锅炉炉系统的的总体设设计方案案2.1 锅炉燃燃烧的生生产工艺艺热力发电电厂是利利用煤燃燃烧的化化学能产产出电能能的工

19、厂厂，即为为燃料的的化学能能蒸汽的的热势能能机械能能电能。在在锅炉中中，燃料料的化学学能转变变为蒸汽汽的热能能，在汽汽轮机中中，蒸汽汽的热能能转变为为轮子旋旋转的机机械能，在在发电机机中机械械能转变变为电能能。炉、机机、电是是火电厂厂中的主主要设备备，亦称称三大主主机。辅辅助三大大主机的的设备称称为辅助助设备简简称辅机机。主机机与辅机机及其相相连的管管道、线线路等称称为系统统，如图图2.11锅炉燃燃烧流程程图所示示。磨煤系统处理后的水 给煤机 汽包 炉膛热空气 加热空气加强鼓风机初步鼓风机过热器 汽轮机发电机电网 燃烧净化系统烟筒冷凝 泵排汽水处理系统 图2.1锅炉炉燃烧流流程图热力发电电厂的

20、原原料就是是原煤。原原煤用车车运送到到发电厂厂的储煤煤场，再再用输煤煤皮带输输送到煤煤斗。再再从煤斗斗落下由由给煤机机送入磨磨煤机磨磨成煤粉粉，并同同时输送送热空气气来干燥燥和输送送煤粉。最最后送入入锅炉的的炉膛中中燃烧。燃燃料燃烧烧所需要要的热空空气由送送风机送送入锅炉炉的空气气预热器器中加热热，预热热后的热热空气，经经过风道道一部分分送入磨磨煤机作作干燥以以及送煤煤粉，另另一部分分直接引引至燃烧烧器进入入炉膛。燃燃烧生成成的高温温烟气，在在引风机机的作用用下先沿沿着锅炉炉的倒“U”形烟道道依次流流过炉膛膛，水冷冷壁管，过过热器，省省煤器，空空气预热热器，同同时逐步步将烟气气的热能能传给过过

21、热器，省省煤器，空空气预热热器以及及空气，自自身变成成低温烟烟气，经经除尘器器和脱硫硫装置的的净化后后在排入入大气。煤煤燃烧后后生成的的灰渣，其其中大的的灰子会会因自重重从气流流中分离离出来，沉沉降到炉炉膛底部部的冷灰灰斗中形形成固态态渣，最最后由排排渣装置置排入灰灰渣沟，再再由灰渣渣泵送到到灰渣场场。大量量的细小小的灰粒粒（飞灰灰）则随随烟气带带走，经经除尘器器分离后后也送到到灰渣沟沟。炉给给水先进进入省煤煤器预热热到接近近饱和温温度，后后经蒸发发器受热热面加热热为饱和和蒸汽，再再经过热热器被加加热为过过热蒸汽汽，此蒸蒸汽又称称为主蒸蒸汽。经经过以上上流程，就就完了燃燃料的输输送和燃燃烧、蒸

22、蒸汽的生生成燃物物（灰、渣渣、烟气气）的处处理及排排出。由由锅炉过过热器出出来的主主蒸汽经经过主蒸蒸汽管道道进入汽汽轮机膨膨胀做功功，冲转转汽轮机机，从而而带动发发电机发发电。从从汽轮机机排出的的乏汽排排入凝汽汽器，在在此被凝凝结冷却却成水，此此凝结水水称为主主凝结水水。主凝凝结水通通过凝结结水泵送送入低压压加热器器，有汽汽轮机抽抽出部分分蒸汽后后再进入入除氧器器，在其其中通过过继续加加热除去去溶于水水中的各各种气体体（主要要是氧气气）。经经化学车车间处理理后的补补给水成成为锅炉炉的给水水，再经经过给水水泵升压压后送往往高压加加热器，然然后送入入锅炉。循循环水泵泵将冷却却水（又又称循环环水）送

23、送往凝结结器，这这就形成成循环冷冷却水系系统。以上流程程，完成成了蒸汽汽的热能能转换为为机械能能，电能能，以及及锅炉给给水供应应的过程程。2.2 燃煤锅锅炉系统统控制设设计方案案在热电厂厂中，以以单位机机组为控控制对象象，可以以讨论的的控制系系统有，锅锅炉汽包包水位控控制系统统、燃烧烧过程控控制系统统以及过过热蒸汽汽温度控控制系统统，过热热蒸汽温温度控制制又泡括过热热蒸汽温温度控制制和再热热蒸汽温温度控制制。锅炉控制制系统可可以分为为汽包水水位控制制系统和和燃烧控控制系统统。燃烧烧控制系系统泡括括:蒸汽汽压力控控制系统统、炉膛膛负压控控制系统统和炉膛膛温度控控制系统统。如图图2.22锅炉控控制

24、系统统所示。汽包水位控制xitomngh 蒸汽压力控制系统 锅炉燃烧系统 炉膛负压控制系统 燃烧控制系统 炉膛温度控制系统图2.22锅炉控控制系统统2.2.1 汽汽包水位位控制汽包水位位是锅炉炉安全运运行的主主要参数数之一。水水位过高高会导致致蒸汽带带水进入入过热器器并在过过热器管管内结垢垢，影响响传热效效率，严严重的将将引起过过热器爆爆管;水水位过低低又将破破坏部分分水冷壁壁的水循循环，引引起水冷冷壁局部部过热而而爆管。尤尤其是大大型锅炉炉，例如如，300万KWW机组的的锅炉蒸蒸发量为为10224t/h，而而汽包的的容积较较小，一一旦控制制不当，则则会在十十几秒内内使汽包包内的水水全部汽汽化

25、，造造成严重重的事故故。故锅锅炉汽包包给水控控制系统统的任务务就是保保证汽包包水位在在容许的的范围内内，并兼兼顾锅炉炉的平稳稳运行。锅炉水位位自动控控制的任任务是控控制给水水流量，使使其适应应蒸发量量的变化化，维持持汽包水水位在允允许的范范围内。影响汽包包水位有有四个因因素，除除了给水水量W和输出出蒸汽量量D外，汽汽包压力力和燃料料的变化化也会对对汽包水水位产生生影响。此此外决定定汽包水水位的还还有汽包包中(泡泡括循环环水管)储水量量的多少少、水位位下汽包包容积与与锅炉的的负荷、蒸蒸汽压力力、炉膛膛热负荷荷等都有有关。在在影响汽汽包水位位的诸多多因素中中，以锅锅炉蒸汽汽量D和给水水量W为主。1

26、 汽包水位位在给水水流量作作用下的的动态特特性，即即控制通通道特性性由于于给水温温度要比比汽包内内饱和水水的温度度低，所所以给水水流量增增加后，需需从原有有饱和水水中吸取取部分热热量，使使水位下下汽包容容积减小小。当水水位下汽汽包容积积不再变变化时，水水位变化化就完全全反映了了因储水水量的增增加而直直线上升升。H是水位位的实际际变化。在在给水量量作阶跃跃变化后后，汽包包水位不不会马上上增加，而而呈现一一段起始始惯性段段。用传传递函数数来描述述时，近近似于一一个积分分环节和和纯滞后后环节的的串联，可可表示为为： （22.1）其中：飞升升速度，给水流量变化单位流量时水位的变化速度；纯滞滞后时间间，

27、s。给水温度度越低，纯纯滞后时时间越大大。2. 汽包水位位在蒸汽汽流量扰扰动下的的动态特特性，即即干扰通通道的动动态特性性当蒸蒸汽流量量D突然增增加，在在燃料量量不变的的情况下下，从锅锅炉的物物料平衡衡关系来来看，蒸蒸汽量DD大于给给水量WW，设此此时的水水位变化化为。在在实际工工作中，由由于蒸汽汽用量突突然增加加，瞬间间必导致致汽包压压力下降降，汽包包内水沸沸腾突然然加剧，产产生闪蒸蒸，水中中汽包迅迅速增加加，水位位交化表表示为。实实际显示示的水位位变化为为与的叠加加，即表表达式=+。当蒸蒸汽量加加大时，虽虽然锅炉炉的给水水量小于于蒸发量量，但在在一开始始，水位位不仅不不下降反反而迅速速上升

28、，然然后再下下降(反反之，蒸蒸汽流量量突然减减少时，则则水位先先下降，然然后上升升)。这这种现象象称为“虚假水水位”蒸气气流量扰扰动时，水水位变化化的动态态特性可可用传递递函数来来表示：（2.22）其中：飞升速度度，即在在蒸汽流流量变化化单位流流量时水水位的变变化速度度；响应应曲线的的放大系系数；响应应曲线的的时间常常数。虚假水位位的变化化大小与与锅炉的的工作压压力和蒸蒸发量等等有关。对对于一般般的中高高型锅炉炉，当负负荷变化化10时，虚虚假水位位可达330-440raam。虚虚假水位位现象属属于反向向特性，给给控制带带来一定定的困难难，在控控制方案案设计中中，必须须引起注注意。在在设计汽汽包

29、水位位控制系系统时，可可不考虑虑燃料扰扰动和汽汽包压力力扰动对对水位的的影响，而而只考虑虑给水量量扰动和和蒸汽负负荷扰动动对水位位的影响响，特别别是虚假假水位的的影响汽包水水位控制制系统中中存在薅薅个难点点：一个个是蒸汽汽负荷变变化造成成的虚假假水位现现象；当当给水量量稳定时时，蒸汽汽量阶跃跃增大。汽汽包水位位应该下下降，但但是由于于汽包内内蒸汽处处于饱和和状态，一一旦流量量突变，压压力也变变化，水水的沸点点也随之之变化，造造成汽包包内汽水水混合物物体积改改变，因因此水位位不但没没有下降降，反而而有所上上升，这这就是“虚假水水位”。另一一个是由由于炉体体内影响响汽水变变化的对对流管柬柬的物理理

30、特性变变化引起起的，所所以，水水位系统统是一个个慢时变变系统。根根据锅炉炉汽包容容量大小小，阀位位变化到到水位变变化需要要一定时时间。因因此，系系统具有有延时，而而且系统统存在着着较大的的干扰综上所所述，汽汽包水位位系统是是一个具具有大的的扰动和和非线性性特性的的滞后系系统。2.2.2 炉炉膛负压压控制锅炉在正正常运行行中，炉炉膛负压压应保持持在规定定的范围围内。负负压过大大，漏风风严重，总总的风量量增加，烟烟气热量量损失增增大，同同时引风风机的电电耗增加加，不利利于经济济燃烧;负压偏偏正，炉炉膛要向向外喷火火，不利利于安全全生产，有有害于环环境卫生生。所以以炉膛负负压必须须进行自自动调节节，

31、将其其稳定在在规定的的范围内内。本系系统利用用调节引引风挡板板的开度度，引入入送风量量作为前前馈信号号，控制制它的引引风量来来实现。如如图2.3炉膛膛负压调调节系统统框图所所示。+- K送风量风量 负压给定 +压力PID引风挡板 炉膛 压力变送器 负压图2.33炉膛负负压调节节系统框框图当负荷增增大时，需需要利用用调速电电机增大大煤量。同同时，与与给煤量量成正比比例的送送风量也也要相应应增大此时炉炉膛负压压即下降降，需要要增加引引风量以以保证炉炉膛负压压稳定由于炉炉膛负压压变化有有一段滞滞后，虽虽然调节节了引风风挡板的的开度，但但在一段段时间里里炉膛负负压仍在在下降。因因此将送送风调节节器的输

32、输出作为为前馈信信号，送送到炉膛膛负压调调节回路路的引风风调节器器，使送送风量变变化时引引风量也也立即变变化，以以解决滞滞后问题题。2.2.3 蒸蒸汽压力力控制蒸汽压力力是衡量量蒸汽供供求关系系是否平平衡的重重要指标标，是蒸蒸汽的重重要参数数。蒸汽汽压力过过或过高高，对于于金属导导管和负负荷设备备都是不不利的。压压力太高高，会加加速金属属的蠕变变，压力力太低，就就不能提提供给设设备符合合质量要要求的蒸蒸汽。在在锅炉运运行过程程中，蒸蒸汽压力力降低，说说明负荷荷设备的的蒸汽消消耗量大大于锅炉炉的蒸发发量;蒸蒸汽压力力升高，表表明负荷荷设备的的蒸汽消消耗量小小于锅炉炉的蒸发发量。因因此，控控制蒸汽

33、汽压力，是是安全生生产的需需要，是是维持负负荷设备备正常工工作的需需要，也也是保证证燃烧经经济性的的需要。锅锅炉蒸汽汽压力的的变化是是由于热热平衡失失调引起起的.而而影响热热平衡的的因素主主要是燃燃烧热和和蒸汽热热，燃烧烧热的波波动引起起的热平平衡失调调称为“内扰”，而蒸蒸汽热波波动引起起的热平平衡失调调为了克克服内外外扰对蒸蒸汽压力力的影响响，在各各个基本本的单炉炉蒸汽压压力控制制系统中中，输入入到锅炉炉的燃烧烧热必须须跟随蒸蒸汽热的的变化而而变化.以尽量量保持热热量平衡衡同时根根据蒸汽汽压力与与给定值值的偏差差适当增增减燃料料量以增增加或减减少蒸汽汽压力。如如图2.4锅炉压压力控制制系统原

34、原理所示示。压力输出值+主调节器副调节器执行器控制对象 前馈 燃料变送蒸汽压力变送压力给定值蒸汽流量-图2.44锅炉压压力控制制系统框框图主环压力力控制根根据蒸汽汽压力与与设定值值的偏差差来调节节燃料量量以保证证压力的的稳定。副副环燃料料控制器器根据主主环输出出与前馈馈信号(即外扰扰)的合合成指令令去控制制进入锅锅炉的燃燃料量，克克服燃料料量波动动，从而而使压力力保持在在稳定范范围之内内。2.2.4 炉炉膛温度度控制系系统这类控制制对象惯惯性大,滞后现现象严重重,存在在很多不不确定的的因素,难以建建立精确确的数学学模型,从而导导致控制制系统性性能不佳佳,甚至至出现控控制不稳稳定、失失控现象象。

35、采用用数字温温度传感感器DSS18BB20，因因其内部部集成了了A/DD转换器器，使得得电路结结构更加加简单，而而且减少少了温度度测量转转换时的的精度损损失，使使得测量量温度更更加精确确。数字字温度传传感器DDS188B200只用一一个引脚脚即可与与单片机机进行通通信，大大大减少少了接线线的麻烦烦，使得得单片机机更加具具有扩展展性。由由于DSS18BB20芯芯片的小小型化，更更加可以以通过单单跳数据据线就可可以和主主电路连连接，故故可以把把数字温温度传感感器DSS18BB20做做成探头头，探入入到狭小小的地方方，增加加了实用用性。能能串接多多个数字字温度传传感器DDS188B200进行范范围的

36、温温度检测测。本设计是是对炉膛膛温度进进行实时时监测与与控制，温度传感器DS18B20从设备环境的不同位置采集温度，单片机AT89S51获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。设计的炉膛温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当炉膛温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使炉膛温度上升，同时绿灯亮。当炉膛温度上升到下限温度以上时，停止加温；当炉膛温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使炉膛温度下降，同时红灯亮。当炉膛温度下降到上限温度以下时，停止降温。炉膛温度在上下限温度之间时，执行机构不执

37、行。三个数码管即时显示炉膛温度，精确到小数点一位。当由于环环境温度度变化太太剧烈或或由于加加热或降降温设备备出现故故障，或或者温度度传感头头出现故故障导致致在一段段时间内内不能将将环境温温度调整整到规定定的温度度限内的的时候，单单片机通通过三极极管驱动动扬声器器发出警警笛声。 系统中将将通过串串口通讯讯连接PPC机存储温温度变化化时的历历史数据据，以便便观察整整个温度度的控制制过程及及监控温温度的变变化全过过程。如如图2.5炉膛膛温度控控制系统统框图所所示。 PC机DS18B20温度芯片数据传输 电源 AT89S51 单 片 机LED数据显示 报警器 继电器1 继电器2 制冷器 加热器图2.5

38、5炉膛温温度控制制系统框框图由上面的的四个控控制系统统设计，可可以看出出锅炉的的燃烧控控制是锅锅炉控制制中的一一大难题题，生产产过程中中的燃烧烧对象是是典型的的多变量量组合、大大时延、非非线性且且时变的的对象，难难以保证证燃料量量、烟气气含氧量量的准确确测量，以以及锅炉炉运行的的最佳效效率和安安全稳定定。所以以接下来来采取炉炉膛温度度控制系系统进行行研究和和设计。3 温温度控制制系统硬硬件电路路设计开发设计计一个单单片机应应用系统统或者设设计或者者设计一一种智能能化的仪仪器，首首先要明明白做什什么然后后才是怎怎么做。目目标任务务即系统统要求实实现的功功能以及及指标。应应用的场场合不同同具体的的

39、要求也也会不同同。其次次是根据据功能以以及技术术指标的的要求，确确定系统统的总体体设计方方案。系系统的总总体设计计方案包包括单片片机的选选择、重重要环节节关键器器件的选选型、技技术指标标的实现现、硬件件设计功功能的划划分等。3.1 单片机机的介绍绍和芯片片的选型型3.1.1 单单片机简简介单片机也也被称为为微控制制器（Miccrocconttrolllerr Unnit），是微微型计算算机中的的一类是是将CPPU、存存储器、总总线、II/O接接口电路路集成在在一块大大规模集集成电路路芯片上上。常用用英文字字母的缩缩写MCCU表示示单片机机，它最最早是被被用在工工业控制制领域。单单片机由由芯片内

40、内仅有CCPU的的专用处处理器发发展而来来。最早早的设计计理念是是通过将将大量外外围设备备和CPPU集成成在一个个芯片中中，使计计算机系系统更小小，更容容易集成成进复杂杂的而对对体积要要求严格格的控制制设备当当中。早期的单单片机都都是8位或4位的。其其中最成成功的是是INTTEL的的80331，因因为简单单可靠而而性能不不错 获获得了很很大的好好评。此此后在880311上发展展出了MMCS551系列列单片机机系统。基基于这一一系统的的单片机机系统直直到现在在还在广广泛使用用。随着着工业控控制领域域要求的的提高，开开始出现现了166位单片片机，但但因为性性价比不不理想并并未得到到很广泛泛的应用用

41、。900年代后后随着消消费电子子产品大大发展，单单片机技技术得到到了巨大大提高。随随着INNTELLi9660系列列特别是是后来的的ARMM系列的的广泛应应用，332位单单片机迅迅速取代代16位单单片机的的高端地地位，并并且进入入主流市市场。而而传统的的8位单片片机的性性能也得得到了飞飞速提高高，处理理能力比比起800年代提提高了数数百倍。目目前，高高端的332位单单片机主主频已经经超过3300MMHz，性性能直追追90年代代中期的的专用处处理器，当当代单片片机系统统已经不不再只在在裸机环环境下开开发和使使用，大大量专用用的嵌入入式操作作系统被被广泛应应用在全全系列的的单片机机上。而在在作为掌

42、掌上电脑脑和手机机核心处处理的高高端单片片机甚至至可以直直接使用用专用的的Winndowws和Linnux操操作系统统。 单片机比比专用处处理器更更适合应应用于嵌嵌入式系系统，因因此它得得到了最最多的应应用。事事实上单单片机 是世界界上数量量最多的的计 算算机。现现代人类类生活中中所用的的几乎每每件电子子和机械械产品中中都会集集成有单单片机。手手机、电电话、计计算器、家家用电器器、电子子玩具、掌上电脑以及鼠 标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作,单片机的数量不仅远超过PC

43、机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又又称单片片微控制制器,它它不是完完成某一一个逻辑辑功能的的芯片,而是把把一个计计算机系系统集成成到一个个芯 片片上。相相当于一一个微型型的计算算机，和和计算机机相比，单单片机只只缺少了了I/OO设备。概概括的讲讲：一块块芯片就就成了一一台计算算机。它它的体积积小、质质量轻、价价格便宜宜、为学学习、应应用和开开发提供供了便利利条件。3.1.2 芯芯片的选选型ATMEEL公司司是世界界上高级级半导体体产品设设计、制制造和行行销的领领先者，产产品包括括了微处处理器、可可编程逻逻辑器件件、非易易失性存存储器、安安全芯片片、混合合信号及及RF射射频集

44、成成电路。AATMEEL公司司在ATT89CC系列单单片机的的基础上上，推出出了以MMSC-51核核心技术术为其内内核，采采用该公公司高性性能、低低功耗、非非易失性性存储器器技术的的AT889S系系列单片片机，包包括ATT89SS51、AAT899S522、ATT89SS53和和AT889S882522。与AAT899C系列列相比，AAT899S系列列的运算算速度有有了很大大的提高高，在功功能上新新增加了了双数据据指针、定定时监视视器等，能能更好地地满足各各种不同同的应用用需要。本节重点点介绍AAT899S511单片机机的硬件件组成结结构及其其引脚功功能。3.2 ATT89SS51单单片机的的

45、基本结结构AT899S511是一个个低功耗耗，高性性能CMMOS 8位单单片机，片片内含44k BBytees IISP(In-sysstemm prrogrrammmablle)的的可反复复擦写110000次的FFlassh只读读程序存存储器，器器件采用用ATMMEL公公司的高高密度、非非易失性性存储技技术制造造，兼容容标准MMCS-51指指令系统统及800C511引脚结结构，芯芯片内集集成了通通用8位位中央处处理器和和ISPP Fllashh存储单单元，AAT899S511在众多多嵌入式式控制应应用系统统中得到到广泛应应用。3.2.1 AAT899S511单片机机的主要要特征主要特征征：1

46、、4kk Byytess Fllashh片内程程序存储储器； 2、1228 bbytees的随随机存取取数据存存储器（RAM）； 3、322个外部部双向输输入/输输出（II/O）口口； 4、5个个中断优优先级、22层中断断嵌套中中断； 5、6个个中断源源； 6、2个个16位位可编程程定时器器/计数器器； 7、2个个全双工工串行通通信口； 8、看门门狗（WDTT）电路路； 9、片内内振荡器器和时钟电电路； 10、与与MCSS-511兼容； 11、全全静态工工作：00Hz-33MMHz； 12、三三级程序序存储器器保密锁锁定； 13、可可编程串串行通道道； 14、低低功耗的的闲置和和掉电模模式。3.2.2 AAT899S511单片机机的引脚脚介绍AT899S511主要有有PDIIP封装装、PLLCC封封装和TTQFPP封装。虽虽然封装装形式不不同但是是各引脚脚的功能能相同。接接下来详详细的介介绍ATT89SS51单单片机引引脚排列列及功能能。如图图3.11 ATT89SS51引引脚图所所示。