锅炉压力控制新版专业系统设计

产状态。提高热效率，减少耗煤量，用微机进行控制是一件具备深远意义工作。本系统是基于单片机锅炉压力控制，在设计中重要有压力检测、按键控制、循环控制、压力控制、显示某些、故障报警等几某些构成来实现压力控制。重要用压力传感器检测锅炉压力，用三位显示屏来完毕显示某些，用压力传感器检测锅炉内部压力。并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。把这些信号与单片机中内部设定值相比，以判断单片机与否需要进行相应操作，即与否需要打开鼓风机，从而实现单片机自动控制目。 1.1系统基本原理 控制系统原理图如图1所示，设给定值为5.4Mpa,广义被控对象传递函数为 单片机 D/A 执行机构 被控对象 反馈环节 A/D 广义被控对象 给定值 图1 控制系统原理图 1.2 PID控制 PID控制是自动控制中最基本控制方式，其实质是依照输入偏差值，按比例、积分、微分函数关系进行运算，运算成果用于控制输出。在实际应用中，依照被控对象特性和控制规定，可以灵活地变化PID构造，惯用构造有比例（P）调节、比例积分（PI）调节、比例积分微分（PID）调节。为了提高控制性能，可以对PID算法进行改进，例如积分分离PID算法、不完全微分PID算法、变速积分PID算法等。这里采用是临界比例度法，临界比例度法合用于已知对象传递函数场合。在闭合控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐变化调节器比例度，得到等幅振荡过渡过程。得到相应比例度和振荡周期，依照经验公式得到PID整定下系数，得到单位阶跃响应曲线。 2 硬件电路和控制算法（PID控制器）仿真设计 2.1输入、输出通道扩展 2.1.1 D/A转换输出电路 数字量输出通道重要任务是把计算机输出数字量信号转换成模仿电压或电流信号，以便驱动相应执行机构，达到控制目。这个任务重要由D/A转换器来完毕。图2所示为DAC0832与80C51单片机双缓冲方式接口电路。由于DAC0832内部有锁存器，因此不需其她接口芯片，便可与80C51数据总线相连，亦不需保持器，只要没有新数据输入，它将保持本来输出值。为了得到双缓冲控制形式，用P2.6控制/CS，用P2.7控制/XFER，/WR同事控制/WR1和/WR2，输出锁存容许接高电平。可以看出数字量输入锁存和D/A转换输出是分2步完毕。该接口电路采用单极性输出方式。 图2 D/A转换输出电路 2.1.2 A/D转换输入电路 模仿量输入通道任务是把被控对象过程参数压力模仿量信号转换成计算机可以接受数字量信号。A/D转换器作用就是把模仿量转换为数字量，是模仿量输入通道必不可少器件。中断方式是单片机启动A/D转换后即可转而解决其他程序，则由A/D转换器发出一转换结束信号向单片机申请中断，单片机响应中断后，便读入数据。其工作效率高。在多回路数据采集系统中普通采用中断方式。图3采用是中断方式硬件接口，需要将EOC引脚与单片机外部中断引脚连接。由于ADC0809正在转换时EOC0,转换结束时EOC1，而如果设单片机外部中断0为下降沿触发，则EOC需要进过反相器后连接/INT0。图中采用P2.5和/WR启动A/D转换器，在单片机振荡频率不太高状况下，若ALE引脚输出频率范畴满足ADC0809规定，可以直接作为ADC0809时钟输入。 图3 A/D转换输入电路 2.2报警电路 图4报警电路 如图4，涉及闪光报警和鸣音报警。闪光报警最简朴也是最惯用一种报警方式，发光二极管反相连接，其正端接5V，负端通过限流电阻与I/O口线相连。正常工作时绿灯亮浮现异常时红灯亮。鸣音报警采用单频音报警，接口电路简朴，其发音元件普通可采用压电蜂鸣器，当蜂鸣器2引脚上加3-15V直流工作电压就能产生3KHZ左右蜂鸣振荡音响。这里接是0831单片机外部中断T1口，当发生故障时中断且蜂鸣器响。 2.3人机交互（键盘、显示） 2.3.1键盘电路 独立式键盘接受各按键互相独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上按键工作状态不会影响其他输入线上工作状态。因而，通过输入线电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。图5为查询方式独立式按键工作电路，按键直接与8031I/O口线相连，通过读I/O口，鉴定各I/O口线电平状态，即可辨认出按下按键。 图5键盘电路 2.3.2 显示电路 由于需要显示内容只是数码和某些字符，因此使用显示屏是LED（发光二极管显示屏）。这种显示屏成本低廉，配备灵活，与微机连接以便。这里用4个8段码显示屏，4个非门。详细连接图如图6所示 图6显示电路 2.4控制算法（PID控制器）及仿真设计 临界比例度法合用于已知对象传递函数场合。在闭合控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐变化调节器比例度，得到等幅振荡过渡过程。此时比例度称为临界比例度Kp，相邻2个波峰见时间间隔称为临界振荡周期Tk。采用临界比例度法时，系统产生临界振荡条件是系统是3阶或3阶以上。 断开系统微分器输出连线和积分输出连线，Kp值从小到大进行实验，观测示波器输出，直到输出等幅振荡曲线为止，记下此时比例度Kp30，临界振荡周期Tk2.8。详细如图8 依照表1选取比例度Kp，积分时间Ti,微分时间t对系统进行PID控制整定。得到单位阶跃响应曲线如图10 控制器类型 比例度 积分时间常数 微分时间 PID Kp/1.7 0.50Tk 0.125Tk 17.647 1.4 0.35 表1 临界比例度法整定控制器参数表 需要进行微调这里取比例度41.17，积分时间常数1.88，微分时间0.7。 图7 等幅simulink模型图 图8 等幅振荡图 图9 PID系统simulink模型图 图10 单位阶跃响应 3 系统流程图 开 始 Y 系统初始化 键盘输入给定压力值 信号检测 送LED显示 在给定值范畴以内 N 低于下限 开鼓风机加压 Y N 高于上限 Y 关闭鼓风机减压 N 报警 系统输出 结束 图9 锅炉压力控制系统流程图 4 实习总结 通过三周实习，我对锅炉压力控制系统有了很大理解。重要运用了微机原理、单片机原理及应用、DSP原理及应用、计算机控制技术、控制理论与系统等理论知识，掌握控制系统设计办法与环节，理解控制系统构造特点、构成和接口电路，本系统是基于单片机锅炉压力控制，在设计中重要有压力检测、按键控制、循环控制、压力控制、显示某些、故障报警等几某些构成来实现压力控制。重要用压力传感器检测锅炉压力，用