熱水供應(yīng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

遼寧省本溪市機(jī)電工程學(xué)校 崔金輝

企業(yè)集中熱水供應(yīng)是降低成本、減少污染的有效方法，長(zhǎng)期以來(lái)為人們提供了良好的服務(wù)。但在整體熱水供應(yīng)系統(tǒng)中仍然是人工控制各環(huán)節(jié)，不僅增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)控制各環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確度也不高。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)熱水供應(yīng)的自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人身安全系數(shù)、提高控制準(zhǔn)確度、提高勞動(dòng)效率，大幅度提高經(jīng)濟(jì)效益等目的。

一、系統(tǒng)組成與功能概述

熱水供應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)有由三部分組成：控制部分、加熱部分和用水計(jì)量部分。控制部分由相關(guān)控制開關(guān)、液晶顯示器、數(shù)碼管顯示器和相關(guān)指示燈等部分組成，其主要功能有：控制爐內(nèi)水加熱的開始、暫停或繼續(xù)，預(yù)設(shè)熱水溫度、指示熱水溫度和爐內(nèi)水量等信息。加熱部分由燃爐、加熱爐、水量檢測(cè)、溫度檢測(cè)、燃料以及運(yùn)送等部分組成，其主要功能有：在控制部分指揮下把燃料運(yùn)到燃爐內(nèi)，同時(shí)將水溫、水量等信息傳遞給控制部分。用水計(jì)量部分的主要器件是各出水管的水表，計(jì)量每個(gè)出水口的用水量，并通過(guò)轉(zhuǎn)換查詢到每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的水費(fèi)。

二、自動(dòng)控制系統(tǒng)說(shuō)明

系統(tǒng)使用單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，具體要求如下：

1.數(shù)碼管顯示

使用8位數(shù)碼管顯示器，各位的顯示內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)位置對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

2.液晶顯示

使用128*64液晶顯示模塊，顯示各水表的計(jì)量信息。

3.按鍵功能

設(shè)置7個(gè)按鍵從左到右分別設(shè)置為“開始”鍵、“停止”鍵、“暫停/繼續(xù)”鍵、“確認(rèn)”鍵、“水量/水費(fèi)”鍵、溫度設(shè)置“+”鍵和溫度設(shè)置“-”鍵。

4.功能指示燈

指示燈從左到右分別設(shè)置為：電源指示燈、進(jìn)水指示燈、加熱指示燈和報(bào)警指示燈。

5.燃料運(yùn)送機(jī)構(gòu)

其中工位一、工位二、工位三下方為模擬燃料放置區(qū)，工位三上方為燃料入口區(qū)。

6.水溫指示

指示爐內(nèi)實(shí)時(shí)水溫值。

7.儲(chǔ)水量檢測(cè)

使用水量檢測(cè)傳感器來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)水量，并轉(zhuǎn)換相應(yīng)的控制信號(hào)。使用時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)壓電位器得到某一輸出電壓值，作為水量傳感器的起控點(diǎn)。

表1 數(shù)碼管顯示器各位顯示內(nèi)容

表2 儲(chǔ)水量與水量傳感器輸出電壓之間關(guān)系

表3 數(shù)碼管顯示器初始化各位實(shí)時(shí)顯示內(nèi)容

圖1 熱水供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 液晶顯示的初始界面

圖3 用水量和水費(fèi)顯示

圖4 送燃料過(guò)程初始化流程圖

設(shè)加熱爐內(nèi)的最大儲(chǔ)水量為1000L，儲(chǔ)水量與水量傳感器輸出電壓之間的關(guān)系見表2(注：表格中儲(chǔ)水量與電壓相鄰兩點(diǎn)之間看作線性關(guān)系)。

三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化，各部分初始狀態(tài)要求如下：

1.電源指示燈亮，其余指示燈熄滅。

2.數(shù)碼管顯示器各位實(shí)時(shí)顯示內(nèi)容見表3，爐內(nèi)水量的檢測(cè)刷新速度應(yīng)不低于0.5s。

3.液晶顯示的初始界面如圖2所示。

4.設(shè)初始化爐內(nèi)水溫為25℃。

5.機(jī)械手初始化操作：使用前調(diào)整好機(jī)械手的功能，排除故障，使其能正常工作。

（二）系統(tǒng)運(yùn)行要求

1.熱水加熱溫度設(shè)置

預(yù)設(shè)的水溫值范圍應(yīng)在25~50℃之間變化，否則系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行下一步工作。使用“+”或“—”鍵預(yù)設(shè)熱水溫度值，每按一次“+”或“—”鍵，數(shù)碼管顯示的預(yù)設(shè)熱水溫度值加4℃或減1℃。當(dāng)設(shè)定的水溫值達(dá)到50℃后再按“+”鍵，“+”鍵失效，然后按“—”達(dá)到規(guī)定的預(yù)設(shè)溫度值；若設(shè)定的水溫值達(dá)到25℃后再按“—”鍵，“—”鍵失效，設(shè)定的水溫值仍為25℃。

2.水加熱

在滿足25℃≤預(yù)設(shè)熱水溫度值≤50℃的條件下，按下“開始”按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入下面的水加熱過(guò)程。

進(jìn)水：根據(jù)數(shù)碼管顯示的爐內(nèi)實(shí)時(shí)水量，系統(tǒng)進(jìn)入進(jìn)水作業(yè)工作流程。手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓源，按表2關(guān)系模擬加熱爐進(jìn)水，進(jìn)水指示燈點(diǎn)亮。

投放燃料和溫度顯示：當(dāng)爐內(nèi)水量為200L時(shí)按下“確認(rèn)”按鍵后，系統(tǒng)進(jìn)入投放燃料狀態(tài)。

3.LED報(bào)警指示

任何情況下，若爐內(nèi)水量低于50L，報(bào)警指示燈以0.5s的間隔閃爍報(bào)警，此時(shí)用戶不能用水，代表用戶水表的按鍵失效。若爐內(nèi)水量高于900L。報(bào)警指示燈以0.2s的間隔閃爍報(bào)警。

若進(jìn)燃料時(shí)燃料區(qū)無(wú)燃料，則報(bào)警以0.5s的間隔閃爍報(bào)警，有燃料時(shí)自動(dòng)停止報(bào)警。

4.用水量和水費(fèi)顯示()

每按下表示水表的按鍵一次，表示該用戶的用水量增加3L，用戶的用水量在液晶顯示器相應(yīng)的位置顯示出來(lái)。注：用戶用水過(guò)程中，數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示的爐內(nèi)水量與電壓源的電壓大小無(wú)關(guān)。

一次加熱過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)等待再次按下“開始”按鍵，系統(tǒng)能重復(fù)上述步驟。

5.系統(tǒng)停止

按下“停止”鍵，系統(tǒng)停止工作，只有電壓源指示燈亮。

四、送燃料過(guò)程初始化流程圖（圖4）

[1]汪德彪.MCS-51單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009,216-218.

[2]劉春龍.單片機(jī)控制裝置安裝于調(diào)試備賽指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,2010,36-39.