鍋爐液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析

呂浩 王舒蕾 吳書亭 董榮鑫 蘆松

摘 要：本文主要對(duì)一種鍋爐液位控制器進(jìn)行分析，該系統(tǒng)以8051作為控制器，通過8051單片機(jī)，壓力傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)具有液位檢測報(bào)警和控制雙重功能，同時(shí)也具有壓力報(bào)警和顯示控制的功能，并對(duì)液位和壓力值進(jìn)行顯示。

關(guān)鍵詞：鍋爐；8051單片機(jī)；液位控制；自動(dòng)控制

0 引言

目前我國的燃燒鍋爐的數(shù)量眾多，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺(tái)，每年耗媒量占我國原煤產(chǎn)量的四分之一，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。國家在第10到第11個(gè)五年計(jì)劃的科技創(chuàng)新指南中，對(duì)光電一體化、資源與環(huán)境、新能源與高效節(jié)能的指導(dǎo)性課題中明確指出：需要自動(dòng)化程度高、節(jié)能潛力大、提高安全系數(shù)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、價(jià)格低的新型測控裝置。要求節(jié)約率達(dá)到5%以上，裝置投資的回收期在1年以內(nèi)，采暖鍋爐為3年以內(nèi)。

1國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀

目前我國在單片機(jī)測控裝置研究、生產(chǎn)、應(yīng)用中，取得了很大的成績，總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn)，但是各行業(yè)仍處于發(fā)展期，經(jīng)調(diào)查，更多科研究所在這方面開展的工作更看重的是理論和算法，數(shù)年來這方面的研究的論文較多，著重生產(chǎn)實(shí)際的很少。在上海，新型的單片機(jī)測控裝置與系統(tǒng)研究的生產(chǎn)基礎(chǔ)較雄厚，在生產(chǎn)過程中需要新型的測控裝置與系統(tǒng)，因此在不斷的努力研究與開發(fā)。上海的工程技術(shù)研究人員更著重的是生產(chǎn)實(shí)際研究，對(duì)理論、算法和成果的論文較少；深圳在研制新型的測控裝置與系統(tǒng)領(lǐng)域也比較有成就，盡管與其他國家比較尚有差距，但是，深圳的高校、研究院所的最大的特點(diǎn)就是實(shí)際，與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目無關(guān)的問題基本不去考慮，主要考慮選取什么材料，測控什么物理量，優(yōu)點(diǎn)是什么，與機(jī)器設(shè)備的通訊接口等等。

一些發(fā)達(dá)國家在單片機(jī)新型系統(tǒng)研究、制造和應(yīng)用上，已積累了很多經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)入了國際市場。我國在新型測控裝置與系統(tǒng)研究、制造、應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)上，與其他發(fā)達(dá)國家相比還存在差距，但是我國的研究人員已經(jīng)克服很多困難，并在不斷的摸索中前進(jìn)，有望在相關(guān)領(lǐng)域趕上甚至超過發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平，這是發(fā)展趨勢(shì)。

2鍋爐微機(jī)控制

鍋爐微機(jī)控制，是近年來新開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，工業(yè)鍋爐采用的是微機(jī)控制和原有的儀表控制，微機(jī)控制有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

（1）直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)，能顯示液位、壓力、溫度狀態(tài)。

（2）在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種各樣的運(yùn)行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)，可以方便的改變液位、壓力、溫度的上限、下限。

（3）提高鍋爐的熱效率，采用計(jì)算機(jī)控制后熱效率可以比以前5%到10%，據(jù)統(tǒng)計(jì)，120噸的鍋爐，全年平均負(fù)荷為百分之70左右，以平均熱效率提高百分之5計(jì)算，全年節(jié)約800噸。

（4）鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和給水泵等大功率電動(dòng)機(jī)，由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些風(fēng)機(jī)大部分不會(huì)滿負(fù)荷輸出的，原有的方式采用閥門和擋板控制流量，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。通過對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和給水泵進(jìn)行微機(jī)控制可以平均節(jié)電達(dá)到30%到40%左右。

（5）作為鍋爐控制系統(tǒng)裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少勞動(dòng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用計(jì)算機(jī)控制的鍋爐系統(tǒng)有十分周到的安全機(jī)制，可以置多點(diǎn)的聲光報(bào)警和自動(dòng)連鎖停爐，杜絕人為疏忽造成的重大事故。

綜合以上的種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是行業(yè)的大勢(shì)所趨。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了一片微型計(jì)算機(jī)所需的CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部件。單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高和完善，體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。一般，工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境差，干擾強(qiáng)，利用單片機(jī)控制就能克服這些缺點(diǎn)，因此單片機(jī)在控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，使用單片機(jī)控制鍋爐是很好的選擇。

3單片機(jī)實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制的優(yōu)點(diǎn)

使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)鍋爐液位控制具有較高的實(shí)用價(jià)值和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。采用高亮二極管和光敏三級(jí)管所組成的液位傳感器測量水位，可有效保證水位的自動(dòng)控制，保證水質(zhì)無污染，能更好地對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制，測量溫度時(shí)采取光電耦合器，實(shí)現(xiàn)光電隔離，避免了工作人員在現(xiàn)場進(jìn)行檢測操控，方便了人員對(duì)液位系統(tǒng)的控制，控制方便且系統(tǒng)穩(wěn)定性能好；采用壓力傳感器對(duì)壓力進(jìn)行測控，采取壓電陶瓷傳感器，可大大簡化設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)性能也更穩(wěn)定；單片機(jī)不僅有體積小，安裝方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)，而且有很高的性價(jià)比，應(yīng)用前景廣，同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)蒸汽與給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，將保證鍋爐正常供氣供暖，維持穩(wěn)定系統(tǒng)，保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而本文就是采用8051單片機(jī)為核心芯片的一種鍋爐控制系統(tǒng)，具有較高的實(shí)用價(jià)值和優(yōu)越性。

本系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)相比大大降低了使用成本，提高了控制運(yùn)行速度。根據(jù)仿真模擬運(yùn)行的結(jié)果表明，該系統(tǒng)能很好的克服“假水位”現(xiàn)象，將鍋爐汽包液位控制在給定的范圍內(nèi)，對(duì)壓力不足和壓力過大進(jìn)行安全報(bào)警，穩(wěn)定性能好，容易操作和控制，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)主要介紹了8051單片機(jī)在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用的特點(diǎn)，鍋爐液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)精度高，具有良好的人機(jī)交互功能，并設(shè)有液位報(bào)警、高壓、低壓和閥門失靈等故障報(bào)警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)控制液位并實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)溫度和水位的報(bào)警。液位控制在設(shè)定值上正常運(yùn)行不需要人工干預(yù)，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小，尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場，具有良好的應(yīng)用前景。

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降，工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。

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