中小型工业锅炉单片机控制系统

中小型工业锅炉单片机控制系统

　　单片机控制系统我国各行各业广泛使用着大量中小型工业锅炉。锅炉工艺复杂、控制要求较高。若用微机技术进行改造，使之实现自动化，不仅可加强运行安全可靠性、提高供汽质量、减轻劳动强度，有利于环境保护和节能；而且也不必对锅炉作大幅度改造、不需要增添过多设备；是一项利国利民、经济实惠的理想举措。本文就SHL6. 5―16工业锅炉为例，介绍它的改造实践SHL6.5―16是一台链条炉排横式水管锅炉，蒸发量为6 5t/h，蒸汽压力最大允许值为16kgf/cm2，属机械化工业锅炉。锅炉运行要求蒸汽压力为（。3±0.5）kgf/cm2，汽包水位为（270±20）mm炉膛负压为一20mmH2O，以保证负荷需要和安全运行。

　　1锅炉系统的控制方案本系统根据常规锅炉燃烧的控制理论和运行经验，确定出较合理的锅炉系统校正方案（即控制模型）微机按照预先编制好的系统控制程序自动控制锅炉运行。控制方案如所示。系统划分为热负荷、燃烧经济性、炉膛负压和汽包给水调节等子系统，定值控制锅炉运行中的蒸汽压力、炉膛负压和汽包水位。基本控制算法为增量PID算法：2）分别为第n次、n―1次、n―2次偏差值；K，为比例放大系数；Kl为积分逻辑系数；Kd为微分放大系数；Ti为积分时间常数；TD为微分时间常数；―为系统采样周期。其优点是：减少计算误差或精度不足对控制量的影响；（2）易于实现控制从手动到自动的无扰动切换；（3）在微机发生故障时由于执行装置本身有寄存作用而仍可保持在原位。

　　本系统采用数字控制系统模拟连续控制系统方法，是一种准连续控制。根据锅炉运行特点和经验，选择系统基本采样周期为4s燃烧经济性子系统采样周期为16s.汽包给水调节子系统中存有蒸汽负荷变化的干扰。当蒸发量突增时水位本应直线下降，但由于汽包水面下含有汽水混合物，汽包体积一定，蒸发量增大时汽包压力下降，导致汽泡上升膨胀把水位抬高，造成“假水位”，经过一定的延迟时间后水位才开始下降。故给水子系统要根据汽包水位和蒸汽流量来调节。

　　热负荷、炉膛负压、燃烧经济性三个子系统构成燃烧调节系统，其中热负荷子系统在整个燃烧过程中起主导作用。根据燃烧机理，从动态特性的影响来分析，给煤调节通道比风量调节通道长得多。在蒸汽负荷扰动中，通过调节进风量能明显影响炉膛中燃烧强度，在一定时间内起到稳住蒸汽压力的作用。故热负荷子系统采用以蒸汽压力为主调参数，鼓风风量为副调参数进行调节，灵敏度高，抗干扰能力强。

　　炉膛负压调节子系统的主要干扰是进风量的变化。当因汽包压力变化而引起进风量变化时，必须使引风风量作相应变化，以使进风和引风匹配，保证炉膛处于负微压。

　　燃烧经济性调节子系统任务是促进煤量恰好满足保证燃烧，提高锅炉热效率。在该子系统中，根据实际进风量求出调煤高云哈尔滨锅炉有限责任公司工程师（5⑴40）郭剑河南商丘永和铝业公司自备电厂工程师（760⑴）高安邦哈尔滨理工大学教授（150040）：2⑴0―02―02变送器给定值给定值‘变送器I/V转换锅炉系统控制方案量初值，再根据蒸汽流量和汽包压力算出热量信号以代替燃煤量，求出燃剩煤，经PID运算得煤量增量值，再由烟气含氧量来辅助校正煤风比，从而调节炉排转速，达到控制进谋量，保证燃烧经济性。

　　2系统硬件组成根据简单、价廉、实用、便于推广应用的设计原则，系统硬件组成总框图如所示。

　　系统采用ADC0816组成16位模入通道。汽包水位、烟气氧量、蒸汽流量、蒸汽压力、鼓风风量、炉膛温度等现场各物理量由各自的测量元件并经变送器送AD转换，变为相应的数字量供主机处理。为实现无扰动手动/自动切换，还对手操跟踪信号进行采样。

　　系统采用DAC0832组成4路模出通道。主机输出的数字信号经D/A转换，变为相应的模拟量去推动现场操作执行机构动作，控制炉排转速、鼓风风门开度、引风风门开度、给水阀门等，实现系统控制方案的各项要求。

　　本系统采用8155作为开关量输入输出及报警输出接口。其任务分配如下：PA=1，启动外部时钟；PAi=1，清外部时钟；PA2=1，给水系统允许计控指示；1，热负荷系统允许计控指示；1，炉膛负压系统允许计控指示；PA，=1，燃烧经济性系统允许计控指示；PA6= 1，输入信号不正常，报警；PA7=1，各子系统输出不正常，报警；PB=1，微机系统不正常，报警；PB，= 1，允许总切换开关计控指令；PB2=1，锅炉及附属设备不正常输入；PB3= 1，燃烧经济性系统手动/自动开关置自动输入；PB4= 1，炉膛负压系统手动/自动开关置自动输入；PB，=1，热负荷系统手动/自动开关置自动输入；PB6= 1，给水系统手动/自动开关置自动输入；PB7=1，总切换开关置计控输入。

　　外部时钟监控微机系统的运行。

　　3系统软件设计系统软件采用模块化设计，包括主程序、中断服务程序、各计控量调节子程序等。

　　主程序从结构上可分为两部分，框图见。第一部分为系统初始化及自诊断；第二部分为开中断、启动外部时钟、命令分析执行、显示打印数据参数、报警、现场设备检查、自动对位切换等处理的循环程序，等待中断的到来。

　　主程序框图本系统设置有五个命令键：随时显示命令D滚动屏幕以整页的方式显示各参数及输出值；随时打印命令P：随时打印各热工参数的情况及输出值大小等；修改时间串命令T：按T键CRT显示当前值“Y―M―DH：M：S‘；键入新值后CRT显示新修改值；初始化命令键I：可使蒸汽流量积算等值复零；修改参数命令键S可进行PID参数的重新整定及各设定值、极限值的修改工作，修改参数不影响系统的正常输出。

　　中断程序是中断频率为1Hz.其通过调用巡回采样程序和各调节子程序等，完成时钟计时、蒸汽流量积算、打印/显示定时、清外部时钟、采样、调节、输出等功能。

　　根据给水、燃烧闭环系统的设计，对各调节子程序进行PID运算，并对各种特殊工况给以特殊处理，以保证锅炉系统始终处于良好运行状态。PID控制算法的输入量是偏差e在进入正常调节后e不会太大，此时干扰值对调节影响较大。为消除随新型抽油机节能控制器研制智淑亚高云高安邦了抽油机的负荷特点和节能原理，较详细论述了控制器的硬件组成电路，并给出了系统主要软件程序的流程图。

　　单片机控制器占全国用电量50%以上的交流电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选用的。但在实用中，诸如油田抽油机却经常在重载、轻载甚至在空载下运行，因而电动机的负载率低，效率不高，电能的浪费十分严重。若能根据抽油机负载变化自动改变电动机的端电压，从而使电动机工作在最佳状态，达到低损耗、高效率节约电能之目的，其实用机干扰影响，除在硬件和环境上采取措施外，在热工巡回检测子程序中也采取了抗干扰措施。对于作用时间短的脉冲式快速干扰及误码，采用中值滤波；对于作用时间较长的干扰，采用上下限检查，发生越界就报警。为进一步消除多发性的脉冲干扰，还用了算术平均法滤波。由于烟氧量检测变送装置易不稳定和产生失真对其信号加了程序限幅滤波。

　　在各调节子程序中亦作了增量限幅和输出量合法性鉴别等处理，从而保证系统稳定可靠地运行。

　　4结束语该系统属技改项目已在河南省商丘永和铝业公司自备电厂锅炉上投入运行。运行结果：系统稳定可靠，控制比较合理，节煤效果良好，热效率提高5.5%以上，自动化程度较高，具有推广应用价值。