工業(yè)鍋爐水位微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工業(yè)鍋爐水位微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)The Design of Water Level Microcomputer Control System of Industry Boiler學(xué)生姓名所在院系學(xué)生姓名所在院系所學(xué)專業(yè)所在班級(jí)指導(dǎo)教師教師職稱完成時(shí)間： ： 電氣與信息學(xué)院 ： 自 動(dòng) 化 ： 自動(dòng)化 0441 ： ： 講 師 ： 2008年 6月16 日 電氣與信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目名稱：工業(yè)鍋爐水位微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào) 告 人： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化 0441 指導(dǎo)教師： 工業(yè)鍋爐水位微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 一、課題的目的和意義 鍋爐計(jì)算機(jī)控制是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技

2、術(shù)。它是微型計(jì)算機(jī)軟、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，作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用微計(jì)算機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。它的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過(guò)對(duì)給水流量的調(diào)節(jié),使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，雖然鍋爐汽包水位對(duì)蒸汽流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性，但是在負(fù)荷(蒸汽流量)急劇增加時(shí)，表現(xiàn)卻類似逆響應(yīng)特性，即所謂的虛假水位。造成這一原因是由于負(fù)荷增加時(shí)，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控

3、制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水量的多少來(lái)達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。我的設(shè)計(jì)主要采用三沖量水位控制系統(tǒng)，以鍋爐水位為主控信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水流量為控制器的反饋信號(hào)。其目的是通過(guò)單片機(jī)的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)水位超過(guò)上限或下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)的措施。通過(guò)本設(shè)計(jì)可充分體現(xiàn)三沖量控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，系統(tǒng)功能完善，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，能耗小，擴(kuò)展靈活，便于維護(hù)，并且可靠性高，而且還極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高

4、，大大降低了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了成本，綜合性強(qiáng)，實(shí)用性好，保障鍋爐正常運(yùn)行。二、文獻(xiàn)綜述 由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個(gè)設(shè)有自平衡能力的被控對(duì)象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。所謂三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是把給水流量W，汽包水位H，蒸汽量D三個(gè)變量通過(guò)運(yùn)算后調(diào)節(jié)給水閥的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。具體調(diào)節(jié)過(guò)程方框圖如下圖1。 圖1 三沖量框圖以鍋爐鍋筒水位為唯一信號(hào)的鍋爐給水連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為單沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由水位變送器，伺服放大器，執(zhí)行器和給水調(diào)節(jié)閥組成。水位變送器將水位信號(hào)送到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)實(shí)測(cè)水位和給定值的偏差，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放

5、大后輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，改變鍋爐上水量，使水位控制在容許范圍內(nèi)。單沖量水位存在的問(wèn)題是：當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化很大時(shí)，由于“虛假水位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過(guò)程一開(kāi)始，調(diào)節(jié)器根據(jù)水位先上 升去關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減少給水量，這個(gè)錯(cuò)誤動(dòng)作擴(kuò)大了汽包進(jìn)出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動(dòng)幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。從給水?dāng)_動(dòng)下的情況看。由于給水總管壓力改變等原因所造成的給水量變動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器要等到水位改變后才能動(dòng)作，而調(diào)節(jié)器動(dòng)作后又要經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間才能影響到水位，因此將導(dǎo)致汽包水位發(fā)生較大的變化，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。 用電動(dòng)單元組合儀表很容易實(shí)現(xiàn)單沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。單沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般用于中小

6、容量鍋爐。調(diào)節(jié)器一般運(yùn)用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，以消除水位偏差。1 2.雙沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在單沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號(hào)，便構(gòu)成所謂的雙沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。前饋控制的主要特點(diǎn)是根據(jù)擾動(dòng)的大小直接調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)作用在擾動(dòng)發(fā)生的同時(shí)起作用，從而減小擾動(dòng)造成的被控參數(shù)的變化。引入蒸汽流量前饋信號(hào)可以消除虛假水位對(duì)水位控制的不良影響，減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而造成的調(diào)節(jié)誤動(dòng)作。 雙沖量系統(tǒng)調(diào)節(jié)器一般選用比例積分調(diào)節(jié)。與單沖量系統(tǒng)相比，它增加了流量變送器，開(kāi)放器和分流器。雙沖量汽包水位控制存在的問(wèn)題是：控制作用不能及時(shí)反映給水方面的擾動(dòng)，當(dāng)給水量擾動(dòng)時(shí),控制系統(tǒng)等于單沖量的控制

7、。因此,如果給水母管壓力經(jīng)常波動(dòng)，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時(shí),不宜采用雙沖量控制。13. 三沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在雙沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，為解決給水壓力不穩(wěn)而造成調(diào)節(jié)性下降的問(wèn)題，引入給水流量作為調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)。它采用蒸汽流量作為前饋信號(hào)，克服負(fù)荷變化引起的外擾動(dòng)，減少假水位引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作；用給水流量作為反饋信號(hào)，克服內(nèi)擾影響，穩(wěn)定給水量，可以進(jìn)一步改善給水調(diào)節(jié)質(zhì)量。工業(yè)鍋爐采用三沖量控制系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開(kāi)始就向正確方向移動(dòng)，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動(dòng)作，因而減小了水位和給水流量的波動(dòng)幅度。當(dāng)由

8、于水壓干擾使給水流量改變時(shí)，控制器能迅速消除干擾。如給水流量減少，控制器立即根據(jù)給水流量減少的信號(hào)，開(kāi)大給水閥門，使水流量保持不變。另外，給水流量信號(hào)也是控制器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使控制器及早知道調(diào)節(jié)的效果，所以三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制器動(dòng)作快，還可以避免調(diào)節(jié)過(guò)頭，減少波動(dòng)和失調(diào)，這樣汽包水位就很少受到影響。 近年來(lái)，隨著智能化儀表的推廣數(shù)字式單回路調(diào)節(jié)器在過(guò)程控制中得到廣泛的應(yīng)用。 在以可編程控制器或微機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中，通過(guò)修改軟件，在不改變硬件接線的條件下，靈活地選擇單，雙、三沖量水位調(diào)節(jié)。1三、設(shè)計(jì)內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題1、設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是鍋爐運(yùn)行中保持汽包水位是十分重要的，對(duì)鍋爐設(shè)的

9、自動(dòng)控制首先是從汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)始。采用三沖量水位控制系統(tǒng)，以鍋爐水位為主控信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水量為控制器的反饋信號(hào)來(lái)控制給水量。通過(guò)單片機(jī)的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)水位超過(guò)上限或下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)措施。2、解決問(wèn)題 （1）傳感器的選擇，包括溫度，壓力，水位傳感器的選擇（2）輸出通道的設(shè)計(jì)（3）軟件程序的設(shè)計(jì)四、設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃安排設(shè)計(jì)方案：采用三沖量水位控制系統(tǒng)，以鍋爐水位為主控信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水量為控制的反饋信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)分析計(jì)算后輸出控制信號(hào)，通過(guò)控制給水流量來(lái)控制鍋爐水位，使鍋爐水位維持在正常的范圍內(nèi)。同時(shí)

10、系統(tǒng)對(duì)溫度和壓力信號(hào)進(jìn)行采集和分析，可對(duì)超標(biāo)量的進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)具有鍵盤(pán)、顯示電路和看門狗電路。 圖2 設(shè)計(jì)方案框圖進(jìn)度安排.144.20 查閱資料，完成外文翻譯 .2 14.27 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 2008.4.285.4 方案論證，確定總體設(shè)計(jì)方案5.11 設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖，查詢?cè)骷Y料 .125.25 查詢?cè)骷Y料，設(shè)計(jì)硬件接線圖 .266.8 軟件設(shè)計(jì)6.15 撰寫(xiě)、修改畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯6.22 論文上交，指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師審閱 6.29 答辯五、預(yù)期結(jié)果與創(chuàng)新成果 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)超過(guò)上限或者下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警并采取措施。保障鍋爐能夠正常安全的工

11、作。六、成文時(shí)間和提交成果形式成文時(shí)間：2008年6月16日提交成果形式：圖紙、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、外文資料及譯文。七、參考文獻(xiàn) 摘 要 鍋爐計(jì)算機(jī)控制是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟、硬件、自動(dòng)控制和鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用微計(jì)算機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。由于我國(guó)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)操作水平落后，造成很多大量的熱能丟失，實(shí)踐證明，工業(yè)鍋爐實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)控制，是鍋爐安全生產(chǎn)，提高熱效率，節(jié)約能源的一大創(chuàng)舉，也為鍋爐生產(chǎn)開(kāi)辟了廣闊的前景。 本設(shè)計(jì)采用三沖量水位控制系統(tǒng)，以鍋爐水

12、位為主控信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水流量為控制器的反饋信號(hào)。通過(guò)單片機(jī)控制，使鍋爐水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)水位超過(guò)上限或下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)的措施。 關(guān)鍵詞 三沖量控制 汽包水位 鍋爐溫度Abstract：In recent years ,computer control of boiler was a new technology.It is a union product with the close connection of micro-computer hardware and software, automatic control and the energy of b

13、oiler-saving technology. As a boiler control devices, their main task is to ensure that the boiler security, stability and economic operate, ease the labor intensity of staff.Using of micro-computer control, the boiler can automatically detect,automatic control, and so on.Since the backward of our c

14、ontrys industrial in boiler operation production, resulting in many lost a lot of heat.Practice shows that the industrial boiler controlled by micro-computer is not only a major undertaking in the boiler safety in production, increase thermal efficiency, energy conservation, but also for the product

15、ion of boilers opened up a broad prospect.This design uses the control system of three-volume water level, the boiler water level as main control signal, the steam flow as the feed-forward signal, the water supply flow as feedback signalwater level by the Single Chip Machine control, to maintain the

16、 normal range of boiler. when the water level exceeds the limit or under the limit, it can be timely warning and take corresponding measures.Keywords: Three elements control Steam drum water level boiler temperature 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201373521 1 引言1 HYPERLINK l _Toc201373522 1.1 設(shè)計(jì)

17、的目的和意義1 HYPERLINK l _Toc201373523 1.2 應(yīng)解決的主要問(wèn)題2 HYPERLINK l _Toc201373524 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2 HYPERLINK l _Toc201373525 1.4 指導(dǎo)思想2 HYPERLINK l _Toc201373526 2 設(shè)計(jì)方案3 HYPERLINK l _Toc201373527 2.1 單沖量水位控制系統(tǒng)3 HYPERLINK l _Toc201373528 2. 2 雙沖量水位控制系統(tǒng)3 HYPERLINK l _Toc201373529 2.3 三沖量水位控制系統(tǒng)3 HYPERLINK l _Toc201

18、373530 2.4 設(shè)計(jì)方案的確定5 HYPERLINK l _Toc201373531 3 硬件設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l _Toc201373532 3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l _Toc201373533 前向通道設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201373533 h 10 HYPERLINK l _Toc201373534 3.3 后向通道設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201373534 h 17 HYPERLINK l _Toc201373535 3.4 鍵盤(pán)顯示電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201373535 h 22 HYPERLINK l _Toc20

19、1373536 3.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201373536 h 26 HYPERLINK l _Toc201373537 4 軟件設(shè)計(jì)27 HYPERLINK l _Toc201373538 4.1 主程序設(shè)計(jì)27 HYPERLINK l _Toc201373539 4.2 T0定時(shí)中斷子程序設(shè)計(jì)27 HYPERLINK l _Toc201373540 4.3 采樣子程序設(shè)計(jì)29 HYPERLINK l _Toc201373541 4.4 鍵盤(pán)子程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201373541 h 30 HYPERLINK l _Toc201373542 4.5 顯

20、示子程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201373542 h 31 HYPERLINK l _Toc201373543 4.6 濾波子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc201373543 h 32 HYPERLINK l _Toc201373544 4.7 標(biāo)度變換 PAGEREF _Toc201373544 h 32 HYPERLINK l _Toc201373545 4.8 PID運(yùn)算 PAGEREF _Toc201373545 h 33 HYPERLINK l _Toc201373546 5 總結(jié)37 HYPERLINK l _Toc201373547 參考文獻(xiàn)39 HYPERLINK

21、 l _Toc201373548 致謝 PAGEREF _Toc201373548 h 40 HYPERLINK l _Toc201373549 附錄一 PAGEREF _Toc201373549 h 41 HYPERLINK l _Toc201373549 附錄二 PAGEREF _Toc201373549 h 441 引言1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義工業(yè)鍋爐是能源轉(zhuǎn)換和能源消耗的重要設(shè)備。由于我國(guó)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)操作水平落后，造成大量的熱能丟失，經(jīng)濟(jì)效益很低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的逐步普及，工業(yè)鍋爐開(kāi)始采用微型機(jī)算計(jì)控制。實(shí)踐證明，工業(yè)鍋爐實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)控制，是鍋爐安全生產(chǎn)，提高熱效率，節(jié)約

22、能源的一大創(chuàng)舉，也為鍋爐生產(chǎn)開(kāi)辟了廣闊的前景。鍋爐控制的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過(guò)對(duì)給水流量的調(diào)節(jié),使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，雖然鍋爐汽包水位對(duì)蒸汽流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性，但是在負(fù)荷(蒸汽流量)急劇增加時(shí)，表現(xiàn)卻類似逆響應(yīng)特性，即所謂的虛假水位。造成這一原因是由于負(fù)荷增加時(shí)，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水量的多少來(lái)達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以

23、提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。1.2 應(yīng)解決的主要問(wèn)題本設(shè)計(jì)主要解決傳感器的選擇（溫度，壓力，水位）、輸出道的設(shè)計(jì)和軟件程序的設(shè)計(jì)。其所能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為（1）可以對(duì)鍋爐水位，蒸汽量和給水量分別采集（2）通過(guò)單片機(jī)控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)（3）具有鍵盤(pán)顯示功能（4）具有報(bào)警功能當(dāng)水位超過(guò)上限或下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警。目前國(guó)內(nèi)外隨便科學(xué)技術(shù)技術(shù)的發(fā)展，都采用三沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該控制引進(jìn)蒸汽流量和給水流量信號(hào)作為控制信號(hào)，系統(tǒng)動(dòng)作及時(shí)，有較強(qiáng)的抗干擾能力，因此得到廣泛的應(yīng)用。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前在國(guó)內(nèi)外主要用微型機(jī)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)控制鍋爐。微型機(jī)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，其控制

24、功能要通過(guò)內(nèi)部的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，人們只需要改變這些程序，就可以更改鍋爐設(shè)備的控制功能，以適應(yīng)新的控制要求而不需要改動(dòng)硬件系統(tǒng)。這種靈活性在硬聯(lián)邏輯系統(tǒng)中是沒(méi)有的。因此，掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制技術(shù)，是開(kāi)發(fā)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要課題。在國(guó)內(nèi)主要有，單、雙、三沖量控制系統(tǒng)來(lái)控制鍋爐汽包水位。單沖量控制系統(tǒng)以鍋爐鍋筒水位為唯一信號(hào)的鍋爐給水連續(xù)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)由水位變送器，伺服放大器，執(zhí)行器和給水調(diào)節(jié)閥組成。水位變送器將水位信號(hào)送到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)實(shí)測(cè)水位和給定值的偏差，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大后輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，改變鍋爐上水量，使水位控制在容許范圍內(nèi)。在單沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)

25、上，加入蒸汽流量作為前饋信號(hào)，便構(gòu)成所謂的雙沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。前饋控制的主要特點(diǎn)是根據(jù)擾動(dòng)的大小直接調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)作用在擾動(dòng)發(fā)生的同時(shí)起作用，從而減小擾動(dòng)造成的被控參數(shù)的變化。引入蒸汽流量前饋信號(hào)可以消除虛假水位對(duì)水位控制的不良影響，減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而造成的調(diào)節(jié)誤動(dòng)作。在雙沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，為解決給水壓力不穩(wěn)而造成調(diào)節(jié)性下降的問(wèn)題，引入給水流量作為調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)。它采用蒸汽流量作為前饋信號(hào)，克服負(fù)荷變化引起的外擾動(dòng)，減少假水位引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作；用給水流量作為反饋信號(hào)，克服內(nèi)擾影響，穩(wěn)定給水量，可以進(jìn)一步改善給水調(diào)節(jié)質(zhì)量。由常規(guī)儀表和調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)，雖然具有可

26、靠性高，成本低，易于維護(hù)和操作等優(yōu)點(diǎn)，并在大中小企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，解決了不少自動(dòng)化方面的問(wèn)題。但是隨著生產(chǎn)向大型化連續(xù)化發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的要求越來(lái)越高，模擬自動(dòng)控制系統(tǒng)越來(lái)越表現(xiàn)出它的局限性。例如它難以實(shí)現(xiàn)多變量控制，復(fù)雜控制規(guī)律的控制，最優(yōu)控制，自適應(yīng)控制，以及時(shí)變控制等；模擬控制屏越來(lái)越長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)集中控制；各條系統(tǒng)之間不便進(jìn)行通訊聯(lián)系，難以實(shí)現(xiàn)多級(jí)控制；控制方案的修改比較麻煩。如果采用計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)化工具的過(guò)程控制系統(tǒng)，就能很好地解決模擬控制系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要熱力設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求量

27、非常大的，然而我國(guó)的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，有這極為重要的實(shí)際意義。此外，是鍋爐能以地制宜地有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問(wèn)題，以提高操作管理水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐額定運(yùn)行及運(yùn)行效率，安全可靠地供熱等問(wèn)題。1.4 指導(dǎo)思想采用三沖量水位控制系統(tǒng)，以鍋爐水位為主控信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水量為控制器的反饋信號(hào)來(lái)控制給水量。其目的是通過(guò)單片機(jī)的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)水位超過(guò)上限或下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)的措施。充分體現(xiàn)三沖量控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，系統(tǒng)功能完善，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，能耗小，擴(kuò)展靈活，便于維護(hù)，并且可靠性高，而且還極大

28、地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，大大降低了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了成本，綜合性強(qiáng)，實(shí)用性好，保障鍋爐正常運(yùn)行。2 設(shè)計(jì)方案 工業(yè)鍋爐汽包水位的自動(dòng)控制，根據(jù)鍋爐容量大小，供給蒸汽（或熱水）的使用要求不同，通常有單沖量自動(dòng)控制系統(tǒng)、雙沖量自動(dòng)控制系統(tǒng)和三沖量自動(dòng)控制系統(tǒng)三種形式。2.1 單沖量水位控制系統(tǒng)單沖量水位控制系統(tǒng)是以汽包水位測(cè)量信號(hào)為唯一的控制信號(hào)即水位測(cè)量信號(hào)經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測(cè)量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來(lái)保持汽包水位在容許的范圍內(nèi)。單沖量水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，是汽包水位自動(dòng)控制中最簡(jiǎn)單最基本的一種形式。對(duì)于中小型鍋爐在蒸

29、汽負(fù)荷變化不大的情況下，水位受到擾動(dòng)后的反應(yīng)速度比較慢，“虛假水位”現(xiàn)象也不嚴(yán)重，采用單沖量控制系統(tǒng)，一般采用比例調(diào)節(jié)就能滿足生產(chǎn)上的要求，如果采用PI調(diào)節(jié)器，將得到更滿意的效果。單沖量水位存在的問(wèn)題是：當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化很大時(shí)，由于“虛假水位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過(guò)程一開(kāi)始，調(diào)節(jié)器根據(jù)水位先上升去關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減少給水量，這個(gè)錯(cuò)誤動(dòng)作擴(kuò)大了汽包進(jìn)出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動(dòng)幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。從給水?dāng)_動(dòng)下的情況看。由于給水總管壓力改變等原因所造成的給水量變動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器要等到水位改變后才能動(dòng)作，而調(diào)節(jié)器動(dòng)作后又要經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間才能影響到水位，因此將導(dǎo)致汽包水位發(fā)生較大的變化，調(diào)

30、節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。12. 2 雙沖量水位控制系統(tǒng)在單沖量汽包水位控制的基礎(chǔ)上，引進(jìn)蒸汽流量作為前饋信號(hào)構(gòu)成雙沖量水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。這種水位控制的特點(diǎn)是：引入蒸汽流量前饋信號(hào)可以消除“虛假水位”對(duì)控制的不良影響，當(dāng)負(fù)荷蒸汽變化時(shí)，就有一個(gè)使給水量與蒸汽量同方向變化的信號(hào)，可以減小或抵消由于“虛假水位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽流量向相反方向變化的誤動(dòng)作，使調(diào)節(jié)閥一開(kāi)始就向正確的方向移動(dòng)。因而大大減小了給水和水位的波動(dòng)，能夠改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高控制質(zhì)量。雙沖量汽包水位控制，能在負(fù)荷變化頻繁的工況下比較好的完成水位控制任務(wù)。在給水壓力比較平衡時(shí)，采用雙沖量控制是能夠達(dá)到控制要求的。雙沖量汽包水位控制存在的

31、問(wèn)題是：控制作用不能及時(shí)反映給水方面的擾動(dòng)，當(dāng)給水量擾動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)等于單沖量的控制。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常波動(dòng)，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時(shí)，不宜采用雙沖量控制。12.3 三沖量水位控制系統(tǒng)近代工業(yè)鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越大，汽包的容水量就越小，容許波動(dòng)的蓄水量就更少。如果給水中斷，可能在1030s就會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)水位；如僅是給水量與蒸汽量不相適應(yīng)，在一分鐘到幾分鐘內(nèi)也將發(fā)生缺水或滿水事故。這樣對(duì)汽包水位控制要求就更高了。鍋爐的給水量在運(yùn)行生產(chǎn)中經(jīng)常有自發(fā)性變化，當(dāng)幾臺(tái)鍋爐并列運(yùn)行時(shí)，還可能發(fā)生幾臺(tái)鍋爐的汽包水位控制互相干擾的現(xiàn)象。當(dāng)某一臺(tái)鍋爐負(fù)荷和給水量改變時(shí)，

32、引起給水母管壓力波動(dòng)而使其他鍋爐的給水量受到擾動(dòng)。在雙沖量水位調(diào)節(jié)中，對(duì)于給水量這種自發(fā)性變化不能及時(shí)反映出來(lái)，要經(jīng)過(guò)一定的延遲時(shí)間之后，給水量的擾動(dòng)才能通過(guò)汽包水位的變化而被發(fā)覺(jué)，此后在克服擾動(dòng)時(shí)，幾臺(tái)鍋爐的水位控制又互相影響，使得控制過(guò)程非常復(fù)雜。針對(duì)上述情況，為了把水位控制平衡，在雙沖量水位控制的基礎(chǔ)上引入了給水流量信號(hào)，這時(shí)調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入信號(hào)：汽包水位是被調(diào)量，是主沖量信號(hào)，蒸汽流量是前饋信號(hào)，給水流量是反饋信號(hào)，這就是汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)。1 圖2-1 三沖量框圖工業(yè)鍋爐采用三沖量控制系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開(kāi)始就向正確方向移動(dòng)，即蒸汽流量增

33、加，給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動(dòng)作，因而減小了水位和給水流量的波動(dòng)幅度。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量改變時(shí)，控制器能迅速消除干擾。如給水流量減少，控制器立即根據(jù)給水流量減少的信號(hào)，開(kāi)大給水閥門，使水流量保持不變。另外，給水流量信號(hào)也是控制器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使控制器及早知道調(diào)節(jié)的效果，所以三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制器動(dòng)作快，還可以避免調(diào)節(jié)過(guò)頭，減少波動(dòng)和失調(diào)，這樣汽包水位就很少受到影響。從三沖量水位控制系統(tǒng)的可以看出，它由兩個(gè)閉合回路組成：（1）是由給水量，調(diào)節(jié)閥，控制器組成的內(nèi)回路；（2）由汽包水位對(duì)象和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路，蒸汽流量和分流器均在閉合回路之外，它的引入可以改善

34、調(diào)節(jié)質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以三沖量控制的實(shí)質(zhì)是前饋加反饋的控制系統(tǒng)。總之，三沖量汽包水位控制系統(tǒng)，由于引進(jìn)蒸汽流量和給水流量信號(hào)作為控制信號(hào)，系統(tǒng)動(dòng)作及時(shí)，有較強(qiáng)的抗干擾能力，在較大的階躍擾動(dòng)時(shí)都能有效地控制水位的變化，因而得到了廣泛的引用。2.4 設(shè)計(jì)方案的確定 通過(guò)比較看到三沖量控制系統(tǒng)適合本設(shè)計(jì)主要思想，符合我的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)選用三沖量控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)內(nèi)容是以鍋爐水位為主控信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)給水量為控制器的反饋信號(hào)來(lái)控制給水量。通過(guò)單片機(jī)的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)水位超過(guò)上限或下限時(shí)，能及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)措施。設(shè)計(jì)方案是以蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水量

35、為控制的反饋信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)分析計(jì)算后輸出控制信號(hào)，通過(guò)控制給水流量來(lái)控制鍋爐水位，使鍋爐水位維持在正常的范圍內(nèi)。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)溫度和壓力信號(hào)進(jìn)行采集和分析，可對(duì)超標(biāo)量的進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)具有鍵盤(pán)、顯示電路和看門狗電路。如圖2-2所示 圖2-2 設(shè)計(jì)方案框圖3 硬件設(shè)計(jì)3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)選擇 單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（CPU），存儲(chǔ)器和各種輸入，輸出接口，這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性，因而被稱為單片機(jī)微型機(jī)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。MCS是Intel公司生產(chǎn)的單片機(jī)的系列符號(hào)，例如Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCCS-96系列單片機(jī)

36、。MCS-51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031，8051，8751。MCS-51由如下幾個(gè)功能部件組成：（1）微處理器（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（3）程序存儲(chǔ)器（4）4個(gè)8位并行I/O口（5）一個(gè)串行口（6）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（7）中斷系統(tǒng)（8）特殊功能寄存器。MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)，特別值得一提的是MCS-51CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1位微機(jī)算機(jī)。這個(gè)1位計(jì)算機(jī)有自己的CPU，位寄存器，I/O口和指令集。1位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策，邏輯電路仿真，工業(yè)控制方面非常有效：而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件

37、資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，它是計(jì)算機(jī)的技術(shù)上的一個(gè)突破，本設(shè)計(jì)采用89C-51單片機(jī)。89C-51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單

38、片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。89C51其主要特性為（1）與MCS-51 兼容（2）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 （3）壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（7）128*8位內(nèi)部RAM（8）32可編程I/O線（9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10）5個(gè)中斷源 （11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 。引腳圖如圖3-1所示 圖3-1 89C51引腳圖引腳說(shuō)明：電源引腳: Vcc（40腳）：典型值5V Vss（20腳）：接低電平外部晶振: X1、X2分別與晶體兩端相

39、連接。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，X2接振蕩信號(hào)， X1接地 輸入輸出口引腳: P0口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P1口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P2口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”. P3口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“ 1”?？刂埔_：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。 RST/Vpd（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端（高電平有效）。 第二功能：加+5V備用電源，可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)RAM信息不丟失。ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號(hào)輸出端。第二功能：編程脈沖輸入。-PSE

40、N（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲(chǔ)器使能端。第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。23 復(fù)位電路設(shè)計(jì) MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路連接，施密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種形式。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通時(shí)只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22F時(shí)，R取1K歐姆。 除

41、了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻與電源接通實(shí)現(xiàn)。2 時(shí)鐘電路選擇MCS-51單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另外一種為外部時(shí)鐘方式。（1）內(nèi)部時(shí)鐘方式MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接晶振和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。（2）外部時(shí)鐘方式外部

42、時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片MCS-51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于多片單片機(jī)之間的同步，一般低于12MHz的方波。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。如圖3-2。 圖3-2 內(nèi)部時(shí)鐘電路電路中的電容C1和C2典型值通常取為30pF左右。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶振的振蕩頻率范圍是在1.2MHZ12MHZ。晶振的頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。2 “看門狗”電路MCS-51的PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會(huì)使程序陷入死循環(huán)。指令和軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫死循環(huán)的困境，這時(shí)系統(tǒng)將完全癱瘓。如果操作人員在場(chǎng)，可

43、按下人工復(fù)位按鈕強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。但操作人員不能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，即使監(jiān)視系統(tǒng)，也往往引起不良后果后才復(fù)位，這就得采用“看門狗”技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題?！翱撮T狗”技術(shù)就是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)不斷計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時(shí)計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一個(gè)出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行正軌。目前“看門狗”電路和掉電保護(hù)電路，都已經(jīng)集成在一片微處理器芯片中，因此MCS-51只需擴(kuò)展一片微處理器監(jiān)控芯片即可。本設(shè)計(jì)采用MAX690芯片。MAX690是美國(guó)MAXIM公司的產(chǎn)品，具有以下性能：具有看門狗電路，進(jìn)入死循環(huán)的時(shí)間間隔超過(guò)1.6s

44、時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出。具有備用電池切換電路，備用電池可供電給RAM芯片在微處理器上電、掉電及供電電壓時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出信號(hào)可用于低電平檢測(cè)3看門狗電路如圖3-3所示 圖3-3 看門狗電路3.2 前向通道設(shè)計(jì) 傳感器的選擇 傳感器是一種能將與待測(cè)量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。信號(hào)處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過(guò)的信號(hào)的裝置、顯示或動(dòng)作。 傳感器不但對(duì)被測(cè)信號(hào)敏感，而且具有把它對(duì)被測(cè)變量的響應(yīng)送出去的功能。也就是說(shuō)，傳感器不是一般的敏感元件，它的輸出響應(yīng)還必須易于傳送的物理量。例如彈性膜盒的輸出響應(yīng)是形變，是微小的幾何量（位移）不便于遠(yuǎn)距離傳送。如果

45、把膜盒中心的位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輼O板的間隙變化，就稱為輸出響應(yīng)是電容量的壓力傳感器。倘若，再通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐肥闺娙萘康拇笮檎袷庮l率的高低，就演變成輸出響應(yīng)是頻率值的壓力傳感器。某些敏感元件的輸出響應(yīng)本來(lái)就能夠傳送到別處測(cè)量，例如，鉑電阻應(yīng)變電阻的阻值，熱電偶的電動(dòng)勢(shì)等，把這些敏感元件稱為傳感器也未嘗不可。由于電信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳送，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。也有利用壓縮空氣的壓力大小傳送信息的這種方法在抗電磁干擾和防報(bào)安全方面比電傳送要優(yōu)越，但氣源和線路上的投資較大，而且傳送速度較低。近年來(lái)利用光纖傳送信號(hào)信息的傳感器正在發(fā)展，其抗干擾、防爆、快速性

46、都有突出的優(yōu)點(diǎn)?？傊?，傳感器的輸出物理量不拘一格，其數(shù)值范圍也沒(méi)有一定的范圍限制。3（1） 溫度傳感器選擇 本設(shè)計(jì)采用WP-PT100溫度傳感器，其特性與應(yīng)用：抗震性好，耐高壓，多種溫度型號(hào)可選擇，安裝方式多元化，可進(jìn)行OEM定做，應(yīng)用與化纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設(shè)備的過(guò)程溫度測(cè)量與控制。其主要技術(shù)參數(shù)測(cè)溫元件K，E，J，T，PT100，Cu50測(cè)溫范圍-50-600精度等級(jí)CLassA；+（0.15+0.2%t）；CLassB；+（0.3+0.5%t）信號(hào)輸出：4-20 mADC二線制供電電壓：24Vdc,12-36Vdc安裝方式：螺紋安裝，法蘭安裝，活套安裝應(yīng)用領(lǐng)域：采用歐美鉑電

47、阻元件，利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化，并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)溫。（2） 壓力傳感器選擇我們?cè)谶M(jìn)行流量、壓力的信號(hào)測(cè)量時(shí)，所使用的流量傳感器、壓力傳感器都統(tǒng)一裝在了變送器上，即信號(hào)同時(shí)在變送器中測(cè)知，并且把它變成420mA的電信號(hào)。 本設(shè)計(jì)采用PT112型壓力傳感器。 PT112/123/133/142高溫熔體壓力傳感器采用進(jìn)口元件，與同類進(jìn)口產(chǎn)品如 Dynisco Gefran 互換，應(yīng)用于橡膠、塑料、化纖滌綸錦綸、聚脂、蒸汽等高溫的精確測(cè)量和控制。 PT112系列高溫熔體壓力傳感器是一種基于惠斯登電橋原理而工作的，其耐高溫特性可以應(yīng)用于特殊的的工業(yè)，使其成為橡塑，化纖等機(jī)械設(shè)備中

48、高溫流體壓力測(cè)量與控制的理想產(chǎn)品。 其主要技術(shù)參數(shù)為： 量 程：0450MPa 綜合精度：0.1%FS 0.2%FS 0.5%FS 1.0%FS 輸 出 ： 2.0mV/V;3.33mV/V;420mA;05V;15V;010V 工作溫度：-10200450； 供電電壓： 傳感器:10VDC(6-12VDC) 變送器:24VDC(936 V) 長(zhǎng)期穩(wěn)定性：0.1%FS/年 負(fù)載阻抗：電流型最大800 電壓型50K以上 絕緣電阻：大于2000M 100VDC 振動(dòng)影響：對(duì)于20HZ-1KHZ的機(jī)械振動(dòng)，輸出變化小于0.1%FS 密封等級(jí)：IP65 信號(hào)引出：六芯鍍金進(jìn)口接插件 G1/2 NTP1

49、/4 M16*1.5 其它螺 紋可按用戶要求設(shè)計(jì) PT112引進(jìn)美國(guó)最新傳感器技術(shù)和全套先進(jìn)電路及元器件生產(chǎn)的高精度壓傳感器，一體化的不銹鋼外殼封裝和輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).芯片采用特殊進(jìn)口材質(zhì),高穩(wěn)定性壓力傳感器組件,經(jīng)過(guò)高可靠的放大電路及溫度補(bǔ)償,性能更好。外盒采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。該產(chǎn)品有多種接口形式和多種引線 方式,能夠最大限度滿足客戶的需要,適用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、 醫(yī)療、電力，空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車輛制動(dòng)、樓宇供水等壓力測(cè)量與控制。5（3）水位傳感器選擇本設(shè)計(jì)采用CR-601C型水位傳感器CR-60系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕、易

50、結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測(cè)可導(dǎo)電的液體。特別適合測(cè)量酸堿溶液和鍋爐的水位。整機(jī)無(wú)任何可動(dòng)或彈性部件，耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性能價(jià)格比好。替代傳統(tǒng)的浮球式、投入式、差壓式等液位變送器在各種場(chǎng)合下應(yīng)用有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。 其性能指標(biāo)： 檢測(cè)范圍：0.1100m 承壓范圍: -0.1MPa32MPa 環(huán)境溫度:-2085 輸出信號(hào):420mA、010 mA、020 mA、15V、05V、010V 供電電源:負(fù)載電阻0750 DC24V 固定方式:螺紋安裝M201.5、M272， 法蘭安裝DN25、DN40、DN50。特殊規(guī)格可按要求定制 現(xiàn)場(chǎng)顯示：模擬顯示0100%或者直接顯示液位

51、高度 CR-60系列電容式液位變送器可將各種液位參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)、遠(yuǎn)傳至操作控制室，供二次儀表或計(jì)算機(jī)裝置進(jìn)行集中顯示、報(bào)警或自動(dòng)控制。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式，可適用于高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞、防冷結(jié)等特殊條件下液位的連續(xù)檢測(cè)，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、食品、制藥等各行業(yè)和污水處理、鍋爐汽包、煤粉包等場(chǎng)所的液位測(cè)量。儀表特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)任何可動(dòng)或彈性元部件，因此可靠性極高，維護(hù)量極少。一般情況下，不必進(jìn)行常規(guī)的大、中、小維修：多種信號(hào)輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于高溫高壓容器的液位測(cè)量，且測(cè)量值不受被測(cè)液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于酸、堿等強(qiáng)腐蝕性液體

52、的測(cè)量；完善的過(guò)流、過(guò)壓、電源極性保護(hù)。5（4）流量傳感器選擇 本設(shè)計(jì)采用LUGB-21流量傳感器。 HYPERLINK :/ realwill /LUGB.htm LUGB21/ZX渦街流量傳感器是一種新型流量傳感器，可以用于多種數(shù)據(jù)散集系統(tǒng)，與XS型流量顯示儀配套組成流量計(jì)，用于測(cè)量管道中液體、氣體、蒸汽的瞬時(shí)流量和累積流量，并輸出信號(hào)控制相應(yīng)設(shè)備。該傳感器廣泛用于電力、機(jī)械、輕工、冶金、石油、化工、造紙、科研及城市供水、供熱、供氣以及各種工業(yè)過(guò)程控制、能源管理和環(huán)境工程等領(lǐng)域。 HYPERLINK :/ realwill /LUGB.htm LUGB21/ZX渦街流量傳感器工作原理： “

53、卡門渦街”原理，當(dāng)流體流經(jīng)傳感器本體內(nèi)的三角柱時(shí)，柱體兩側(cè)交錯(cuò)產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，使柱體后的探頭體產(chǎn)生交變應(yīng)力；埋設(shè)在探頭體內(nèi)的壓電元件受交變應(yīng)力作用產(chǎn)生的交變電荷分別送給二個(gè)電荷轉(zhuǎn)換器，經(jīng)檢測(cè)放大器信號(hào)處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。 HYPERLINK :/ realwill /LUGB.htm LUGB21/ZX渦街流量傳感器主要特點(diǎn)： 流量傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，故性能穩(wěn)定，可靠性高流量傳感器內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，因而壓損小，維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)測(cè)量范圍度寬：可達(dá)15：1，20：1顯示：可選配XS型分體顯示表，顯示瞬時(shí)流量與累積流量 HYPERLINK :/

54、realwill /LUGB.htm LUGB21/ZX渦街流量傳感器主要技術(shù)參數(shù)：型號(hào)說(shuō)明：LUGB-21不帶現(xiàn)場(chǎng)顯示、LUGB-ZX帶現(xiàn)場(chǎng)顯示，可顯示瞬時(shí)流量和累積流量測(cè)量介質(zhì)：液體、氣體、過(guò)熱/飽和蒸汽環(huán)境溫度：-2555，濕度：85%介質(zhì)溫度：（1）普通型：-40130，-10250（2）高溫型：-10300，-10380（3）防爆型：-4080精度等級(jí)：液體1%；氣體1%；蒸汽1.5%輸出信號(hào)：（1）三線制電壓脈沖低電平01V；高電平4V；占空比為50%（2）二線制電流信號(hào)420MA供電：24VDC，工作壓力：03.2.2 A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量

55、，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，A/D轉(zhuǎn)換器的新設(shè)計(jì)思想和制造技術(shù)層出不窮。為滿足各種不同的檢測(cè)及控制任務(wù)的需要，大量結(jié)構(gòu)不同，性能不同的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)運(yùn)而生。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換時(shí)間：A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。并行式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間最短為20-50ns,5*107-2*107次/S （2）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率一般用輸出的二進(jìn)制來(lái)表示。 （3）轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度定義為一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)理想A/D轉(zhuǎn)換器在量值上的差值。本設(shè)計(jì)采用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC080

56、9是一個(gè)逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。引腳圖如圖3-4所示。 圖3-4 ADC0809引腳圖主要特性1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s4）單個(gè)5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 .外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖132

57、3所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電 （轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入 一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。

58、 GND：地。 ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上. ADC0809轉(zhuǎn)換是采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5V供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選一的模擬開(kāi)關(guān)，由A，B，C引腳的編碼來(lái)確定所選通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需要10

59、0us左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上，通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對(duì)0-5V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。6如上所說(shuō)，其0809接線圖如圖3-5所示。 圖3-5 ADC0809接線圖3.3 后向通道設(shè)計(jì) DA轉(zhuǎn)換 本設(shè)計(jì)采用DA轉(zhuǎn)換器DAC0832。 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的DAC0832芯片是一個(gè)具有2個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與MCS-51單片機(jī)相連接，其主要特性如下： （1）分辨率為八位 （2）電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為1us （3）可緩沖雙輸入，單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入 （4）單一電源供電 （5）低功耗DAC主要應(yīng)用：?jiǎn)螛O性電壓輸出；雙極性電壓輸出；程

60、控放大器。6DAC0832的引腳圖如圖3-6所示 圖3-6 DAC0832引腳圖DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。 CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫(xiě)選通信號(hào)。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫(xiě)選通輸入線。 Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (-10v+10v) AGND:模擬地,摸擬信