換熱站自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除，謝謝！1.1、背景我國(guó)城市集中供熱發(fā)展很快，1997年全國(guó)集中供熱面積為80747萬㎡，比1996年增加了9.96%。到了1998年，全國(guó)有286個(gè)城，已占華北、東北、西北、山東、河南等采暖地區(qū)實(shí)有房屋面積的1/4以上。8.63.5萬公里隨著我國(guó)加入WTO以來，我國(guó)人民基本實(shí)現(xiàn)了小康水平，隨著人民生活水平的進(jìn)礎(chǔ)抓起在城市建立了各種供熱站以實(shí)現(xiàn)城市人們的保暖問題。供熱行業(yè)大力推廣計(jì)算機(jī)控制技術(shù)必將是今后的發(fā)展方向。1.2制難，浪費(fèi)熱能。是最初電廠余熱福利供熱的產(chǎn)物。后來開始收費(fèi)，才有熱力公司。隨著商品經(jīng)濟(jì)發(fā)展，熱商品化，熱力公司開始提高供熱質(zhì)量，才有直供站，集中供熱是發(fā)展方向，間供站為主。間供站原理：電廠為一次線，小區(qū)為二次線，熱源（電廠）熱網(wǎng)（一二次線管網(wǎng)）熱用戶（居民樓和單位）連接處為熱力站。設(shè)備有：板式換熱器，循環(huán)泵，一二次線除污器，補(bǔ)水泵，水箱，計(jì)量表，１控制閥門等。就是換熱的地方把有熱電場(chǎng)產(chǎn)生的高溫蒸汽傳輸?shù)礁鱾€(gè)居民小區(qū)里將蒸把高溫蒸汽轉(zhuǎn)換汽的熱量傳送到小區(qū)管網(wǎng)中個(gè)人理解就像一個(gè)變壓器一樣成七八十度的水再供暖。1.31、實(shí)現(xiàn)二次熱網(wǎng)的控制，保證熱網(wǎng)的水力平衡、熱力平衡，是整個(gè)熱網(wǎng)安全、節(jié)能、高效、平穩(wěn)的運(yùn)行，使熱能均勻分布，保證供暖效果。2、數(shù)據(jù)采集：按照指定或系統(tǒng)默認(rèn)巡檢方式，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。3、顯示：監(jiān)測(cè)顯示一次供水溫度，一次回水溫度，二次供水溫度，二次回水溫度，室外溫度，一次供水壓力，變頻器狀態(tài)（起/停，泵速，故障報(bào)警）4、報(bào)警及故障處理：系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警信號(hào)顯示、標(biāo)示。5、數(shù)據(jù)通訊：發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)及接收控制指令、糾錯(cuò)、檢錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)換熱站與供熱站之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊。6、可進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)的無擾切換。2.1、二次供水溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)1-12為換熱站溫度控制系統(tǒng)２統(tǒng)框圖。一次給水控?fù)Q熱器溫度信號(hào)反圖2換熱站供熱系統(tǒng)框圖、變頻定壓控制系統(tǒng)為了保持熱網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)還應(yīng)保持一定的水壓，即保持系如圖3。變頻器調(diào)節(jié)器補(bǔ)水泵壓力傳感器圖3變頻調(diào)速定壓調(diào)節(jié)框圖變頻定壓工作原理如圖4所示，在系統(tǒng)的供、回水干管之間連接一根旁通３圖4變頻定壓工作原理的各項(xiàng)參數(shù)發(fā)送到供熱站。接受供熱站發(fā)來的指令。2.3、控制算法換熱站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制對(duì)象為供熱管網(wǎng)，管網(wǎng)面積大，分布不均勻，隨高熱網(wǎng)的熱效率顯得更為要。PID調(diào)節(jié)器是按偏差的比例、微分、積分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，在長(zhǎng)期應(yīng)用中已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。但是，PID調(diào)節(jié)器對(duì)非線性、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)和化到一定程度后，原來整定好的控制參數(shù)就不再適用，這時(shí)，傳統(tǒng)的PID控制問題，設(shè)計(jì)了一種模糊參數(shù)自適應(yīng)PID控制器，根據(jù)換熱器的實(shí)際響應(yīng)，通過模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策，在線整定PID控制器的三個(gè)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱站溫度的自適應(yīng)控制。常規(guī)PID控制器是過程控制中應(yīng)用最為廣泛最基本的—種控制器，它具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點(diǎn)，而且PID調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)相當(dāng)多的工業(yè)控制對(duì)控制效果，其調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)取決于PID控制器各個(gè)參數(shù)的整定．即使在現(xiàn)代控制飛速發(fā)展的今天，仍有90%以上的控制回路采用PID控制。但是，常規(guī)的PIDPID控制器不能在線整定參數(shù)：并且常規(guī)PIDPID參數(shù)不是整定困難就是根本無法整定，因此不能得到預(yù)期的控制效現(xiàn)象。但模糊控制器對(duì)復(fù)雜的和模型不清楚的系統(tǒng)都能進(jìn)行簡(jiǎn)單而有效的控制，所以如果把兩者結(jié)合起來，就可以構(gòu)成兼有兩者優(yōu)點(diǎn)的模糊PID(Fuzz-PID)控制器。本文主要介紹利用模糊控制器來給PID控制器在線自整定PID參數(shù)，組成６模糊參數(shù)自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)方法。三、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)3.1、換熱站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件原理如圖8所示。從傳感器采集的各個(gè)模擬量信號(hào)進(jìn)入模擬多路開關(guān)CD4051，經(jīng)I/V變換、放大后，利用AD0809A／D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，以供控制、運(yùn)算處理模塊使用?？刂?、運(yùn)算處理模塊是整個(gè)硬件電路的核心部分，選用AT89C51單片機(jī)作主處理器，并采用可編程邏輯器件8255A，來完成接口／o線的擴(kuò)展及多種邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。8位例COMS微處理器AT89C51作為主機(jī)，它內(nèi)部有4K的程序存儲(chǔ)器。該器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的“指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高而廉價(jià)的方案。AT89C51硬件結(jié)構(gòu)有如下一些主要特點(diǎn)：(、有4K字節(jié)的閃速存儲(chǔ)器和128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)容量。AT89C51單片機(jī)內(nèi)的／0口的數(shù)量和種類較多且齊全，尤其是它有一個(gè)全雙工的串行口。該串口是利用兩根／0口線構(gòu)成，有四種工作方式，可通過編程選定，AT89C51共有32根／0線．、AT89C51可對(duì)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址且不受該系列中各種芯片型號(hào)的影響，而對(duì)程序存儲(chǔ)器是內(nèi)外總空間為64KB尋址范圍。８1、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路AT89C51片內(nèi)有4K字節(jié)閃速程序存儲(chǔ)器，128個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。2764AEPROM6264靜態(tài)RAM作為擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器湖。2、模擬量輸入電路換熱站監(jiān)控系統(tǒng)中共有8個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)如表1所示。如果每一路都單獨(dú)采用各自的輸入回路，即每一路都采用放大、采樣／保持／D等環(huán)節(jié)，不僅成用CD4501多路模擬開關(guān)，它是單端的8通路開關(guān)，具有雙向轉(zhuǎn)換功能。它采用16條雙引腳的雙列直插式封裝。CD45018個(gè)開關(guān)電路組成的。電平轉(zhuǎn)換單元可實(shí)現(xiàn)COMS到TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換功能。因此，其輸入電平范圍寬，數(shù)字量信號(hào)電平幅度可為3-20V，模擬量信號(hào)的峰一峰值可達(dá)20V。其譯碼器具有禁止功能，便于對(duì)通道狀態(tài)的控制和通道數(shù)的擴(kuò)展。考慮到AT89C51為8位單片機(jī)，采用8位的／D轉(zhuǎn)換器其接口電路最簡(jiǎn)單，可直接掛在數(shù)據(jù)總線上。另外溫度、壓力等都屬緩變參量，中速的逐次逼近型／D8位ADC0809A／D前最流行的中速廉價(jià)型單通道8位全MOS／DADC0809A／D轉(zhuǎn)換器片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬開關(guān)，可對(duì)8路0～5v的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器SAR、控制與時(shí)序電路等，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。１０1、系統(tǒng)監(jiān)控主程序流程圖圖10圖112、控制程序流程圖4、補(bǔ)水泵、循環(huán)泵切換模塊流程圖測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)壓力信號(hào)之差A(yù)P來控制的。當(dāng)AP>0時(shí)，增加輸出電流的大小，提AP<0，量仍不足以使AP--0，則該臺(tái)變頻泵切換至工頻，而增加下一臺(tái)泵為變頻工作；如果實(shí)際壓力太大，本臺(tái)調(diào)速泵調(diào)整到最小供水量仍不足以使AP=0，則關(guān)閉上次轉(zhuǎn)換成工頻的水泵，再進(jìn)行調(diào)整。這樣，每臺(tái)泵在工頻和變頻之間切換，做到先開先停，后開后停，即所謂的循環(huán)調(diào)頻，各泵均衡運(yùn)行，合理利用資源，延長(zhǎng)泵的使用壽命，減少維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用圈。水泵切換程序如圖14所示。-20"C以下，開啟三臺(tái)循環(huán)泵；氣溫在一20"C～10"C時(shí)，則開啟兩臺(tái)循環(huán)泵；氣溫在一10"C以上時(shí)，開啟一臺(tái)循環(huán)泵．循環(huán)泵切換程序如圖15所示．定的冗余，隨著換熱站設(shè)計(jì)規(guī)模的不同，環(huán)境的變化，用戶對(duì)舒適性要求不同，希望系統(tǒng)也能隨著調(diào)整。因此在軟件設(shè)計(jì)上，采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法，使得程序簡(jiǎn)單易懂，便于整個(gè)系統(tǒng)軟件的更新升級(jí)和及時(shí)維護(hù)。１７四、心得與體會(huì)可以鞏固以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的的人來說更重要的不是知識(shí)或技能，而是克服困難的信心。實(shí)踐證明看似“莫名其妙”的錯(cuò)誤只要堅(jiān)持嘗試必定有辦發(fā)解決，應(yīng)靈活地從各方面找原因而不是一味歸咎于試驗(yàn)儀器或軟件平臺(tái)。五、參考文獻(xiàn)1、鄭學(xué)堅(jiān)主編.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社.2