中小型工業(yè)鍋爐單片機控制系統(tǒng)

　　單片機控制系統(tǒng)我國各行各業(yè)廣泛使用著大量中小型工業(yè)鍋爐。鍋爐工藝復雜、控制要求較高。若用微機技術進行改造，使之實現(xiàn)自動化，不僅可加強運行安全可靠性、提高供汽質量、減輕勞動強度，有利于環(huán)境保護和節(jié)能；而且也不必對鍋爐作大幅度改造、不需要增添過多設備；是一項利國利民、經(jīng)濟實惠的理想舉措。本文就SHL6. 5―16工業(yè)鍋爐為例，介紹它的改造實踐SHL6.5―16是一臺鏈條爐排橫式水管鍋爐，蒸發(fā)量為6 5t/h，蒸汽壓力最大允許值為16kgf/cm2，屬機械化工業(yè)鍋爐。鍋爐運行要求蒸汽壓力為（。3±0.5）kgf/cm2，汽包水位為（270±20）mm爐膛負壓為一20mmH2O，以保證負荷需要和安全運行。

　　1鍋爐系統(tǒng)的控制方案本系統(tǒng)根據(jù)常規(guī)鍋爐燃燒的控制理論和運行經(jīng)驗，確定出較合理的鍋爐系統(tǒng)校正方案（即控制模型）微機按照預先編制好的系統(tǒng)控制程序自動控制鍋爐運行�？刂品桨溉缢���。系統(tǒng)劃分為熱負荷、燃燒經(jīng)濟性、爐膛負壓和汽包給水調節(jié)等子系統(tǒng)，定值控制鍋爐運行中的蒸汽壓力、爐膛負壓和汽包水位�；�本控制算法為增量PID算法：2）分別為第n次、n―1次、n―2次偏差值；K，為比例放大系數(shù)；Kl為積分邏輯系數(shù)；Kd為微分放大系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；TD為微分時間常數(shù)；―為系統(tǒng)采樣周期。其優(yōu)點是：減少計算誤差或精度不足對控制量的影響；（2）易于實現(xiàn)控制從手動到自動的無擾動切換；（3）在微機發(fā)生故障時由于執(zhí)行裝置本身有寄存作用而仍可保持在原位。

　　本系統(tǒng)采用數(shù)字控制系統(tǒng)模擬連續(xù)控制系統(tǒng)方法，是一種準連續(xù)控制。根據(jù)鍋爐運行特點和經(jīng)驗，選擇系統(tǒng)基本采樣周期為4s燃燒經(jīng)濟性子系統(tǒng)采樣周期為16s.汽包給水調節(jié)子系統(tǒng)中存有蒸汽負荷變化的干擾。當蒸發(fā)量突增時水位本應直線下降，但由于汽包水面下含有汽水混合物，汽包體積一定，蒸發(fā)量增大時汽包壓力下降，導致汽泡上升膨脹把水位抬高，造成“假水位”，經(jīng)過一定的延遲時間后水位才開始下降。故給水子系統(tǒng)要根據(jù)汽包水位和蒸汽流量來調節(jié)。

　　熱負荷、爐膛負壓、燃燒經(jīng)濟性三個子系統(tǒng)構成燃燒調節(jié)系統(tǒng)，其中熱負荷子系統(tǒng)在整個燃燒過程中起主導作用。根據(jù)燃燒機理，從動態(tài)特性的影響來分析，給煤調節(jié)通道比風量調節(jié)通道長得多。在蒸汽負荷擾動中，通過調節(jié)進風量能明顯影響爐膛中燃燒強度，在一定時間內起到穩(wěn)住蒸汽壓力的作用。故熱負荷子系統(tǒng)采用以蒸汽壓力為主調參數(shù)，鼓風風量為副調參數(shù)進行調節(jié)，靈敏度高，抗干擾能力強。

　　爐膛負壓調節(jié)子系統(tǒng)的主要干擾是進風量的變化。當因汽包壓力變化而引起進風量變化時，必須使引風風量作相應變化，以使進風和引風匹配，保證爐膛處于負微壓。

　　燃燒經(jīng)濟性調節(jié)子系統(tǒng)任務是促進煤量恰好滿足保證燃燒，提高鍋爐熱效率。在該子系統(tǒng)中，根據(jù)實際進風量求出調煤高云哈爾濱鍋爐有限責任公司工程師（5⑴40）郭劍河南商丘永和鋁業(yè)公司自備電廠工程師（760⑴）高安邦哈爾濱理工大學教授（150040）：2⑴0―02―02變送器給定值給定值‘變送器I/V轉換鍋爐系統(tǒng)控制方案量初值，再根據(jù)蒸汽流量和汽包壓力算出熱量信號以代替燃煤量，求出燃剩煤，經(jīng)PID運算得煤量增量值，再由煙氣含氧量來輔助校正煤風比，從而調節(jié)爐排轉速，達到控制進謀量，保證燃燒經(jīng)濟性。

　　2系統(tǒng)硬件組成根據(jù)簡單、價廉、實用、便于推廣應用的設計原則，系統(tǒng)硬件組成總框圖如所示。

　　系統(tǒng)采用ADC0816組成16位模入通道。汽包水位、煙氣氧量、蒸汽流量、蒸汽壓力、鼓風風量、爐膛溫度等現(xiàn)場各物理量由各自的測量元件并經(jīng)變送器送AD轉換，變?yōu)橄鄳�的�?shù)字量供主機處理。為實現(xiàn)無擾動手動/自動切換，還對手操跟蹤信號進行采樣。

　　系統(tǒng)采用DAC0832組成4路模出通道。主機輸出的數(shù)字信號經(jīng)D/A轉換，變?yōu)橄鄳�的模擬量去推動現(xiàn)場操作執(zhí)行機構動作，控制爐排轉速、鼓風風門開度、引風風門開度、給水閥門等，實現(xiàn)系統(tǒng)控制方案的各項要求。

　　本系統(tǒng)采用8155作為開關量輸入輸出及報警輸出接口。其任務分配如下：PA=1，啟動外部時鐘；PAi=1，清外部時鐘；PA2=1，給水系統(tǒng)允許計控指示；1，熱負荷系統(tǒng)允許計控指示；1，爐膛負壓系統(tǒng)允許計控指示；PA，=1，燃燒經(jīng)濟性系統(tǒng)允許計控指示；PA6= 1，輸入信號不正常，報警；PA7=1，各子系統(tǒng)輸出不正常，報警；PB=1，微機系統(tǒng)不正常，報警；PB，= 1，允許總切換開關計控指令；PB2=1，鍋爐及附屬設備不正常輸入；PB3= 1，燃燒經(jīng)濟性系統(tǒng)手動/自動開關置自動輸入；PB4= 1，爐膛負壓系統(tǒng)手動/自動開關置自動輸入；PB，=1，熱負荷系統(tǒng)手動/自動開關置自動輸入；PB6= 1，給水系統(tǒng)手動/自動開關置自動輸入；PB7=1，總切換開關置計控輸入。

　　外部時鐘監(jiān)控微機系統(tǒng)的運行。

　　3系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，包括主程序、中斷服務程序、各計控量調節(jié)子程序等。

　　主程序從結構上可分為兩部分，框圖見。第一部分為系統(tǒng)初始化及自診斷；第二部分為開中斷、啟動外部時鐘、命令分析執(zhí)行、顯示打印數(shù)據(jù)參數(shù)、報警、現(xiàn)場設備檢查、自動對位切換等處理的循環(huán)程序，等待中斷的到來。

　　主程序框圖本系統(tǒng)設置有五個命令鍵：隨時顯示命令D滾動屏幕以整頁的方式顯示各參數(shù)及輸出值；隨時打印命令P：隨時打印各熱工參數(shù)的情況及輸出值大小等；修改時間串命令T：按T鍵CRT顯示當前值“Y―M―DH：M：S‘；鍵入新值后CRT顯示新修改值；初始化命令鍵I：可使蒸汽流量積算等值復零；修改參數(shù)命令鍵S可進行PID參數(shù)的重新整定及各設定值、極限值的修改工作，修改參數(shù)不影響系統(tǒng)的正常輸出。

　　中斷程序是中斷頻率為1Hz.其通過調用巡回采樣程序和各調節(jié)子程序等，完成時鐘計時、蒸汽流量積算、打印/顯示定時、清外部時鐘、采樣、調節(jié)、輸出等功能。

　　根據(jù)給水、燃燒閉環(huán)系統(tǒng)的設計，對各調節(jié)子程序進行PID運算，并對各種特殊工況給以特殊處理，以保證鍋爐系統(tǒng)始終處于良好運行狀態(tài)。PID控制算法的輸入量是偏差e在進入正常調節(jié)后e不會太大，此時干擾值對調節(jié)影響較大。為消除隨新型抽油機節(jié)能控制器研制智淑亞高云高安邦了抽油機的負荷特點和節(jié)能原理，較詳細論述了控制器的硬件組成電路，并給出了系統(tǒng)主要軟件程序的流程圖。

　　單片機控制器占全國用電量50%以上的交流電動機一般都是按照最大負載下能正常工作為條件來選用的。但在實用中，諸如油田抽油機卻經(jīng)常在重載、輕載甚至在空載下運行，因而電動機的負載率低，效率不高，電能的浪費十分嚴重。若能根據(jù)抽油機負載變化自動改變電動機的端電壓，從而使電動機工作在最佳狀態(tài)，達到低損耗、高效率節(jié)約電能之目的，其實用機干擾影響，除在硬件和環(huán)境上采取措施外，在熱工巡回檢測子程序中也采取了抗干擾措施。對于作用時間短的脈沖式快速干擾及誤碼，采用中值濾波；對于作用時間較長的干擾，采用上下限檢查，發(fā)生越界就報警。為進一步消除多發(fā)性的脈沖干擾，還用了算術平均法濾波。由于煙氧量檢測變送裝置易不穩(wěn)定和產生失真對其信號加了程序限幅濾波。

　　在各調節(jié)子程序中亦作了增量限幅和輸出量合法性鑒別等處理，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行。

　　4結束語該系統(tǒng)屬技改項目已在河南省商丘永和鋁業(yè)公司自備電廠鍋爐上投入運行。運行結果：系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，控制比較合理，節(jié)煤效果良好，熱效率提高5.5%以上，自動化程度較高，具有推廣應用價值。