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基于单片机的模糊PID的锅炉压力控制器的设计




关键词:

  摘要:介绍了一款基于单片机的全自动锅炉压力控制器的设计。该系统能根据锅炉现场检测的各个状态做出实时精确的自动控制,如实现温度、压力、水位等的监控,数码管显示、报警、系统参数设置的功能。该系统还采用模糊PID方法进行温度控制,能克服普通的单片机PID温度控制系统的一些不足之处,达到较为理想的控制效果。

  0前言

  锅炉自控系统是一个典型的大惯性、大滞后、多变量的过程控制系统,其涉及到压力、温度、水位等多个物理参数检测与控制,需要同时控制风机、补水泵、加热装置,自动排除故障等。由于模拟输入量多,需要的硬件电路也多,控制起来不简单。现阶段,很多厂家都是利用PLC对锅炉进行控制,其自动化程度和可靠性较高,但是成本也很高,而且程序修改和参数设置比较困难。以单片机为控制核心的智能控制系统由于成本低、可靠性好、安全性高,受到了更多企业的喜欢[1]。本文在借鉴现有各类单片机温度控制系统的基础上,设计一个中档单片机锅炉压力控制器系统,该系统采用STC89C51单片机作为核心,具体控制采用基于模糊的PID方式。

  1系统硬件电路设计

  基于模糊PID的锅炉压力控制器的控制系统主要包括单片机芯片、键盘、LED显示、蜂鸣器报警电路、开关电路和输入信号采集电路组成。硬件原理图如图1所示。


图1  硬件系统原理框图

  该方案设计相对简单,硬件电路中采用的STC89C51是台湾宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择,最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。

  输入信号采集电路主要是采集水位信号和压力控制器信号,水位信号包括水位极低、低水位、正常水位、高水位、水位极高;压力控制器包括低压、高压、超高压;开关电路主要是负责控制一段火燃烧机、二段火燃烧机、补水泵和鼓风机的控制;LED显示主要是负责各种水位的显示、各种压力的显示和各种故障显示;蜂鸣器报警电路主要是缺水水位、超高水位、超高压状态、各种故障的蜂鸣报警。

  该系统完成的功能主要是根据锅炉的水位和压力,来控制水泵是否补水,控制一二段火开关的加热,并根据具体情况控制风机进行降温,并随时可以进行故障报警。而且相应状态都可以通过控制面板上的LED显示出来。图2为一段火开关控制电路。

  燃烧机控制过程:运行过程中,当压力状态显示“低位”时,一段火、二段火同时启动;当压力状态显示“正常”时,二段火灭、一段火仍开,当压力状态显示“高位”时,一段火、二段火全灭,继续控制燃烧机风机吹扫30秒。当压力下降,状态再次显示“低位”时,一段火、二段火再次同时启动,如此循环直到停止运行。总之:低压启动,常压保持,高压停止,超高压保护。在压力状态显示“正常”时按“运行”键开始运行的话,一段火、二段火都不启动,等压力下降到“低位”时才启动。


图2   一段火开关控制电路

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