中小型工業鍋爐單片機控制系統

　　單片機控制系統我國各行各業廣泛使用著大量中小型工業鍋爐。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，有利于環境保護和節能；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、經濟實惠的理想舉措。本文就SHL6. 5―16工業鍋爐為例，介紹它的改造實踐SHL6.5―16是一臺鏈條爐排橫式水管鍋爐，蒸發量為6 5t/h，蒸汽壓力最大允許值為16kgf/cm2，屬機械化工業鍋爐。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鍋爐系統的控制方案本系統根據常規鍋爐燃燒的控制理論和運行經驗，確定出較合理的鍋爐系統校正方案（即控制模型）微機按照預先編制好的系統控制程序自動控制鍋爐運行。控制方案如所示。系統劃分為熱負荷、燃燒經濟性、爐膛負壓和汽包給水調節等子系統，定值控制鍋爐運行中的蒸汽壓力、爐膛負壓和汽包水位。基本控制算法為增量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；Kl為積分邏輯系數；Kd為微分放大系數；Ti為積分時間常數；TD為微分時間常數；―為系統采樣周期。其優點是：減少計算誤差或精度不足對控制量的影響；（2）易于實現控制從手動到自動的無擾動切換；（3）在微機發生故障時由于執行裝置本身有寄存作用而仍可保持在原位。

　　本系統采用數字控制系統模擬連續控制系統方法，是一種準連續控制。根據鍋爐運行特點和經驗，選擇系統基本采樣周期為4s燃燒經濟性子系統采樣周期為16s.汽包給水調節子系統中存有蒸汽負荷變化的干擾。當蒸發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”，經過一定的延遲時間后水位才開始下降。故給水子系統要根據汽包水位和蒸汽流量來調節。

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

　　爐膛負壓調節子系統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。

　　燃燒經濟性調節子系統任務是促進煤量恰好滿足保證燃燒，提高鍋爐熱效率。在該子系統中，根據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轉換鍋爐系統控制方案量初值，再根據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，從而調節爐排轉速，達到控制進謀量，保證燃燒經濟性。

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

　　系統采用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、爐膛溫度等現場各物理量由各自的測量元件并經變送器送AD轉換，變為相應的數字量供主機處理。為實現無擾動手動/自動切換，還對手操跟蹤信號進行采樣。

　　系統采用DAC0832組成4路模出通道。主機輸出的數字信號經D/A轉換，變為相應的模擬量去推動現場操作執行機構動作，控制爐排轉速、鼓風風門開度、引風風門開度、給水閥門等，實現系統控制方案的各項要求。

　　本系統采用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，給水系統允許計控指示；1，熱負荷系統允許計控指示；1，爐膛負壓系統允許計控指示；PA，=1，燃燒經濟性系統允許計控指示；PA6= 1，輸入信號不正常，報警；PA7=1，各子系統輸出不正常，報警；PB=1，微機系統不正常，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，燃燒經濟性系統手動/自動開關置自動輸入；PB4= 1，爐膛負壓系統手動/自動開關置自動輸入；PB，=1，熱負荷系統手動/自動開關置自動輸入；PB6= 1，給水系統手動/自動開關置自動輸入；PB7=1，總切換開關置計控輸入。

　　外部時鐘監控微機系統的運行。

　　3系統軟件設計系統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、命令分析執行、顯示打印數據參數、報警、現場設備檢查、自動對位切換等處理的循環程序，等待中斷的到來。

　　主程序框圖本系統設置有五個命令鍵：隨時顯示命令D滾動屏幕以整頁的方式顯示各參數及輸出值；隨時打印命令P：隨時打印各熱工參數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；修改參數命令鍵S可進行PID參數的重新整定及各設定值、極限值的修改工作，修改參數不影響系統的正常輸出。

　　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、輸出等功能。

　　根據給水、燃燒閉環系統的設計，對各調節子程序進行PID運算，并對各種特殊工況給以特殊處理，以保證鍋爐系統始終處于良好運行狀態。PID控制算法的輸入量是偏差e在進入正常調節后e不會太大，此時干擾值對調節影響較大。為消除隨新型抽油機節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，達到低損耗、高效率節約電能之目的，其實用機干擾影響，除在硬件和環境上采取措施外，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，發生越界就報警。為進一步消除多發性的脈沖干擾，還用了算術平均法濾波。由于煙氧量檢測變送裝置易不穩定和產生失真對其信號加了程序限幅濾波。

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

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