基于單片機的鍋爐智能控制技術

1 引言
當今,環境與發展已成為人類社會面臨的兩大課題,而這些問題的解決無一不與能源密切相關。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料,耗煤量接近全國煤產量的三分之一。同時,鍋爐燃用的主要是中、低質煤,工業污染十分嚴重;而且鍋爐形式比較陳舊,生產效率和自動化程度低,這又進一步加重了環境污染的程度。因此,調整能源消費結構,逐步提高使用液體燃料和氣體燃料的比例是加強環境保護、實施可持續發展戰略的措施之一。其中油、氣燃料作為優質、高效、環保型清潔能源有著廣闊的應用前景。
國內對鍋爐控制系統的研究起步較晚,始于80年代初期。國內研究鍋爐控制系統比較成熟的企業包括上海杜比公司、南京仁泰公司,還有一些科研院校聯合企業開發的各種智能鍋爐控制系統。盡管對鍋爐控制系統的研究已有了很大進展,但是仍然存在許多急待解決的問題:
(1) 鍋爐控制方案不盡合理;
(2) 現有的鍋爐控制器可控制的仍是普通開關量設備,不能對它們進行精確連續調節,使控制精度低,控制手段單一;
(3) 鍋爐控制系統外圍設備適用范圍不廣。
針對現有的燃油、燃氣鍋爐控制系統的現狀和問題,本課題開發了多功能綠色環保智能燃油、燃氣鍋爐控制系統,它具有采暖、熱水兩用功能,能對鍋爐系統進行多臺聯合控制或單臺鍋爐全自動運行。針對多功能綠色環保鍋爐的控制問題,本文提出了基于單片機的鍋爐智能控制器的設計構想,并給出了以該控制器為核心的控制方案。
2 基于單片機的鍋爐智能控制器的設計構想
多功能綠色環保智能燃油、燃氣鍋爐控制系統主要由MCS-51系列單片機、軟件及其外圍部件組成。該控制系統主要實現多功能綠色環保鍋爐的全自動、安全、經濟和穩定地運行。具體來講,該控制系統應能實現以下主要功能:
(1) 選擇不同的工作方式即可實現熱水或采暖兩用;
(2) 適用的燃燒器可為一段火式,二段火式或連續調節式,循環泵可選擇普通循環泵或變頻調速泵,既控制系統存有針對不同外圍設備的不同控制方案,使用戶選擇外圍設備的余地更大;
(3) 在自動運行方式下,可智能調節燃燒器和循環泵的狀態,無須用戶再干預;
(4) 以液晶顯示屏顯示作為人機接口,觀察方便,操作簡單;
(5) 提供八段定時自動啟停功能,用戶可按照實際需要任意設置每段定時期間鍋爐的啟停時間、工作方式和溫度設定值;
(6) 可隨時進行手/自動無擾動切換;
(7) 具有智能化的溫度傳感器故障自診斷能力,隨時檢測鍋爐和熱水箱的水位;
(8) 能對鍋爐發生的故障自動進行停機報警等安全保護處理;
3 基于單片機的鍋爐智能控制方案
基于單片機的鍋爐智能控制方案如圖1所示。

在圖1的控制方案中,傳感器采集隨時間連續變化的模擬信號(被調參數),如溫度、流量和水位等,通過變送和放大,轉變成直流電壓信號,然后通過模/數轉換器轉換成單片機可識別和處理的二進制數據,經輸入通道送入單片機,由單片機按照一定的邏輯控制原理,對被測量值進行一系列的運算處理,從而得到燃燒器、循環泵或其他執行機構的控制量,再由單片機輸出二進制數據,經數/模轉換器將數字量轉換成模擬量(電壓或電流信號),直接或通過繼電器、接觸器及多路開關送至執行機構,使閥門或其他調節機構動作,達到調節被調節參數的目的。