锅炉液位控制系统设计

淮海工学院 课程设计报告书

课程名称： 专业综合课程设计 题 目： 锅炉液位控制系统设计 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 2011-2012-1 专业班级： 自动化081 姓 名： yzj 学 号： 030851134

1 引言

锅炉参数控制，是过程控制的典型实例。锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。设锅炉控制系统的原理框图如下。

图1-1 锅炉控制系统的原理框图

1.1 锅炉液位控制系统设计

1.1.1 系统的基本原理

e s

控制系统原理图如图1所示，设广义被控对象的传递函数为Wd(s) ，

s 1T 0.5s。被控对象简图如图2所示。

加 热 室 锅炉

图1-2 锅炉液位示意图

1.1.2 大林算法

对于大多数工业对象，都具有较大的滞后，使控制系统的性能下降，稳定性

降低，过渡过程特性变坏，引起超调和持续的振荡。大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，从而是系统不产生超调，同时保证系统的稳定性。大林算法要求在选择闭环脉冲传递函数时，采用相当于连续一阶惯性环节的脉冲传递函数来代替最少拍多项式。 1.1.3 设计内容

1）设计必要的硬件电路（单片机电路） ① 输入、输出通道扩展； ② 报警电路；

③ 人机交互（键盘、显示）。

2）设计控制算法（大林算法），并进行仿真，给出仿真结果。

3）数字控制器的实现方法设计。 4）写出系统整体软件流程。

液位控制是利用由高亮二级管和光敏三级管所组成的液位传感器把液位的状态转换成模拟信号,再通过模数转换器ADC0809把输出状态直接接到单片机的I/O接口，单片机经过运算控制，输出数字信号，输出接口接LED进行显示,实现液位报警和键盘显示与控制；其压力控制是通过压电传感器将接受的信号转变成电信号，通过模数转换ADC0809进行转换后与8051单片机接口相连，使其与设定值相比较从而实现压力报警和控制;其温度检测选用的是光电隔离器,实行光电隔离,有利于人员对温度的检测,再通过模数转换器ADC0809进行转换后与8051单片机接口相连，使其与设定值相比较从而实现温度报警；

而本设计主要是对液位进行控制,下图是锅炉液位控制系统。

图1-3 基于单片机的锅炉液位控制系统

由上图可观察到传感器通过对液面、温度和压力进行测量，输出模拟信号，

再通过模数转换器把输入的模拟信号转换成数字信号，通过8051单片机的运算控制，在通过LED进行显示,通过报警装置进行报警,报警显示之后再通过对阀门的开启实现对锅炉的液位进行调节控制,阀门的驱动设备是电动机。

2 液位控制系统的硬件电路设计

2.1 核心芯片8051单片机

计算机芯片MCS-51是一个电脑晶片,英特尔公司生产系列。它是在MCS-48系列的基础上发展的高性能的8位单片机。所出的系列产品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列的单片机都以它为核心,所以本设计采用的核心芯片是8051单片机。整个系统电控部分以ATMEL公司的8051为核心芯片，控制信号采集、处理、输出三个过程。

系统的原理是采用液位式传感器测量锅炉液位值,通过单片机的转换与分析在LED上显示及输出控制;根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵,以及是否到达危险高、低水位,需要关闭阀门。

图2-1 8051引脚图

上图是8051的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：

Pin40:正电源脚，正常工作或对片内EPROM抄写程序时，接+5V电源。

Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。 Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。

8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容,振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。本设计采用外部时钟电路，外接晶振和电容组成振荡器。

输入输出(I/O)引脚：Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin1为P1.0-P1.7输入输出脚,Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚。

在对单片机设计中，P0口作为程序存储器扩展口，且是扩展并行输入/输出接口的接口，另外也作为模数转换的数据传输口,P2口为程序存储器扩展口的高八位地址总线口，P1口为输入/输出口。

Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H， P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开 …… 此处隐藏：5206字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……