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理工學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題 目： 工業(yè)鍋爐的溫度控制系統(tǒng) 學生姓名： 朱立君 學 號： 11L0851134 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 楊國福（副教授） 2015年 3 月 23 日 1.文獻綜述： 鍋爐汽包燃燒系統(tǒng)是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標，溫度過高，會使蒸汽帶水過多，汽水分離差，使后續(xù)的過熱器管壁結垢，傳熱效率下降，過熱蒸汽溫度下降，嚴重時將引起蒸汽品質下降，影響生產和安全；溫度過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)不能滿足工藝要求，嚴重時會發(fā)生鍋爐爆炸。尤其是大型鍋爐，一旦控制不當，容易使汽包滿水或汽包內的水全部汽化，造成重大事故。因此，在鍋爐運行中，保證溫度在正常范圍是非常重要的。由于鍋爐的溫度控制系統(tǒng)很難用數(shù)學的方式建立模型，所以對鍋爐溫度控制技術的研發(fā)及應用至關重要。因而設計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。下面對幾種常用的溫度控制技術做簡單的分析。 （1）基于PID的鍋爐溫度控制系統(tǒng) PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應用于過程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領域研究的重要課題。PID在工業(yè)過程控制中的應用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世,但由于PID算法以它自身的特點，再加上人們在長期使用中積累了豐富經驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應用。在PID算法中，針對P、I、D三個參數(shù)的整定和優(yōu)化的問題成為關鍵問題。 該系統(tǒng)首先通過熱電偶傳感器監(jiān)測鍋爐的溫度，收集的信息經過A/D電路送給PLC控制器，PLC因此做出計算，并判斷鍋爐的溫度，當溫度處于上升狀態(tài)時，就會繼續(xù)加熱，當溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)時PID會計算并輸出控制信號，PLC傳送信號給PC機，系統(tǒng)因此做出高溫顯示并發(fā)出警報。 PID控制是工業(yè)過程控制中最常用的一種控制方法,但常規(guī)的PID控制在被控對象具有復雜的非線性時,如鍋爐的溫度控制,不僅具有較大的純延遲,而且模型也不確定時,對于這種對象往往難以達到滿意的控制效果.BP神經網絡PID控制具有逼近任意非線性函數(shù)的能力,通過神經網絡自身的學習,找到最佳組合的PID控制參數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求. （2）基于DDC的鍋爐的溫度控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制DDC系統(tǒng)是工業(yè)生產計算機控制系統(tǒng)中用得做廣泛的一種系統(tǒng)應用形式。這類系統(tǒng)中的計算機除了經過輸入通道對多個工業(yè)過程參數(shù)進行檢測采集外，它不容代替模擬調節(jié)系統(tǒng)中的模擬調節(jié)器，按預定的調節(jié)規(guī)定進行調節(jié)運算，然后將運算結果通過過程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機構，以實現(xiàn)多回路調節(jié)的目的。系統(tǒng)中除了輸入和輸出通道外,一般還有一個功能較強的控制操縱臺,在操縱臺上可調整被控參數(shù)的給定值、顯示或打印采樣值、聲光報警裝置也在操縱臺上。DDC系統(tǒng)不僅可對一個回路進行控制，而且通過采樣實現(xiàn)對多個回路的控制。另外，DDC系統(tǒng)只要改變程序，還能實現(xiàn)串級，前饋等復雜的控制，直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實現(xiàn)常規(guī)的PLD(比例、積分、微分)調節(jié),也可實現(xiàn)其它復雜或先進的調節(jié)規(guī)律,調節(jié)規(guī)律的改變只需控制軟件。不同的是硬件部分除按需適當增減通道的數(shù)量外,一般不需作大的變動，所以使用比較靈活，DDC系統(tǒng)是一個“在線”的半環(huán)控制系統(tǒng)。 微機DDC系統(tǒng)結生產過程的有關參量進行控制時,是以定時采樣和階段控制來代替常規(guī)儀表的連續(xù)則是和連續(xù)控制的。因此,確定合適的采樣周和A/D、D/A、轉 換 器 的 字 長 是 提 高系統(tǒng)控制精確,減少轉換誤差的關鍵。 微機DDC系統(tǒng)的分時控制方式一臺微機DDC系統(tǒng)要控制多個回路。在每一個回路，微機要完成采樣和A／D轉 換 ,運 算 ,輸出控制信號3個部分的工作。為此，微機DDC采用了分時控制的方法。 控制規(guī)律是一個控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關鍵根據(jù)控制規(guī)律制定的控制算法,是微機DDC系統(tǒng)對生產對象實行控制的運算依據(jù)。隨著控制理論和微機技術的飛躍發(fā)展，傳統(tǒng)的DDC系統(tǒng)功能也不斷擴大,應的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn).根據(jù)控制對象的不同,目前的微機DDC控制方式,有簡單,有復雜,從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù)的相關控制,以至最優(yōu)最佳控制等等，其控制功能已遠遠超出了早期的PID控制范圍,盡管如此,PID控制的一些基本理論仍然是分析DDC系統(tǒng)控制規(guī)律的基礎,PID控制規(guī)律仍然在相當多生產現(xiàn)場使用并能得到較為滿意的效果,所以直到現(xiàn)在,PID仍是一中最基本的控制規(guī)律.隨著生產的發(fā)展和工業(yè)自動化的提高,較簡單的單回路參量的PID閉環(huán)已不能滿足更高要求系統(tǒng)需要，所以，在微機DDC系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級控制、比值控制、選擇性控制、前饋控制等控制方式?，F(xiàn)場模擬量信號通過變送器轉換成0-10mA.DC或4-20Ma.DC或0-5V.DC的模擬量信號，通過有關端子輸入計算機A/D板，或電阻信號通過電阻信號轉換板與其它現(xiàn)場毫伏信號進入信號調理板，再輸入A/D板，經A/D轉換后以實際工程量屏幕顯示氣包水位、蒸汽壓力等影響工業(yè)鍋爐運行安全性、經濟性的主要參數(shù)以及給水調節(jié)閥位、給煤機構轉速等執(zhí)行機構的位置信號，這些信號用來控制、打印制表、數(shù)據(jù)存儲、經濟量累積核算等。對工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進行直接控制是微機DDC控制的主要功能之一。 參考文獻 [1].楊國強.基于模糊自適應控制的鍋爐溫度控制[J].輕工機械.2013(02) [2].周天沛,孫偉.基于粒子群模糊規(guī)則優(yōu)化的水煤漿氣化爐溫度控制系統(tǒng)[J].計算機測量與控制.2013(04) [3]. Ajay Pratap Singh, Samrat Mukherjee, Michael Nikolaou.Debottlenecking level control for tanks in series[J].Journal of Process Control, 2014, 24(3).. [4] Christopher Basting, Dmitri Kuzmin.Optimal control for mass conservative level set methods[J].Journal of Computational and Applied Mathematics, 2013. [5].殷建華,張國斌,杜榮華,李民.基于規(guī)則的模糊專家控制在火電廠過程控制中的應用[J].內蒙古電力技術.2014(06) [6].張敏.基于PLC技術的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設計[J].科技風.2014(11) [7]. 王本琪.基于組態(tài)王的PLC鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設計[D]. 中國海洋大學 2012 [8].劉志.基于PLC的電阻爐溫度串級控制系統(tǒng)的設計[J].工業(yè)控制計算機.2015(01) [9].段江霞.模糊PID控制在大慣量時滯溫度控制系統(tǒng)中的應用研究[D].蘭州大學2013 [10].高小鳳.電阻爐溫度控制算法的研究與應用[D]. 太原科技大學 2013 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑： （1） 研究或解決的問題 a 了解工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的控制流程，對系統(tǒng)各個部分進行分析，完成對方案的整體設計。 b 根據(jù)分析及實際情況設計系統(tǒng)的硬件部分，包括單片機、溫度采集電路、鍵盤和顯示電路、電源模塊、驅動電路、報警電路。 c 在硬件的基礎上設計出軟件部分，包括主程序模塊、A/D轉換模塊、按鍵掃描及處理模塊、LED顯示模塊、加熱執(zhí)行模塊和PID算法模塊等。 （2）擬采用的研究手段及途徑 a 收集資料，研究并設計出總體方案。 b 根據(jù)方案和設計要求完成工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的模型并確定各部分參數(shù)。 c 根據(jù)方案和設計要求設計硬件電路的各個模塊。 d 根據(jù)流程圖進行程序編寫，并對各模塊進行編程、調試，再對整體系統(tǒng)進行調試。 （3）硬件系統(tǒng) 本設計系統(tǒng)硬件主要包括單片機、溫度采集電路、鍵盤和顯示電路、電源模塊、驅動電路、報警電路、升降溫裝置等。 a 單片機 采用ATMEL89C51單片機，AT89C51單片機是一種低功耗、低電壓、高性能的片內含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。 b I／0通道的硬件電路的設計 就本系統(tǒng)來說,需要實時采集鍋爐溫度數(shù)據(jù),然后經過A／D轉換為數(shù)字信號,送入單片機中的特定單元,然后一部分送去顯示;另一部分與設定值進行比較,通過PID算法得到控制量并經由單片機輸出去控制電熱鍋爐加熱或降溫。 c 溫度采集電路和控制電路 為了達到測量高精度的要求，AD轉換器選用高精度的12位AD574A。溫度傳感器選用AD590,AD590具有較高精度和重復性(重復性優(yōu)于0.1℃,其良好的非線形可以保證優(yōu)于0.1℃ 的測量精度,利用其重復性較好的特點,通過非線形補償,可以達到0.1℃測量精度.)超低溫漂移高精度運算放大器0P07將溫度一電壓信號進行放大,便于A／D進行轉換,以提高溫度采集電路的可靠性。 控制電路部分采用PWM控制可控硅的通斷以實行對鍋爐溫度的連續(xù)控制。由 PID 輸出調節(jié)PWM脈沖的占空比，PWM脈沖作為單片機輸出控制固態(tài)繼電器的開通或關斷，以調節(jié)電阻絲的加熱程度，從而實現(xiàn)溫度控制。 d 顯示模塊 本系統(tǒng)顯示電路是由三個譯碼驅動芯片CD4511和三個LED（數(shù)碼管）顯示器構成。 e 電源模塊 電源模塊由220V交流電源經電磁干擾濾波器、電源變壓器、整流濾波器和三端集成穩(wěn)壓器7805，提供5V電壓給單片機和傳感器。 f 驅動電路 驅動電路采用繼電器驅動方式，繼電器采用增強型固態(tài)繼電器H220D15，其內部采用光電隔離方式。 g 報警設備 用無源揚聲器作為系統(tǒng)異常工作時候的報警器使用。有晶體管和揚聲器組成。 h 溫度升降裝置 設計復位鍵、運行鍵、功能轉換鍵、加一鍵、減一鍵。 AT89C51 單 片 機 溫度采集 工業(yè)鍋爐 控制電路 溫度顯示 報警設備 鍵盤控制 傳感器 （4）軟件系統(tǒng) 軟件設計包括主程序、A/D轉換、按鍵掃描及處理模塊、LED顯示程序、加熱執(zhí)行模塊和輸出控制子程序等。 主程序設計包括初始化、初值設定程序、鍵盤掃描、溫度顯示等。 初值設定程序完成對溫度初值的設定，通過A/D轉換裝置將讀取到的數(shù)據(jù)通過LED顯示出來，輸出控制子程序通過判斷完成對輸出的控制。 開始 初始化 啟動溫度裝換并顯示 溫度值超過 預設值 繼電器斷開發(fā)出警報 延遲 繼電器閉合并停止警報 Y N 指導教師意見： 指導教師： 年 月 日