中小型工業(yè)鍋爐單片機(jī)控制系統(tǒng)

　　單片機(jī)控制系統(tǒng)我國(guó)各行各業(yè)廣泛使用著大量中小型工業(yè)鍋爐。鍋爐工藝復(fù)雜、控制要求較高。若用微機(jī)技術(shù)進(jìn)行改造，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不僅可加強(qiáng)運(yùn)行安全可靠性、提高供汽質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于環(huán)境保護(hù)和節(jié)能；而且也不必對(duì)鍋爐作大幅度改造、不需要增添過(guò)多設(shè)備；是一項(xiàng)利國(guó)利民、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的理想舉措。本文就SHL6. 5―16工業(yè)鍋爐為例，介紹它的改造實(shí)踐SHL6.5―16是一臺(tái)鏈條爐排橫式水管鍋爐，蒸發(fā)量為6 5t/h，蒸汽壓力最大允許值為16kgf/cm2，屬機(jī)械化工業(yè)鍋爐。鍋爐運(yùn)行要求蒸汽壓力為（。3±0.5）kgf/cm2，汽包水位為（270±20）mm爐膛負(fù)壓為一20mmH2O，以保證負(fù)荷需要和安全運(yùn)行。

　　1鍋爐系統(tǒng)的控制方案本系統(tǒng)根據(jù)常規(guī)鍋爐燃燒的控制理論和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定出較合理的鍋爐系統(tǒng)校正方案（即控制模型）微機(jī)按照預(yù)先編制好的系統(tǒng)控制程序自動(dòng)控制鍋爐運(yùn)行。控制方案如所示。系統(tǒng)劃分為熱負(fù)荷、燃燒經(jīng)濟(jì)性、爐膛負(fù)壓和汽包給水調(diào)節(jié)等子系統(tǒng)，定值控制鍋爐運(yùn)行中的蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓和汽包水位�；�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(shù)；Kl為積分邏輯系數(shù)；Kd為微分放大系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)；―為系統(tǒng)采樣周期。其優(yōu)點(diǎn)是：減少計(jì)算誤差或精度不足對(duì)控制量的影響；（2）易于實(shí)現(xiàn)控制從手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換；（3）在微機(jī)發(fā)生故障時(shí)由于執(zhí)行裝置本身有寄存作用而仍可保持在原位。

　　本系統(tǒng)采用數(shù)字控制系統(tǒng)模擬連續(xù)控制系統(tǒng)方法，是一種準(zhǔn)連續(xù)控制。根據(jù)鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，選擇系統(tǒng)基本采樣周期為4s燃燒經(jīng)濟(jì)性子系統(tǒng)采樣周期為16s.汽包給水調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中存有蒸汽負(fù)荷變化的干擾。當(dāng)蒸發(fā)量突增時(shí)水位本應(yīng)直線(xiàn)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(fā)量增大時(shí)汽包壓力下降，導(dǎo)致汽泡上升膨脹把水位抬高，造成“假水位”，經(jīng)過(guò)一定的延遲時(shí)間后水位才開(kāi)始下降。故給水子系統(tǒng)要根據(jù)汽包水位和蒸汽流量來(lái)調(diào)節(jié)。

　　熱負(fù)荷、爐膛負(fù)壓、燃燒經(jīng)濟(jì)性三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中熱負(fù)荷子系統(tǒng)在整個(gè)燃燒過(guò)程中起主導(dǎo)作用。根據(jù)燃燒機(jī)理，從動(dòng)態(tài)特性的影響來(lái)分析，給煤調(diào)節(jié)通道比風(fēng)量調(diào)節(jié)通道長(zhǎng)得多。在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)中，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量能明顯影響爐膛中燃燒強(qiáng)度，在一定時(shí)間內(nèi)起到穩(wěn)住蒸汽壓力的作用。故熱負(fù)荷子系統(tǒng)采用以蒸汽壓力為主調(diào)參數(shù)，鼓風(fēng)風(fēng)量為副調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)。

　　爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的主要干擾是進(jìn)風(fēng)量的變化。當(dāng)因汽包壓力變化而引起進(jìn)風(fēng)量變化時(shí)，必須使引風(fēng)風(fēng)量作相應(yīng)變化，以使進(jìn)風(fēng)和引風(fēng)匹配，保證爐膛處于負(fù)微壓。

　　燃燒經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)子系統(tǒng)任務(wù)是促進(jìn)煤量恰好滿(mǎn)足保證燃燒，提高鍋爐熱效率。在該子系統(tǒng)中，根據(jù)實(shí)際進(jìn)風(fēng)量求出調(diào)煤高云哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司工程師（5⑴40）郭劍河南商丘永和鋁業(yè)公司自備電廠工程師（760⑴）高安邦哈爾濱理工大學(xué)教授（150040）：2⑴0―02―02變送器給定值給定值‘變送器I/V轉(zhuǎn)換鍋爐系統(tǒng)控制方案量初值，再根據(jù)蒸汽流量和汽包壓力算出熱量信號(hào)以代替燃煤量，求出燃剩煤，經(jīng)PID運(yùn)算得煤量增量值，再由煙氣含氧量來(lái)輔助校正煤風(fēng)比，從而調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制進(jìn)謀量，保證燃燒經(jīng)濟(jì)性。

　　2系統(tǒng)硬件組成根據(jù)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、實(shí)用、便于推廣應(yīng)用的設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)硬件組成總框圖如所示。

　　系統(tǒng)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(fēng)風(fēng)量、爐膛溫度等現(xiàn)場(chǎng)各物理量由各自的測(cè)量元件并經(jīng)變送器送AD轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量供主機(jī)處理。為實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)手動(dòng)/自動(dòng)切換，還對(duì)手操跟蹤信號(hào)進(jìn)行采樣。

　　系統(tǒng)采用DAC0832組成4路模出通道。主機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳?yīng)的模擬量去推動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，控制爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度、引風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度、給水閥門(mén)等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制方案的各項(xiàng)要求。

　　本系統(tǒng)采用8155作為開(kāi)關(guān)量輸入輸出及報(bào)警輸出接口。其任務(wù)分配如下：PA=1，啟動(dòng)外部時(shí)鐘；PAi=1，清外部時(shí)鐘；PA2=1，給水系統(tǒng)允許計(jì)控指示；1，熱負(fù)荷系統(tǒng)允許計(jì)控指示；1，爐膛負(fù)壓系統(tǒng)允許計(jì)控指示；PA，=1，燃燒經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)允許計(jì)控指示；PA6= 1，輸入信號(hào)不正常，報(bào)警；PA7=1，各子系統(tǒng)輸出不正常，報(bào)警；PB=1，微機(jī)系統(tǒng)不正常，報(bào)警；PB，= 1，允許總切換開(kāi)關(guān)計(jì)控指令；PB2=1，鍋爐及附屬設(shè)備不正常輸入；PB3= 1，燃燒經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)置自動(dòng)輸入；PB4= 1，爐膛負(fù)壓系統(tǒng)手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)置自動(dòng)輸入；PB，=1，熱負(fù)荷系統(tǒng)手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)置自動(dòng)輸入；PB6= 1，給水系統(tǒng)手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)置自動(dòng)輸入；PB7=1，總切換開(kāi)關(guān)置計(jì)控輸入。

　　外部時(shí)鐘監(jiān)控微機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括主程序、中斷服務(wù)程序、各計(jì)控量調(diào)節(jié)子程序等。

　　主程序從結(jié)構(gòu)上可分為兩部分，框圖見(jiàn)。第一部分為系統(tǒng)初始化及自診斷；第二部分為開(kāi)中斷、啟動(dòng)外部時(shí)鐘、命令分析執(zhí)行、顯示打印數(shù)據(jù)參數(shù)、報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查、自動(dòng)對(duì)位切換等處理的循環(huán)程序，等待中斷的到來(lái)。

　　主程序框圖本系統(tǒng)設(shè)置有五個(gè)命令鍵：隨時(shí)顯示命令D滾動(dòng)屏幕以整頁(yè)的方式顯示各參數(shù)及輸出值；隨時(shí)打印命令P：隨時(shí)打印各熱工參數(shù)的情況及輸出值大小等；修改時(shí)間串命令T：按T鍵CRT顯示當(dāng)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(fù)零；修改參數(shù)命令鍵S可進(jìn)行PID參數(shù)的重新整定及各設(shè)定值、極限值的修改工作，修改參數(shù)不影響系統(tǒng)的正常輸出。

　　中斷程序是中斷頻率為1Hz.其通過(guò)調(diào)用巡回采樣程序和各調(diào)節(jié)子程序等，完成時(shí)鐘計(jì)時(shí)、蒸汽流量積算、打印/顯示定時(shí)、清外部時(shí)鐘、采樣、調(diào)節(jié)、輸出等功能。

　　根據(jù)給水、燃燒閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)各調(diào)節(jié)子程序進(jìn)行PID運(yùn)算，并對(duì)各種特殊工況給以特殊處理，以保證鍋爐系統(tǒng)始終處于良好運(yùn)行狀態(tài)。PID控制算法的輸入量是偏差e在進(jìn)入正常調(diào)節(jié)后e不會(huì)太大，此時(shí)干擾值對(duì)調(diào)節(jié)影響較大。為消除隨新型抽油機(jī)節(jié)能控制器研制智淑亞高云高安邦了抽油機(jī)的負(fù)荷特點(diǎn)和節(jié)能原理，較詳細(xì)論述了控制器的硬件組成電路，并給出了系統(tǒng)主要軟件程序的流程圖。

　　單片機(jī)控制器占全國(guó)用電量50%以上的交流電動(dòng)機(jī)一般都是按照最大負(fù)載下能正常工作為條件來(lái)選用的。但在實(shí)用中，諸如油田抽油機(jī)卻經(jīng)常在重載、輕載甚至在空載下運(yùn)行，因而電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率低，效率不高，電能的浪費(fèi)十分嚴(yán)重。若能根據(jù)抽油機(jī)負(fù)載變化自動(dòng)改變電動(dòng)機(jī)的端電壓，從而使電動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)，達(dá)到低損耗、高效率節(jié)約電能之目的，其實(shí)用機(jī)干擾影響，除在硬件和環(huán)境上采取措施外，在熱工巡回檢測(cè)子程序中也采取了抗干擾措施。對(duì)于作用時(shí)間短的脈沖式快速干擾及誤碼，采用中值濾波；對(duì)于作用時(shí)間較長(zhǎng)的干擾，采用上下限檢查，發(fā)生越界就報(bào)警。為進(jìn)一步消除多發(fā)性的脈沖干擾，還用了算術(shù)平均法濾波。由于煙氧量檢測(cè)變送裝置易不穩(wěn)定和產(chǎn)生失真對(duì)其信號(hào)加了程序限幅濾波。

　　在各調(diào)節(jié)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(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

　　4結(jié)束語(yǔ)該系統(tǒng)屬技改項(xiàng)目已在河南省商丘永和鋁業(yè)公司自備電廠鍋爐上投入運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果：系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，控制比較合理，節(jié)煤效果良好，熱效率提高5.5%以上，自動(dòng)化程度較高，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。