基于单片机的供暖锅炉控制系统设计.doc

目 录

1 绪论............................................................................................................................1

2 系统总体方案............................................................................................................1

2.1 系统结构框图 ......................................................................................................1

2.2 系统设计方案 ......................................................................................................2

3 系统硬件配置............................................................................................................3

3.1 单片机配置..........................................................................................................3

3.2 温度传感器配置..................................................................................................4

3.3 变频器配置..........................................................................................................5

4.2.2 风机、循环泵软件控制流程.................................................................................9

4.3 水位控制系统......................................................................................................9

4.3.1 水位控制硬件电路.....................................................................................10

4.3.2 补水泵软件控制设计流程.........................................................................11

4.4 压力控制系统....................................................................................................11

4.5 自动报警电路....................................................................................................12

4.6 手动按键控制路................................................................................................12

4.7 显示部分电路 ....................................................................................................13

4.8 电气控制电路 ....................................................................................................13

5 结束语......................................................................................................................15

随着社会经济的飞速发展，人们生活水平的不断提高，对城市生活供暖的数

量和质量提出的要求越来越高。由于传统的控制方式调节精度差，自动化程度低，

系统稳定性差，锅炉运行耗能大，并且存在安全隐患等缺点，所以现代锅炉运行

方式需要改进。

我国的锅炉目前以煤为主要燃料，耗煤量接近全国煤产量的三分之一。在欧

美和日本等发达国家，石油和天然气已成为第一能源，占能源消费的 60%左右，

燃油和燃气锅炉已逐步取代燃煤锅炉，对风机和水泵等电机的变频控制已相当成

熟。自 20 世纪 90 年代以来，随着大型可编程控制器、单片机的出现和模糊控制、

自适应控制等智能控制算法的发展应用，锅炉控制水平大大提高。国内对锅炉控

制的研究起步较晚，始于 80 年代初期。尽管对锅炉控制的研究和推广已取得了

能也更稳定；采用光电对管测控水位，可有效保证水位的自动控制，能更好地对

锅炉进行自动化控制；通过对环境温度、水位信号的采集，输入单片机进行内部

程序运算，输出结果控制变频器组，从而实现对循环泵、风机、补水泵等部件的

自动控制，达到节能的目的；用压力传感器检测锅炉内压力，通过模数转换把信

号送入单片机中，由单片机进行程序运算控制电磁阀动作，实现锅炉安全运行。

控制电路中加入手动按键控制和实时显示功能，使锅炉操作、维护更加方便、灵

活。通过微机实现燃烧与给水系统的自动控制与调节，将保证锅炉正常供气供暖，

使系统安全、经济运行。

2 系统总体方案

2.1 系统结构框图

2.2 系统设计方案

锅炉风机的作用在于通过控制锅炉燃烧室的空气流通速度来控制锅炉出水

温度，因此，对锅炉风量受控参数的调节及其重要。一般有两种调节方式：风板

调节和变速调节。风板调节通过调节挡风板的开度或利用滑差电磁调速来实现，

这种控制方式操作不方便，而且风机效率较低，造成电能大量浪费。变频调速具

有性能平稳、控制精度高、高效节能等特点。

(1) 本设计用数字温度传感器采集锅炉热水出口处的温度，与单片机内设定

温度相比较后输出一个信号控制变频器的输出状态，从而使锅炉风机转速随水温

的变化而变化。风机变频控制原理图如图 2 所示。当水温低于预设温度时，风机

转速快，加快了锅炉内燃烧室内空气流通速度，炉内火焰加旺，从而使水温升高；

个信号控制变频器的输出状态，从而使循环泵转速随环境温度的变化而变化。循

环泵变频控制原理图如图 3 所示。当环境温度较低时，循环泵转速加快，减少了

管内热水在环境中的冷却时间，环境温度升高；反之亦然

方面的优越性能可以解决水压控制系统存在的以上问题。考虑选用单片机构成的

系统都能达到较好的控制效果。锅炉水位控制是在锅炉内不用水位处安装传感器，

根据不同的水位来控制变频器数字量的输入从而控制补水泵的动作。

（4）锅炉正常安全运行，炉膛负压是一个重要的参数。本系统采用在炉膛

内放置压力传感器，其采集信号与单片机内预存最大值信号相比较，当压力过大

时，开启泄压阀，从而保障锅炉安全运行。

（5）附属电路包括故障报警部分和显示部分和按键控制部分。当风机控制

部分、补水泵部分、循环泵部分等出现故障时，报警系统报警。而且报警系统设

置的是声光报警，使维修人员容易区分哪部分出现了问题，以便及时维修。 显

示部分可实时显示管道水温、环境温度、和锅炉内压力值。多功能控制按键，通

系统。

3.1 单片机配置

AT89S51 是 一 个 低 功 耗 ， 高 性 能 CMOS 8 位 单 片 机 ， 片 内 含 4k Bytes

ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器

件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令

系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单