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锅炉温度系统的设计
综述
锅炉汽包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标,温度过高,会使蒸
汽带水过多,汽水分离差,使后续的过热器管壁结垢,传热效率下降,过热蒸汽温度下
降,严重时将引起蒸汽品质下降,影响生产和安全;温度过低又将破坏部分水冷壁的水
循环不能满足工艺要求,严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉,一旦控制不当,容
易使汽包满水或汽包内的水全部汽化,造成重大事故。因此,在锅炉运行中,保证温度
在正常范围是非常重要的。
本文设计了一种数字式锅炉温度控制系统,并给出了硬件原理图。该控制系统是用
MCS-51 系列单片机及其相关硬件来实现,利用传感器测量温度数据、CPU 循环检测传
感器输出状态,并用光柱和 LED 指示温度的高度。当锅炉温度低于用户设定的值时,系
统自动打开燃料通道,当温度到达设定值时,系统自动关闭燃料通道。通过定量的计算
表明该控制系统设计合理、可行。
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锅炉温度系统的设计
一.系统总体设计
1.1 系统总体设计方案
设计框图如下所示:
图 1-1 系统框图
1.2 单元电路方案的论证与选择
硬件电路的设计是整个实验的关键部分,我们在设计中主要考虑了这几个方面:电
路简单易懂,较好的体现物理思想;可行性好,操作方便。在设计过程中有的电路有多
种备选方案,我们综合各种因素做出了如下选择。
1.2.1 温度信号采集电路的论证与选择
采用温度传感器 DS18B20
美国 DALLAS 公司的产品可编程单总线数字式温度传感器 DS18B20 可实现室内温
度信号的采集,有很多优点:如直接输出数字信号,故省去了后继的信号放大及模数转
换部分,外围电路简单,成本低;单总线接口,只有一根信号线作为单总线与 CPU 连接,
且每一只都有自己唯一的 64 位系列号存储在其内部的 ROM 存储器中,故在一根信号线
上可以挂接多个 DS18820,便于多点测量且易于扩展。
DS 18 B2 0 的测温范围较大,集成度较高,但需要串口来模拟其时序才能使用,故
没有选用此方案。
计算机控制
温
度
信
号
采
集
电
路
温
度
控
制
接
口
电
路
继电器控制
与加热电路
继电器控制
与降温电路
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锅炉温度系统的设计
1.2.1 输入输出通道及其接口设计
1)温度检测模拟输入通道设计
图 1-2 输入通道原理图
设 V/F 变换器的额定输出频率为 F,计数器对输出脉冲的计数时间为 Ts,A/D 转
换结果的分辨率为 i,则有:
取 Ts=1s,则在 V/F 的输出频率范围 0~10kHz 内,可以得到 13 位的 A/D 转换
结果。
2) 晶闸管数字触发输出通道设计
晶闸管的工作方式有:调压方式; 调功方式
调压方式:是通过利用移相触发脉冲调节晶闸管的导通角,使输入到电加热元件的
电压改变,达到调节用电器的输入功率,来实现控制目的 。
图 1-3 调压方式原理图 图 1-4 波形图
调功方式:触发电路采用的是过零触发方式,外加正弦电压过零时控制信号才使晶
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锅炉温度系统的设计
闸管的触发导通,则负载上得到的电压是一个正弦波。
调功方式输入电炉的平均功率为:
P——输入电炉的功率;R——负载有效电阻;U——电网电压 ;n——允许导通的波
头数;N——设定的波头数。
当 n=0 时,电炉的输入功率为零;
n=N 时,电炉的输入功率为满功率。
由以上分析可得晶闸管数字触发输出通道设计
图 1-4 过零检测同步脉冲电路
图 1-5 波形图
3) 拨码盘给定输入通道
拨码盘作为数字量的输入设备,设定和修改码盘值可作为控制系统的给定值。输入
非数字信息时,需要事先将非数字信息转换为数字代码,再由拨码盘输入。
4) 数码显示输出通道 包括: 数字量输出接口电路;锁存译码驱动电路;七段数码管显
示器。
5) 打印机输出通道 包括: 系统配置了通用打印机接口电路; 打印内容包括表头、制表、
采样数据和采样时间。
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xzy891227
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