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基于STC单片机的锅炉防爆控制系统的设计侯昭武,包敬海,李尚平

时间:2017-10-19  来源:本网  浏览次数:257

  检测与仪表化工自动化及仪表,2010 37(2)者是比较常见的类型。为了保护企业经济利益和职工的人身安全,根据目前生活锅炉、工厂小锅炉防爆设置简单的问题,设计一种低成本、高可靠的锅炉防爆控制系统。①2硬件组成21系统需求分析由于生活锅炉、工厂小锅炉的炉壁耐压不高,当锅炉水位过低或者炉内气压过高时,如果报警失灵,很容易造成爆炸。因此,为了提高防爆能力,首先要在硬件上不能只监控锅炉中的某个因素,而应该充分利用各种传感器对锅炉的水位、温度、气压等进行监控;其次,在出现爆炸前,系统应该通过电磁阀、继电器等多种处理方式进行加水动作或者关闭电源,确保锅炉的安全;再次,系统的易用性、人性化功能一定要做好,充分利用各种声、光进行提示报警;另外,系统应具备多级档位,既能满足耐压能力不同锅炉的需求,也适应由于使用的年限增加而逐渐老化的锅炉的设置。

  22主要部件的选择目前,在工业控制、智能器表、机电产品、家用电器、通信工程等领域中,广泛采用以单片机作为系统的控制核心。利用单片机可以设计结构简单、可靠性高、各部件连接紧密、便于安装维护的系者,它兼容传统51的资源和程序,具有容量大、低功耗、抗干扰能力强,在工业控制中效果较好。该系统选用SR89C516RD+相比常规的51单片机的ROV和RAM只有4KB和128BSX89C16RD+的内部集成了64KB闪存和1280BSRAM在设计复杂系统时无需扩展外部存储器,优势明显。

  与普通的压力传感器不一样,本系统要面向的是高温环境下的锅炉,辐射换热比例较大,因此选用P112电压型蒸汽锅炉压力传感器。P112压力传感器采用刚性杆、膜片隔离结构,稳定性强,能有效地消除高温压力传感器的缺陷。SD760具有60的录放时间,与单片机通过串行连接,大大节约了单片机的引脚资源,非常适合本系统的需求。

  在遇到缺水、过压等情况,系统自动控制电磁阀进行加水控制。如果遇到电磁阀失灵等情况,造成故障仍然无法解决,那么,系统将通过继电器,关闭鼓风机、锅炉送煤电动机的电源,确保锅炉的安全。

  另外,由于单片机的扩展能力有限,系统采用可编程接口扩展芯片8255A9将多个部件与SIC89C516RDf相连,增加系统的扩展能力。

  23硬件组成框图根据前面的分析,可以得到锅炉防爆控制系统的基本硬件组成框图,如所示。另外,在实际电路中,还需要12V与5V稳压电源等相关电路。

  锅炉防爆控制系统的硬件组成框传感器控制电路31压力传感器的安装与控制锅炉防爆控制系统中设置了两个P112,其中用于压力传感的称为PT112A用于水位检测的压力传感器称为P112B在安装、控制FT112M,首先要将它安装在锅壁上,选择输出电压为0~5V量程为0~l~30MPa工作温度为一10~200~450°C,供电电压为6V负载阻抗大于50妈绝缘电阻大于2000M2.由于测量的对象是生活锅炉和工厂小锅炉,测量值不大,因此用IA220放大器把测量到的数据进行放大。如所示,检测到的信号从3220的10脚输入,经内部比较放大后从13脚输出。输出信号经水等动作。

  2水位传感器把FT112B安装在锅炉的底部,同理,检测到的信号从IA220的10脚输入,经内部比较放大后从5脚输出。输出信号经A/D转换后,从SIC89C516RD+勺玖1脚输入,经过计算获得水位的高度。计算水位的公式,如使得三极管Q导通,电磁阀K运行,开始加水动作。加水动作后,如果水位传感器发现水位进入安全状态,则加水控制输入信号为低电平,Q!截止,电磁阀停止工作,加水结束。

  炉膛空气控制电路图停止―m切断炉膛空气‘锅炉安全得到保障此他〃st'89C51,结束片选邮⑷停止工作cnkinet I加水拧制输入Q1水位控制电路原理图根据电磁阀的功率,设置每次加水动作为30S核心程序如下。

  //watewam为最低水位,watrlve为当前水位//加水控制信号设为高电平,Ql导通,电磁阀工作开始加水//如果加水动作后仍然没有进入安全状态则继续下一个加水动作/伽水控制信号设为低电平,Qi截止,电磁阀关闭加水结束2炉膛空气控制气化炉蒸汽控制保护是采用停掉煤烧嘴的方法,焦炉的加热、燃烧、集气管压力均采用智能控制,对于生活锅炉控制是相仿的。如果遇到电磁阀失灵或者其他意外情况,造成加水后仍然无法解除危险,此时就可以启用继电器控制鼓风机,减少炉膛空气,使得燃烧逐渐停止,温度和气压随之下降。

  其原理图如所示。

  图中的鼓风机控制输入信号从SIC89C16RD+的P26脚输出,平时处于低电平,Q导通,继电器K2工作,鼓风机运行,锅炉处于正常工作状态。反之,当需要关闭鼓风机时,P26输出高电平,继电器43送煤电动机的控制如果加水动作、控制炉膛空气都无法解除故障,则系统调用后备措施,通过SK89C516RD+勺P27脚输出高电平,通过继电器切断传送煤炭的电动机的电源。此时,锅炉失去燃料,自然停止工作并进入安全状态。其原理和控制炉膛空气相同,在此不再赘述。

  5安全提示设置51字符提示首先,在程序中建立字符提示的数组,存储“压力过大,危险”、“温度过高,危险”等提示信息。当SIC89C16发现一个或多个传感器检测到锅炉进入危险状态后,在进行处理动作时,还将相应的提示信息送到HD44780液晶芯片显示。

  2语音提示为了方便用户使用,系统增加了语音提示功能。

  首先,通过GOdwaveCldi等音乐制作软件,以分段模式录制数字0~9、“正常”、“水位过低,危险”

  等提示信息。然后,将声音文件通过编程器写入SI76Q在系统需要时,SK89Cl6R>f通过串行接口调用1760的相应信息,输出到扬声器,实现语音提示。以下为IS1760播放指定地址的子程序。

  /定义播放函数,StrAddr和EndAddi分别为播放的开始地址和结束地址3LED是示为方便管理人员远距离观察,系统提供三个颜色不同的IED指示灯:绿色表示锅炉安全;黄色表示系统正在进行加水、控制鼓风机、控制送煤电动机等处理动作;红灯表示系统处于危险状态。

  54扬声器提示其实,不管是语音提示,还是LED提示,由于功率和使用习惯等因素,最容易引起人们注意的还是扬声器。因此,系统提供一个功率较大的扬声器,使之在系统处于危险状态时发出警报。

  6程序设计1多级档位控制的程序设计目前的锅炉控制系统功能比较简单,难以满足耐压能力不同的锅炉的需求,也很少提供为逐渐老化的锅炉降低最高耐压数值的功能智能化程度不高。

  首先,从安全角度出发,根据生活锅炉和工业小锅炉的耐压值,系统设置了九个级别,分别是1、25、102050100200300MPa当系统初始化时,默认的安全级别为iMPa用户可以通过键盘模块1~9的数字键,设置锅炉的档位,如1MPa对应按键1其他级别依次类推。

  其次,对于锅炉的老化问题,系统提供老化系数dgae默认数值为0表示全新。随着锅炉由于使用年限的增加而逐渐老化,用户可以通过键盘上1~9的数字键设置01~Q9的老化参数值。

  根据以上设计思路,不难编写出控制程序。其核心部分如下:/定义数组,存储9个档位的压强数值/定义数组,存储老化系数/冲断口NT)响应键盘中断,此处程序省略//假设通过键盘扫描,检测到用户设置耐压档位为1=2对应安全级别为5MPa1=Keyan)//假设通过键盘扫描,检测到用户设置老化系数为=3对应老化系数为03Keyan)//当检测到的压强值Pa大于5MPaX(1一3)=35MPa则启动电磁阀,给锅炉加水通过以上的分析可以画出系统程序的基本流程,如所示。

  7结束语利用温度传感器、压力传感器和水位传感器对锅炉进行温度、压力与水位监测,采用STC9C16RDf单片机控制电磁阀、继电器控制水位、炉膛空气和送煤电动机,设计多级档位管理的智能锅炉防爆控制系统。运用H44780液晶芯片、S17语音芯片、IED和扬声器,对锅炉缺水、超压、超温等危险进行字符、语音提示,提高锅炉运行的可靠性和安全性。该锅炉防爆控制系统经安装在某高校饭堂使用,易用性好,安全稳定,效果理想。

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