锅炉进水流量控制系统设计.docVIP

1 绪 论 1.1 锅炉进水流量控制系统设计的背景 锅炉由汽锅和炉子组成。炉子是指燃烧设备，为化石燃料的化学能转换成热 能提供必要的燃烧空问。汽炉是指加热设备，为汽水循坏和汽水吸热以及汽水分 离提供必要的吸热和分离空空间。 锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储的化学能转换成水或水蒸 气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活都能扮演着极其重要的角 色。它己经有二百多年的历史了，但是锅炉工业的迅猛发展却是近几十年的事情。 国外的锅炉控制工业 50~60 年代发展最快。70 年代达到高峰。我国的锅炉工业 是在新中国成立后才建立和发展起来的。从其在生产和生活中所起的作用不同， 锅炉可分为电站锅炉，主要用于发电；工业锅炉，主要用于直接供给工农业生产 或驱动机械能源；生产锅炉，主要用于为居民提供热水和供居民取暖。 从系统上看，锅炉主要包括燃料燃烧系统、送引风系统、汽水系统和控制系 统。针对本次设计，主要是分析和设计出控制系统，为以后研究锅炉整个系统打 下坚实基础。所谓控制系统，是锅炉安全可靠经济运行的保证。主要包括燃烧控 制系统，给水控制系统，气温控制系统和辅助控制系统。由于时间有限，本次设 计又仅仅研究给水控制系统，预期设计内容为利用可行的传感器，设计锅炉进水 流量控制。进水管道为一长 10 米的直管道，DN 为 25，选择合理的传感器，执 行器和控制器，对锅炉进水流量进行控制，使流量稳定在 0.8m3 /h。 单片机是一种集 CPU、RAM、I/O 接口和中断系统等部分于一体的器件，只 需要外加电源和晶振就可以实现对数字信息的处理和控制。因此，单片机广泛用 于现代工业控制中。单片机具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和 灵活机动等许多优点，因此如果能利用单片机进行控制，将会大大提高测量和控 制的可靠性和灵活性。 1.2 本设计特点 本文采用单片机作为闭环控制核心进行设计，使锅炉进水流量控制系统更可 靠、更灵敏、更灵活的运行，更具有应用价值。本文重点论述了锅炉进水流量控 制系统的控制电路、硬件设计及软件实现。从设计要求角度考虑，该控制系统要 具有以下功能和特点： ①系统选取了恰当的传感器，通过适当的设计达到预控制目的； ②提供适合的接口，实现系统设计可接插； ③使得进水管道为长 10 米，DN 为 25 的直管道内液体流速稳定在 0.8m3/h； ④设计提供实时流速显示界面。 即该系统应具有可行的检测传感器、合理的控制器和方便可控的控制器。 2 总体方案设计 2.1 设计思路 本设计系统硬件框图如图 2.1 所示，采用单片机 STC89C52 作为主机，由 流量传感器测量管道内液体的流速并转换成相应的脉冲信号，经过前向整形通道 处理后，由单片机 I/O 接口读入 CPU，CPU 进行数据处理，处理后的数据，一 方面送 LED 数码管显示，另一方面检测与预设定的流速进行比较，并判断是否 达到预设流速，通过单片机处理，然后将结果经过驱动电路驱动执行器电动阀做 出相应的动作，使液体流速达到预期目标。 流 锅 速 电 传 动 感 阀 炉 器 单 片 机 2.2 方案选择 图 2.1 系统结构框图 2.2.1 流速检测传感器的选择 方案一：涡轮流量传感器 LWGY-25 。涡轮流量传感器是一种精密流量测量 仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。广泛用于石油、 化工、冶金、科研等领域的计量、控制系统。配备有卫生接头的涡轮流量传感器 可以应用于制药行业。 方案二：电磁流量传感器 DN25。电磁流量传感器是根据法拉第电磁感应定 律设计的，在测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极，当 导电液体沿测量管在交变磁场中，与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁 力线产生感应电动势，此感应电动势由测量管上的两个检测电极检出。用公式表 示：E=KBVD。 方案三：流量传感器 RG-1。流量开关由磁芯、复位弹簧、外壳和传感器组 成。当液体通过传感器时驱动磁芯动作，引起开关动作。传感器外壳有不同材质 的材料可供选择，磁控开关则为进口元件。流量传感器用于电热水器、太阳能热 水器、空调器以及其他水系统的水循环控制、进出水控制、水加热控制、水泵开 关控制、电磁阀通断控制或出水断电、出水通电控制等。 结合以上 3 种流量传感器的特点及性价比，本次设计最终选定方案三：流量 传感器 RG-1，因为方案一、二的价格分别在 650 元和 3000 元不等，价格昂贵， 体积也叫笨重。流量传感器 RG-1 价格便宜（35 元），体积小，使用方便，精度 高。 2.2.2 核心执行器电磁阀的选择 电磁阀是用来控制流体方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械 控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达