工业锅炉的控制新版系统开题报告.doc

理工学院
毕业设计(论文)开题报告

题 目： 工业锅炉温度控制系统

学生姓名： 朱立君 学 号： 11L0851134
专 业： 电气工程及其自动化
指引教师： 杨国福（副专家）

3 月 23 日

1.文献综述：
锅炉汽包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运营重要指标，温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续过热器管壁结垢，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；温度过低又将破坏某些水冷壁水循环不能满足工艺规定，严重时会发生锅炉爆炸。特别是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内水所有汽化，导致重大事故。因而，在锅炉运营中，保证温度在正常范畴是非常重要。由于锅炉温度控制系统很难用数学方式建立模型，因此对锅炉温度控制技术研发及应用至关重要。因而设计一种较为抱负温度控制系统是非常有价值。下面对几种惯用温度控制技术做简朴分析。
（1）基于PID锅炉温度控制系统
PID控制是迄今为止最通用控制办法之一。由于其可靠性高、算法简朴、鲁棒性好，因此被广泛应用于过程控制中,特别合用于可建立精准数学模型拟定性系统。PID控制效果完全取决于其四个参数,即采样周期ts、比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。因而,PID参数整定与优化始终是自动控制领域研究重要课题。PID在工业过程控制中应用已有近百年历史，在此期间虽然有许多控制算法问世,但由于PID算法以它自身特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。在PID算法中，针对P、I、D三个参数整定和优化问题成为核心问题。
该系统一方面通过热电偶传感器监测锅炉温度，收集信息通过A/D电路送给PLC控制器，PLC因而做出计算，并判断锅炉温度，当温度处在上升状态时，就会继续加热，当温度处在稳定状态时PID会计算并输出控制信号，PLC传送信号给PC机，系统因而做出高温显示并发出警报。
PID控制是工业过程控制中最惯用一种控制办法,但常规PID控制在被控对象具备复杂非线性时,如锅炉温度控制,不但具备较大纯延迟,并且模型也不拟定期,对于这种对象往往难以达到满意控制效果.BP神经网络PID控制具备逼近任意非线性函数能力,通过神经网络自身学习,找到最佳组合PID控制参数,以满足控制系统规定.
（2）基于DDC锅炉温度控制系统
直接数字控制DDC系统是工业生产计算机控制系统中用得做广泛一种系统应用形式。此类系统中计算机除了通过输入通道对各种工业过程参数进行检测采集外，它不容代替模仿调节系统中模仿调节器，按预定调节规定进行调节运算，然后将运算成果通过过程输出通道输出并作用于执行机构，以实现多回路调节目。系统中除了输入和输出通道外,普通尚有一种功能较强控制操纵台,在操纵台上可调节被控参数给定值、显示或打印采样值、声光报警装置也在操纵台上。DDC系统不但可对一种回路进行控制，并且通过采样实现对各种回路控制。此外，DDC系统只要变化程序，还能实现串级，前馈等复杂控制，直接数字控制系统可实现常规PLD(比例、积分、微分)调节,也可实现其他复杂或先进调节规律,调节规律变化只需控制软件。不同是硬件某些除按需恰当增减通道数量外,普通不需作大变动，因此使用比较灵活，DDC系统是一种“在线”半环控制系统。 
微机DDC系统结生产过程关于参量进行控制时,是以定期采样和阶段控制来代替常规仪表持续则是和持续控制。因而,拟定适当采样周和A/D、D/A、转 换 器 字 长 是 提 高系统控制精准,减少转换误差核心。 
微机DDC系统分时控制方式 一台微机DDC系统要控制各种回路。在每一种回路，微机要完毕采样和A／D转 换 ,运 算 ,输出控制信号3个某些工作。为此，微机DDC采用了分时控制办法。
  控制规律是一种控制系统性能优劣核心依照控制规律制定控制算法,是微机DDC系统对生产对象实行控制运算根据。随着控制理论和微机技术奔腾发展，老式DDC系统功能也不断扩大,应控制规律和控制算式不断浮现.依照控制对象不同,当前微机DDC控制方式,有简朴,有复杂,从单参数定值控制到多参数有关控制,以至最优最佳控制等等，其控制功能已远远超过了初期PID控制范畴,尽管如此,PID控制某些基本理论依然是分析DDC系统控制规律基本,PID控制规律依然在相称多生产现场使用并能得到较为满意效果,因此直到当前,PID仍是一中最基本控制规律.随着生产发展和工业自动化提高,较简朴单回路参量PID闭环已不能满足更高规定系统需要，因此，在微机DDC系统中惯用到多参量控制如串级控制、比值控制、选取性控制、前馈控制等控制方式。现场模仿量信号通过变送器转换成0-10mA.DC或4-20Ma.DC或0-5V.DC模仿量信号，通过关于端子输入计算机A/D板，或电阻信号通过电阻信号转换板与其他现场毫伏信号进入信号调理板，再输入A/D板，经A/D转换后以实际工程量屏幕显示气包水位、蒸汽压力等影响工业锅炉运营安全性、经济性重要参数以及给水调节阀位、给煤机构转速等执行机构位置信号，这些信号用来控制、打印制表、数据存储、经济量累积核算等。对工业锅炉重要参数进行直接控制是微机DDC控制重要功能之一。

参照文献
[1].杨国强.  基于模糊自适应控制锅炉温度控制[J]. 轻工机械. (02)
[2].周天沛,孙伟.  基于粒子群模糊规则优化水煤浆气化炉温度控制系统[J]. 计算机测量与控制. (04)
[3]. Ajay Pratap Singh，Samrat Mukherjee，Michael Nikolaou. Debottlenecking level control for tanks in series[J]. Journal of Process Control，，24(3)..
[4] Christopher Basting，Dmitri Kuzmin. Optimal control for mass conservative level set methods[J]. Journal of Computational and Applied Mathematics，.
[5].殷建华,张国斌,杜荣华,李民.  基于规则模糊专家控制在火电厂过程控制中应用[J]. 内蒙古电力技术. (06)
[6].张敏.  基于PLC技术电阻炉温度控制系统设计[J]. 科技风. (11)
[7]. 王本琪.  基于组态王PLC锅炉温度控制系统设计[D]. 中华人民共和国海洋大学
[8].刘志.基于PLC电阻炉温度串级控制系统设计[J].工业控制计算机.(01)
[9]. 段江霞.  模糊PID控制在大惯量时滞温度控制系统中应用研究[D]. 兰州大学 
[10].高小凤.  电阻炉温度控制算法研究与应用[D]. 太原科技大学

２．本课题要研究或解决问题和拟采用研究手段及途径：
（1） 研究或解决问题
a 理解工业锅炉温度控制系统控制流程，对系统各个某些进行分析，完毕对方案整体设计。
b 依照分析及实际状况设计系统硬件某些，涉及单片机、温度采集电路、键盘和显示电路、电源模块、驱动电路、报警电路。
c 在硬件基本上设计出软件某些，涉及主程序模块、A/D转换模块、按键扫描及解决模块、LED显示模块、加热执行模块和PID算法模块等。
（2）拟采用研究手段及途径
a 收集资料，研究并设计出总体方案。
b 依照方案和设计规定完毕工业锅炉温度控制系统模型并拟定各某些参数。
c 依照方案和设计规定设计硬件电路各个模块。
d 依照流程图进行程序编写，并对各模块进行编程、调试，再对整体系统进行调试。
（3）硬件系统
本设计系统硬件重要涉及单片机、温度采集电路、键盘和显示电路、电源模块、驱动电路、报警电路、升降温装置等。
a 单片机
采用ATMEL89C51单片机，AT89C51单片机是一种低功耗、低电压、高性能片内具有4KB快闪可编程/擦除只读存储器八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储编程器对程序存储器重复编程。
b I／0通道硬件电路设计
就本系统来说,需要实时采集锅炉温度数据,然后通过A／D转换为数字信号,送入单片机中特定单元,然后一某些送去显示;另一某些与设定值进行比较,通过PID算法得到控制量并经由单片机输出去控制电热锅炉加热或降温。
c 温度采集电路和控制电路
为了达到测量高精度规定，AD转换器选用高精度12位AD574A。温度传感器选用AD590,AD590具备较高精度和重复性(重复性优于0.1℃,其良好非线形可以保证优于0.1℃ 测量精度,运用其重复性较好特点,通过非线形补偿,可以达到0.1℃测量精度.)超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度一电压信号进行放大,便于A／D进行转换,以提高温度采集电路可靠性。
控制电路某些采用PWM控制可控硅通断以实行对锅炉温度持续控制。由 PID 输出调节PWM脉冲占空比，PWM脉冲作为单片机输出控制固态继电器开通或关断，以调节电阻丝加热限度，从而实现温度控制。
d 显示模块
本系统显示电路是由三个译码驱动芯片CD4511和三个LED（数码管）显示屏构成。
e 电源模块
电源模块由220V交流电源经电磁干扰滤波器、电源变压器、整流滤波器和三端集成稳压器7805，提供5V电压给单片机和传感器。
f 驱动电路
驱动电路采用继电器驱动方式，继电器采用增强型固态继电器H220D15，其内部采用光电隔离方式。
g 报警设备
用无源扬声器作为系统异常工作时候报警器使用。有晶体管和扬声器构成。
h 温度升降装置
设计复位键、运营键、功能转换键、加一键、减一键。

AT89C51
单
片
机
温度采集
工业锅炉
控制电路
温度显示
报警设备
键盘控制
传感器

（4）软件系统
软件设计涉及主程序、A/D转换、按键扫描及解决模块、LED显示程序、加热执行模块和输出控制子程序等。
主程序设计涉及初始化、初值设定程序、键盘扫描、温度显示等。
初值设定程序完毕对温度初值设定，通过A/D转换装置将读取到数据通过LED显示出来，输出控制子程序通过判断完毕对输出控制。

开始

初始化
启动温度装换并显示
温度值超过
预设值
继电器断开发出警报
延迟
继电器闭合并停止警报
Y
N

指引教师意见：

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