基于89S51单片机的锅炉给水控制系统*

摘要锅炉是现代工业、企业、事业单位工作和生产的动力之源，为确保安全，稳定生产，锅炉的自动控制是十分重要的。而汽包水位是锅炉运行中一个非常重要的被控变量，保证水位在给定范围内对整个机组运行的安全性和经济性有着重要意义.本文针对大容量，高参数的锅炉，通过分析锅炉给水系统的控制任务和汽包水位的动态特性，以及常用的控制方案，提出了基于89S51的水位控制系统，并根据控制要求设计了软件方案。通过对水位的实时监控和调节，将汽包水位控制在工艺允许的范围之内。本系统控制精度高，可操作性强，安全性高。

关键词锅炉给水；汽包水位；89S51单片机

中图分类号 TP29文献标识码Adoi:10.3969/j.issn.1003-6970.2011.01.019

Application of 89S51 Single Chip Computer in Water-Supply Control System of Boiler

ZhangRui1XiaLu-yi2

1(Taiyuan University Of Technology,Taiyuan 030024,China)

2(Taiyuan University Of Technology,Taiyuan 030024,China)

【Abstract 】The boiler is the source of power of running and producting for modern industry,enterprise and institutions.The auto-control is quite important to ensure the production and security.And the steam bag water level is one of the important variables to be controlled in the whole running process of the boiler.What’s more,ensuring water level in the given range takes an important part for the safty and economy of the set。For the high capacity and parameter boilers,through analyzing the control assignment of water-supply system of boiler and the dynamic charateristics of steam bag water level, this paper designs a water level control system based on 89S51 single chip computer and software projectbased on the need of the control.The system can control steam bag water level in the technological range through real-time monitoring and regulating the water level,and offer high accuracy, operability and security.

【Key words】water-supply of boiler,;steam bag water level; 89S51 single chip computer

0 引言

汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。汽包水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果是过热器受热面结垢导致过热器烧坏，影响机组运行的安全性和经济性：汽包水位过低，可能是锅炉水循环工况破坏，是水冷壁管供水不足而烧坏[1][6]。可见，对于高参数，大容量的锅炉，给水系统采用自动控制室必不可少的。控制汽包水位在正常的范围内，可以保证锅炉的安全运行，进而减轻工作人员的劳动强度。

1给水系统的控制任务及对象的动态特性

1.1给水控制系统的控制任务

（1）通过控制锅炉给水流量的大小，来保证汽包谁在正常的范围内变化。

（2）保证给水流量的稳定性。

1.2汽包水位的动态特性

影响汽包水位变化的因素[1][6]主要：蒸汽流量D，给水流量W，汽包压力等。

（1）给水流量W扰动下的水位特性

由响应曲线图1可知，水位的特性是有延迟，惯性，无自平衡能力。

其传递函数[1]为：

H——实际水位的响应曲线；

H1——仅考虑锅炉贮水量变化的水位响应曲线；

H2——仅考虑锅炉内工质容积溶剂变化引起的水位变化曲线。

（2）蒸汽流量D作用下的水位特性

由响应曲线图2可知，水位的特性有两部分叠加而成：H=H1+H2.。其传递函数[1]为：

OD（s）=

其中：K2——H2的放大倍数

T2——H2的时间常数

H——实际水位的响应曲线；

H1——仅考虑锅炉贮水量变化的水位响应曲线；

H2——仅考虑锅炉内工质容积溶剂变化引起的水位变化曲线。

2给水控制方案

根据以上对汽包水位在各种干扰下动态特性的分析，水位控制系统通常采用如图3的三冲量的串级控制系统[1][2][5]。这三冲量分别是：汽包水位H，蒸汽流量D，给水流量W。其中，汽包水位H为主被调量，PI1为主调节器，来消除水位的偏差。PI2为副调节器，蒸汽流量D为前馈信号，用来消除虚假水位对系统的影响。给水流量W为辅助被调量，可以快速消除给水测的扰动。根据三冲量的综合作用，来调节给水阀的开度，从而将水位控制在设定值。

H—水位测量值；H0—水位设定值；W—给水流量；D—蒸汽流量。

389S51单片机水位控制系统的实现

3.1硬件实现

硬件部分包括控制器89S51[3]，输入模块，输出模块，键盘显示模块。

3..1.1 输入模块

如图4所示，输入通道采用ADC0809[4]对汽包水位，蒸汽流量，给水流量进行采样，将采样数据转化为数字量，在89S51通过译码器74LS138[4]选通扩展I/O芯片8255A后，其P0口作为输入口接收由8255A[3],[4]输入的数字量。

3..1.2 输出模块

如图5所示，89S51通过译码器选通DAC0832[4]后，P0口作为输出口输出控制信号，DAC0832将控制信号转化为电压信号，来控制给水调节阀，从而调节给水流量，进而将汽包水位控制在设定值。

3.2软件设计

软件部分主要包括主程序和中断服务程序。

3.2.1 主程序

主程序包括89S51的初始化，8255A的初始化，ADC0809和DAC0832的启动，以及PID控制算法，流程图如图6。

3.2.2 中断处理程序

中断处理程序主要是ADC0809的转换程序，采取3个通道的分时转换。8255A的C口的PC0，PC1，PC2连接ADC0809的地址线A，B，C，选通要转换的通道。PC7连接转换结束信号EOC，通过检测PC7是否为1来判断是否转换结束。流程图如图7。

4结束语

本文针对大容量，高参数的锅炉，通过对给水系统控制任务和控制对象动态特性的分析，采用89S51单片机作为控制器， ADC0809接收传感器送来的三冲量，传换成数字量，通过I/O接口芯片8255A发送到89S51，控制器经过PID控制算法得到控制信号，DAC0832将来自8255A的控制信号转化为电压信号，来驱动执行机构，改变水位的大小。采用89S51单片机使该水位控制系统可以保证系统的安全运行，减轻了运行人员的工作强度。

参考文献

[1]张丽香，王琦．模拟量控制系统［M］．北京：中国电力出版社，2006．

[2]方康玲，过程控制系统［M］．武汉：武汉理工大学出版社，2007．

[3]江力，单片机原理与应用技术［M］．北京：清华大学出版社，2006．

[4]周荷琴，吴秀清．微型计算机原理与接口技术［M］．合肥：中国科学技术大学出版社，2004.

[5]金以慧，过程控制［M］．北京：清华大学出版社，1993．

[6]罗万金，电厂热工过程自动调节［M］．北京：水利电力出版社，1991．

作者简介: 张瑞（1986---），女，硕士研究生，,主要研究领域为控制理论与控制工程，研究方向为单片机与嵌入式系统的开发，熟练掌握51单片机的原理，能够用Protel软件来进行硬件电路板的连接，并用Keil-C51软件进行软件的编程。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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