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1、I目目 录录第一章 绪 论11.1 题目来源及研究意义.11.2 国内外研究现状11.3 本文主要研究内容.3第二章 系统方案选定.42.1 供热系统简介及改进.42.2 系统方案确定52.2.1 控制系统原理72.2.2 控制电路结构图.72.2.3 系统技术参数.82.2.4 系统工作任务82.2.5 控制算法的确定.92.2.6 补水控制方案确定.11第三章 硬件电路设计.153.1 硬件电路的基本组成153.2 前向通道设计.153.2.1 温度传感器153.2.2 压力传感器.163.2.3 流量传感器183.3 单片机系统设计.223.3.1 CPU 的介绍223.3.2 单片机最
2、小系统设计253.3.3 8255A 扩展接口283.3.4 外部电路键盘与显示智能控制芯片 HD7279303.3.5 打印机 PP40333.3.6 ISD1420 语音芯片实现的报警电路 363.3.7 电源以及通讯部分.383.4 后向通道设计41II3.4.1 D/A 转换电路413.4.2 驱动电路.43第四章 软 件 设 计.464.1 设计思想464.2 温度控制算法464.3 程序设计48总 结.52致 谢.53附录 1：单片机控制的智能供热监控系统原理图 56附录 2：程序清单57- 1 -第一章第一章 绪绪 论论1.11.1 题目来源及研究意义题目来源及研究意义供暖的重要
3、性在人们生活中的不亚于水和电，民用、工业用、办公用建筑都要配备完善的取热设施。在全球都提倡节能、减排的口号下，采用合理供热方式不但可以提高供热系统能效，响应全球口号，而且对解决居民“温饱”问题和建设全面小康社会具有重要意义。目前，集中供热已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。供热行业当前的主要任务是提高供热系统能效、降低能耗，降低造价，供热计算机的应用提高了系统的工作效率和设计质量，对实现该任务有良好的帮助。因此，计算机控制的集中供热方式对节能、环境保护、降低成本和提高效益都具有重要意义。. .2 2 国国内外内外研究现研究现状状供热系统是由锅炉房、热网管道、凝结水
4、回收、管道保湿、阀门、疏水阀和有关仪表组成的完整系统。系统是否完善关系着运行是否安全、环保和节能，是否合理用热，因此需要搞好供热系统的管理工作和不断采用新技术。国外则采用了较为简便的技术，像是美国MDS公司SCADA系列数字电台在城市集中供热系统的得到一定的应用。该公司的系列数字电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，电台提供标准232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达19200bps，误码低于10E-6（接收电平-110dBm时） ，发射功率0.5-25瓦
5、可调节，任何型号电台可设置为主站或远程站使用，无中转通信距离达50公里以上，能适应室内或室外的恶劣工作环境。电台数据和话音兼容，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式，收发同频或异频中转组网，并具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。城市供热控制中心设一主站，远端设有多个从站，从站通过标准232接口与RTU/PLC连接，可实时监控管网供热的全过程，清晰地反映各站点实时运行情况，详细监测管线站点的运行参数，集中采集温度、压力、瞬时流量、累积流量等参数值, 城市集中供热实行- 2 -自动化管理后,改变了以前供热出现意外故障中短而无法极时修复
6、，减少民众对供热公司的抱怨，同时使工作效率有了极大的提高，实现了对各支点管道的实时管理1。北欧三国所有的供热系统中均采用计算机自动监控，之所以在供热技术那么发达的国家那么广泛的采用这种供热方式，是因为它具有突出的优点：只需要很少的操作人员，不仅提高了劳动生产率，而且提高了系统的热效率。以上为国外供热研究现状，在我国，传统的供热技术（如采用锅炉采暖系统和热电联产集中供热系统等）较国外的技术相差甚远，效率低、能耗大、污染严重。根据06年第八期月刊中刘永勇、王成军、陈晓霞写的克拉玛依市中心城供热技术发展趋势指出，在供热系统运行中，普遍存在的一些问题是：不能及时掌握集中供热系统的运行工况，实时观测整个
7、系统中热源出口、管网、换热站运行参数，因此不能依此迅速发现系统运行工况是否与供热需求相匹配，系统中各个部位供热参数是否运行正常，以便指导锅炉房迅速查找问题并及时合理调整运行工况。这主要是由于供热系统中换热站没有有效的调节装置和根据热负荷的变化进行实时调节的自控系统。造成供热一次管网水力失调严重，使一些换热站偏热，而另一些换热站偏冷，供热效果不好、热量浪费的现象无法解决。其供热系统，在仪表计量、通信、自动控制方面，技术装备低，缺乏技术手段，难以对生产运行进行科学严格的管理。而国内现今结合智能化的控制的现代化供热技术，克服了传统供热系统存在的缺点，提高供热管理水平，消除水力失调，节能降耗。现今智能
8、供热系统已是个供热企业中大力发展的一项新技术。例如，秦皇岛市在供热技术方面，在这几年中就有很大的改进。秦皇岛热力总公司于2000 年首次在集中供热项目中引进了芬兰LONIX 公司热力站机组自控和无线遥测技术，其自控系统是一个集散控制系统，各热力站为独立控制，可根据当地室外气温，调节一级网供水管上电动调节阀，实现对二级网供水温度的控制。中控室不能干预各热力站的控制，总的原则是中央监测，就地控制。数据传输系统采用的是LON 网络技术，无线传输方式。基本实现了换热机组的本地自控和无线通讯功能。唐山市热力公司西部供热工程在1998年建立了微机监控系统，该系统为集散型微机控制系统，对全网86个热力站进行
9、监控，其中有12个典型站设有无线通讯装置，与监测中心构成通讯网络。19981999年的采暖期间，该公司监测中心和部分热力站监控系统投入运行，在温差不变的情况下，电厂循环水量由3200吨/时降到2200吨/时，主循环泵提供的供回水压差增加，改善了不利热力站的水力工况，使其二次线供水温度有所提高，改善了供热效果。其它城市也在不同程度上建立了微机监- 3 -控系统。目前国内有两种不同的供热系统计算机监控方式，一种是采用中央集中式监控方式，所有的指令都由主控室下达，本地站只是执行上级指令；另一种是中央和本地分工协作监控办法，主控室只负责全网参数的监视，本地站根据设定值自动控制。随着系统的扩大，监控水平
10、要求的提高，后面一种更是今后发展的方向。在过去几年里，相对于国外技术，我国供热技术存在以下不足： 1、自动控制方面并不够智能。当热源供热能力不足时，会出现前端用户“抢热” ，后端用户“过冷”现象，造成大网严重水力失调，同时，室外气温变化比较频繁，而热源参数调节与各热力站调节不能同步，造成自控系统的震荡和热网水力工况的失稳。2、数据传输或是通讯方面。一是由于信号干扰或建筑物阻挡等原因，造成部分热力站信号传不上来；二是数据传输无主动上传功能，只能是自上而下采集，而不能主动由下至上传输，当热力站参数超限或故障报警时，不能自动上报中控室，而需由值班人员来完成；三是由于采取巡检方式检测各站运行数据，所有
11、热力站巡检一次约需半个小时，故不能采集同一时刻热网参数，从而不能科学准确地对热网进行数据分析和水力工况分析。随着国内计算机发展速度的加快和网络通讯的不断发展，供热技术也在不断提高，智能的供热系统对以上情况的改善显得更为迫切和需要。.3.3 本文主要研究内容本文主要研究内容本文内容包括：智能供热监控系统的研究意义，根据单片机智能供热要求确定方案，设计系统的硬件和软件。本系统采用 ATM89C51 系列单片机作为 CPU，设置 Pt100 温度传感器、压差传感器、涡轮流量计等传感器元件对供回水、补水、供热蒸汽的温度、压力检测，对回水、补水的流量检测，通过测量电路、A/D 转换后把数据传送到 CPU
12、，CUP 根据已经设置好的温度范围进行比较判断，并发回命令调整供回水的压力以及流量，最终达到自动控制温度的目的，这对于保证供热品质和节省能源都有着非常重要的意义。本系统还安装了键盘，显示以及打印机，方便了数据的读取、切换和统计，使管理层对供热过程和供热品质有最直观的了解。- 4 -第二章第二章 系统方案选定系统方案选定2.12.1 供热系统简介及改进供热系统简介及改进采暖供热系统分为传统的采暖供热系统和智能自动化监控供热系统。传统的采暖供热系统有锅炉采暖系统和热电联产集中供热系统。锅炉采暖主要包括燃煤锅炉和燃油、气锅炉，前者运行成本低，但能源转换效率，对大气的污染严重，后者虽然对环境污染远小于
13、燃煤系统，运行调节灵活，节省了燃料量和运行费，但是油、气等燃料价格昂贵，系统的一次能耗较高，使得燃油、气锅炉的运行费昂贵。以热电厂为热源的区域供热系统，常见形式是热电厂中汽轮机的抽汽或背压排汽通过热交换器将热量传递给热水，并通过热网输送到各采暖用户。热电联产集中供热系统在所有采暖形式中，热电联产一次能耗是最低的，这使得热电联产系统的环境污染也很小，若使用传统的管理方式和传统的系统控制，则存在着效率低，损耗大，控制精度不高，工人劳动强度大，费用高等缺点。由于供热需要消耗大量的能源，而我国当前的能源形势十分严峻，因此节能是实现可持续发展战略的最有效、最经济的途径。采取最有效的解决方案是采用更为合理
14、的供热方式来提高换热效率，提高系统能效，节约资源。采用智能控制集中供热系统方案是当今提倡的改良方案。该系统主要解决现有油田供热系统以人工调节供热装置，致使供热效果不好、缺乏整体协调性、难以达到供热系统整体最佳状态的不足，其特征在于：所述集中供热系统还包括一个智能控制器，该智能控制器接收来自于温度传感器、压力传感器的信号并向电动调节阀发出控制信号，所述温度传感器、压力传感器接收来自于供水管线、回水管线、回水缸、分水缸的温度和压力信号，具有供热效果好、能够实现供热系统的智能化控制、节省能源的特点，因此是目前各供热企业中大力发展的一项新技术。采用该智能控制系统，将使中央供热机组的自动化水平和可靠性指
15、标达到新的高度，并使机组在操作方便化、管理科学化、节能化、和省力化等方面获得巨大的进步。该系统满足楼宇自动化的要求，开发成本低，符合智能大厦、高层建筑等采暖空调和卫生热水供应的需要。随着我国楼宇自动化水平的普及和提高，该系统具有广阔的应用推广前景。智能自动化监控2，采用智能全数字计算机管理，性能稳定，抗干扰性强能够实现目标管理，为安全生产的有序可控提供了先进的手段，奠定了良好的物质基础。现代科学技术的发展，技术应用成本的大幅下降，使供热系统实现- 5 -智能自动化监控成为可能。智能自动化监控，通过实时数据控制运行分析，减少了人为因素所带来的安全隐患，极大地提高了系统的安全可靠性；应用现代科学技
16、术来完善供热系统；高达 20的节能效果，使供热安全与经济效益得到有机的结合。实践证明，设备自动化水平的提高是保证供热安全的重要途径之一3。集中供热系统中采用智能控制系统, 主要是区别于以往使用的常规自动控制系统, 所谓“智能”是指系统网络建立采用了分级递阶智能控制方案, 即系统网络结构分为执行级和组织协调级。而执行级的控制方案是采用了模糊控制思想。2.22.2 系统方案确定系统方案确定计算机控制系统所采用的形式与它生产过程的复杂程度密切相关，不同控制对象和不同的控制要求，应有不同的控制系统方案。根据计算机在控制系统中所起的作用，计算机控制系统大致可分为：操作指导控制系统、分布式控制系统DCS、直接数字控制系统 DDC、监督控制系统4。以下是对这四种系统的大致描述。1、操作指导控制系统 OIS，在该系统中计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的
