《发电厂燃煤锅炉燃烧单片机控制系统设计文档》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电厂燃煤锅炉燃烧单片机控制系统设计文档（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要热电厂锅炉的燃烧控制对整个发电过程的安全性与经济性起着重要的作用， 所以对它高效率的控制是现在热电厂的一个重要任务。本文通过对整个燃烧系统 的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负 压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型 时，采用了先进的数字式仪表，并利用 AT89S51单片机设计了一套智能燃烧控 制系统，给出了硬件电路和软件流程图。该控制器以新型的AT89S51单片机为核心，采用模糊PID算法进行运算和控制，不但可以实现对模拟、数字信号进行采样 和处理,而且还可以完成状态检测和控制、报警以及故障处理等功能。该控制系 统具有速度
2、快、精度高、可靠性高和硬件结构简单的特点。最后可达到锅炉安全、 经济、高效的运行。关键词：热电厂；锅炉燃烧；单片机；控制AbstractThermal power plant boiler combustion control plays an important role in security and economy of the en tire power gen erati on process, the con trol of its high efficie ncy thermal power pla nt is an importa nt task. In this paper,
3、 the an alysis and study of the en tire combusti on system, the boiler combusti on con trol system, main steam pressure con trol system and the furn ace pressure and con trol system con trol program, the n its con trol law and parameter selectio n and tuning. In strume nt selectio n, using adva need
4、 digital in strume nt, and using the AT89S51 microc on troller desig n an intelligent combustion control system, given the hardware and software flow chart. The con troller to the new AT89S51 MCU as the core, the use of fuzzy PID algorithm for computing and control, not only can be analog, digital s
5、ignal sampling and process ing, but also to complete the state detect ion and con trol, alarm and fault han dli ng functions. The con trol system has a fast, high precisi on, high reliability and a simple hardware structure. Fin ally, you can reach the boiler safe, econo mical and efficie nt operati
6、o n.Keywords： heat and power pla nt; boiler combusti on; microc on troller; control目录1绪论11.1研究背景11.2研究意义11.3国内外研究现状21.4主要研究内容32燃煤锅炉系统的总体设计方案 42.1锅炉燃烧的生产工艺 42.2燃煤锅炉系统控制设计方案 52.2.1 汽包水位控制 62.2.2 炉膛负压控制72.2.3 蒸汽压力控制 82.2.4 炉膛温度控制系统 93温度控制系统硬件电路设计 113.1单片机的介绍和芯片的选型 113.1.1 单片机简介113.1.2 芯片的选型123.2 AT89S5
7、1单片机的基本结构 123.2.1 AT89S51 单片机的主要特征 123.2.2 AT89S51 单片机的引脚介绍 133.3 DS18B20温度传感器 153.4系统硬件电路设计 173.4.1 单片机最小系统电路 173.4.2 显示电路183.4.3 温度控制及报警电路 193.4.4 DS18B20 温度传感器电路 194 温度控制系统软件设计 204.1系统软件设计整体思路204.2系统程序流图 214.2.1 系统主程序21422 读出温度子程序22423 复位、应答子程序 234.2.4 写入子程序244.3系统调试255 总结26致谢27参考文献28附录：291 绪论1.1
8、研究背景我国的火力发电厂以煤为主要燃料，煤的成本占整个发电成本的70%以上。锅炉作为电厂实现能量转换的主要设备，是火力发电机组的一个重要组成部分， 其运行水平和效率对整个火力发电厂的运行经济性具有重大影响。以一台 300MW的机组为例，其锅炉每小时燃煤约 120吨，若使燃烧效率提高1%，以 年运行7000小时计算，共可节煤8400吨，若每吨煤按220元计算，则一年可节 约184.8万元。同时由此产生的有害气体和烟尘等污染物的排放所产生的环境效 益更是无法用金钱衡量的。目前我国发电厂中仍存在大量中、高压参数的高能耗 锅炉，虽然在300MW和600MW的主力机组中以亚临界和超临界压力的大容量 锅炉
9、为主，但由于设备本身以及运行控制等方面的原因， 在供电耗煤和燃煤效率 等主要经济指标上与世界先进水平还有较大差距。在所有发电方式中，火力发电是历史最久的，也是最重要的一种，且火力发 电在近几年还是主流的，因为我国的经济状况决定了我国采用什么样的能源措 施。1.2研究意义热力电厂的一系列系统和生产流程和生产工艺， 这些大致可以分为水处理系 统、锅炉燃烧系统、汽轮机发电系统、供配电系统、这样大的四个系统，其中锅 炉是发电过程中必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可以驱动透 瓶，又可以作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不 断增大，作为动力和热源的锅炉，也向着大容量、高
10、参数、高效率的方向发展。锅炉的控制主要分为两大部分：燃烧控制系统和汽包水位控制系统。汽包水 位一般采用三冲量控制，能达到较好的控制效果，而锅炉的燃烧过程，是一个多 参数、多回路、非线性、大滞后、强祸合的控制系统，较难控制。因此，自二十 世纪九十年代以来，随着超大型可编程控制器的出现和模糊控制， 国外就将自适 应控制等智能控制算法技术应用于锅炉的控制。使锅炉控制水平大大提高，实现了锅炉优化控制。国内研究锅炉自动控制虽然现在也比较成熟，但主要是仪表显 示、报表打印等功能，控制水平有限，可靠性不够高。和国外锅炉自动控制比较 仍存在一定的差距。1. 大多数现有的锅炉控制系统可控制的主要还是开关量设备，
11、如风机、炉排和水泵的开关或者阀门控制。不能对它们精确连续调节，使控制手段单一，控制 精度低。2. 锅炉控制系统的的控制方案不够合理，锅炉控制器一旦出现故障，只能采 取系统断电处理，进行人工操作。若锅炉系统中的传感器、变送器等设备出现故 障时，温度、压力等参数就无法达到设定值。因此，本文根据热电厂锅炉控制流程，以 AT89S51单片机为核心设计了一 种火电厂锅炉燃烧煤空比的控制系统。 目的是提高电厂燃煤锅炉的控制水平。 节 约能源，降低环境污染。系统采用模糊 PID算法进行运算和控制，不但可以实现 对模拟、数字信号进行采样和处理，而且还可以完成状态检测和控制、报警以及 故障处理等功能。该控制系统
12、具有速度快、精度高、可靠性高和硬件结构简单的 特点。最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。1.3国内外研究现状锅炉的自动化控制从上世纪三、四十年代就开始了，当时大都为单参数仪表 控制，进入上世纪五十年代后，美国、前苏联等国家都开始进行对锅炉的操作和 控制的进一步研究。但由于当时科技发展的局限性，对锅炉的控制主要停留在使 用汽动仪表（泡括汽动单元组合仪表和汽动基地式仪表）的阶段，而且大多数锅炉 只是检测工艺参数，不进行自动控制。到上世纪六十年代，在发达国家，锅炉的 控制主要以电动单元组合仪表（相当于我国的DDZ-II, DDZ-III 仪表）检测与控 制，还是以检测报警为主，控制为辅助功能。到了
13、上世纪七十年代，随着计算机 技术和自动控制技术理论的发展，使得锅炉的计算机控制成为可能。尤其是近一、 二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展， 加之计算机各种性能的 不断增强，价格的大幅度下降，使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。 许多发达国家都相继开发出了锅炉计算机控制系统。如今在国夕卜，锅炉的控制己基本实现了计算机自动控制，在控制方法上都采用了现代控制理论中的最优 控制、多变量频域、模糊控制等方法，因此，锅炉的热效率很高、锅炉运行平稳， 而且减少了对环境的污染。在国内，由于经济技术条件的限制，中小企业锅炉设 备水平一直比较落后，大多数中小型锅炉水平基本上停留在手动和简单仪表
14、操作的水平国内供热锅炉燃烧系统自动控制大多在燃油和燃气锅炉上实现的，对于燃煤锅炉，在自动控制研究方面总是得不到满意的效果， 存在的主要问题是滞后问题。 近几年变频技术在我国的应用领域越来越广， 在锅炉控制方面也有应用，主要有 三种形式，全自动变频定压；锅炉鼓、引风机变频控制；循环泵变频控制， 对系统进行质调节。三种形式均有独立应用的范例，也有组合应用，但主要是以 人工控制为主，节能效果仍然取决于司炉人员的经验，水平和责任意识。1.4主要研究内容此系统主要以单片机为控制器，并对显示电路，温度检测电路，报警电路， 执行电路等进行具体设计，以实现锅炉温度的控制。（1）燃煤锅炉燃烧控制系统总体方案设计
15、。（2）选用合适的单片机，设计出功能结构图。（3）设计燃煤锅炉燃烧控制系统程序流程图。（4）进行相应的程序编制。2燃煤锅炉系统的总体设计方案2.1锅炉燃烧的生产工艺热力发电厂是利用煤燃烧的化学能产出电能的工厂，即为燃料的化学能一蒸汽的热势能一机械能-电能。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能， 在汽 轮机中，蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能，在发电机中机械能转变为电能。 炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。辅助三大主机的设备称为辅 助设备简称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统，如图2.1锅炉燃烧流程图所示。图2.1锅炉燃烧流程图热力发电厂的原料就是原煤。原煤用车运送到发电厂的储煤场，再用输煤皮 带输送到煤斗。再从煤斗落下由给煤机送入磨煤机磨成煤粉， 并同时输送热空气 来干燥和输送煤粉。最后送入锅炉的炉膛中燃烧。燃料燃烧所需要的热空气由送 风机送入锅炉的空气预热器中加热， 预热后的热空气，经过风道一部分送入磨煤 机作干燥以及送煤粉，另一部分直接引至燃烧器进入炉膛。燃烧生成的高温烟气， 在引风机的作用下先沿着锅炉的倒“ U”形烟道依次流过炉膛，水冷壁管，过热 器，省煤器，空气预热器，同时逐步将烟气的热能传给过热器，省煤器，空气预 热器以及空气，自身变成低温烟气，经除尘器和脱硫装置的净化后在排入大气。煤燃烧后生成的灰渣
