基于單片機的鍋爐汽包水位控制系統

于秀娜 張茜銘

摘 要：本文分析了汽包水位對象的動態特性和傳統的控制技術，采用以水位為主信號，給水量為副回路反饋信號，蒸汽量為前饋信號的三沖量控制系統。其中微機負責信號的采集以及PID等計算，將汽包水位控制在一定范圍內。設計中采用8098單片機為核心，用8279作為8098與外設LED顯示器及撥碼盤的接口，在電路設計時考慮到系統的可擴展性和通用性，使本硬件系統能適用于多種場合。

關鍵詞：鍋爐；單片機；水位控制

汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數。汽包水位控制系統，實質上是維持鍋爐進出水量平衡的系統。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調整進水量的多少來達到進出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發效率，保證生產安全。

1 鍋爐汽包水位控制方案選取

1.1 控制方案的選取

汽包水位控制系統根據鍋爐的容量、負荷變化的速度及調節精度的要求，通常有位式控制系統、單沖量控制系統、雙沖量控制系統、三沖量控制系統等。

三沖量鍋爐汽包給水自動控制系統，是以汽包水位H為主控信號，蒸汽流量D為前饋控制信號，給水流量W為反饋控制信號組成的控制系統。相對單沖量和雙沖量控制系統，其控制品質最好，能有效地滿足系統對快速性、穩定性、準確性的要求，能有效地避免“虛假水位”現象。

1.2 鍋爐汽包水位串級三沖量控制系統

串級系統比三沖量系統多用了一個調節器，它有一個明顯的優點就是對信號的靜態配合要求不那么嚴格，無需顧及因蒸汽壓力變化或鍋爐排污量變化而引起配比關系的改變，這是因為主調節器能自動校正信號配合不準所引起的誤差，所以給系統的整定帶來方便。

1.3 控制器的選取

在串級控制系統中，主調節器和副調節器的任務不同，對于它們的選型即調節動作規律的選擇也有不同考慮。副調節器的任務是要快動作以迅速抵消落在副環的二次擾動，而且副參數并不要求無誤差，所以一般都選P調節器，也可以采用PD調節器，但是這增加系統的復雜性，而效果并不很大。對于鍋爐水位的控制有很多的外界干擾，主調節器在本設計中所選的主調節器為PID調節器，副調節器采用PI調節器，為了解決“虛假水位”這一難點，引入了微分補償調節器。

2 系統硬件設計

本設計硬件部分采用MCS-96系列的8098單片機為核心，外部擴展了程序存儲器和數據存儲器，用8279組成鍵盤控制器和LED顯示器，用來輸入水位、給水流量和蒸汽流量的給定值、上下限值、PID參數和顯示水位、給水流量和蒸汽流量的當前值或PID參數。用A/D轉換對水位、給水流量和蒸汽流量進行數據采集處理；PWM口輸出經濾波后完成D/A轉換，輸出一個標準電信號來驅動電動閥，從而通過閥門來控制鍋爐汽包水位。

3 系統軟件設計

作為直接控制級的計算機來說，對程序語言最重要的要求是實時性要好，尤其是多回路分時控制時更是如此。匯編語言的另一個突出有點占用內存量小，有利于簡化硬件系統。因此，一般都采用匯編語言寫程序，本控制系統的軟件全部采用匯編語言編寫，為了使用方便，程序設計中采用了模塊化的結構形式，即子程序形式（各功能模塊以子程序的形式出現）。

4 結論

汽包水位作為鍋爐控制系統的一部分，是正常運行的主要指標之一。采用三沖量調節，它的系統控制品質最好，能有效的滿足系統對快速性、穩定性、準確性的要求，由于引入了水位，蒸汽流量，給水流量三個參量，大大的消除了“虛假水位”對系統的影響。

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