发布时间 : 星期六 文章工业锅炉过热蒸汽温度控制系统设计(大学本科毕业设计)更新完毕开始阅读
山东科技大学学士学位论文 系统分析及总体设计方案
量应能够始终跟随给定量的变化。
(2)快速性
为了很好的完成控制任务，控制系统仅仅满足稳定性要求还是不够的，还必须对其过渡过程的形式和快慢提出一定的要求，一般称为动态性能。在选取和设计的硬件对温度信号的变化是否反应灵敏，就对系统的控制是否具有快速性有明显的影响。
(3)准确性
理想情况下，当过渡过程结束时，被控量达到的稳态值应该与期望值一致。但实际上，由于系统结构、干扰等非线性因素的影响，被控量的稳态值与期望值之间会有误差存在，称为稳态误差。[3]
锅炉过热蒸汽温度控制系统的示意图如图2.2所示。由过热器出来的过热蒸汽经过热电偶检测并处理后送入单片机，单片机再根据控制要求控制输出量，输出量即蒸汽出口温度如果没有达到设定值此过程循环往复，一直达到稳定。
给定值QcTc出口温度T1T2过热器图2.2 蒸汽温度控制系统示意图 锅炉过热蒸汽温度控制系统的控制方式分多种，其中反馈控制是自动控
制系统最基本的控制方式，也是应用最广泛的控制方式。除此之外，还有开环控制方式和复合控制方式，它们都有各自的特点和适用的场合。近几十年来，以现代数学为基础，应用电子计算机的新的控制方式也有较大发展，如最优控制、模糊控制、自适应控制等。
9
山东科技大学学士学位论文 系统分析及总体设计方案
(1)反馈控制方式
反馈控制方式是按偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生相应的控制作用去减小或消除这个误差，使被控量与期望值保持一致。按反馈控制方式组成的反馈控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被控量产生的影响的能力，有较高的控制精度。它是一种重要的且应用广泛的控制方式。
(2)开环控制方式
开环控制方式是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反相联系的控制过程，按这种方式组成的系统称为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。开环控制系统可以按给定量控制方式组成，也可以按扰动控制方式组成。
(3)复合控制方式
按扰动控制方式在技术上较按偏差控制方式简单，但它只适用于扰动是可测量的场合，而且一个补偿装置只能补偿一种扰动因素的影响，对其余扰动均不起补偿作用。因此，比较合理的一种控制方式是把按偏差控制与按扰动控制方式结合起来，对于主要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，同时，再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生的偏差。这样，系统的主要扰动已被补偿，反馈控制系统比较容易设计，控制效果也比较好，但这样的方式显然需要更复杂的理论分析和硬件设计，实现起来不太容易。[4]
由系统原理可画出系统的结构框图为
R（z）Gc(z)Gv(z)Go(z)Y（z）Gm(z)图2.3 系统闭环框图 10
山东科技大学学士学位论文 系统分析及总体设计方案
2.2系统总体方案设计
根据系统模型框图，一个温度控制点的闭环回路如图2.4所示，单片机把通过由人机界面即键盘显示电路给出的给定温度值和反馈检测得到的实际温度值进行比较得到偏差值，然后根据数字PID控制算法，算出相应的控制量，然后再给到输出，经过转换、驱动后控制电阻丝和喷水器的电压从而控制热量的大小与快慢，以达到控制要求。
r(t) e(t)T e(k)D(z) u(k)TH(s) u(t)Gc(s) y(t)
图2.4 控制系统总体框图 在图2.4所示控制系统总体框图中，GC(s)是被控对象的连续传递函数，
D(z)是数字控制器的脉冲传递函数，H(s)是零阶保持器的传递函数，T是采样周期。
根据锅炉蒸汽温度控制系统的设计要求，设计的控制系统的总体框图如
图2.5所示。[5]
键盘显示电路热电偶A/D转换电路单片机输出驱动温控电路通信电路
图2.5 系统总体框图 11
山东科技大学学士学位论文 系统硬件电路设计
3系统硬件电路设计
3.1系统硬件总体结构
根据锅炉过热蒸汽温度控制系统的特点和要求，系统硬件总体结构如图3.1所示。
热电偶放大电路线性化电路AD转换电路输出控制声光报警CPU存储电路声光报警键盘显示通信电路
图3.1 系统硬件总体结构图 由图可以看出蒸汽温度控制系统主要分为三大块：一是温度检测模块，用于温度的测量转换；一是CPU模块，用于数字信号的处理及提供良好的人机界面；一是输出控制和通信模块，用于温度的及时控制及把温度信号传送到网络中的其他设备中去。
3.2 CPU的选择及系统板设计
将单片机渗透到测量控制领域并充分发挥其优点，是现代检测控制技术发展的必然，也是目前智能测量控制仪器的一般设计方法。目前市场上的单片机，从数据总线宽度上来分主要有8位机、16位机、32位机，其中的
12