基于單片機(jī)的自動化熱力站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案【優(yōu)秀】(文檔可以直接使用，也可根據(jù)實(shí)際需要修訂后使用,可編輯推薦下載）

摘要基于單片機(jī)的自動化熱力站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案【優(yōu)秀】(文檔可以直接使用，也可根據(jù)實(shí)際需要修訂后使用,可編輯推薦下載）隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源成為越來越重要的問題，城市集中供熱也成為城市尤其是北方城市供熱的大勢所趨。如何使整個集中供熱系統(tǒng)處于一個良好的、高效的運(yùn)行狀態(tài)，成為供熱控制系統(tǒng)所必須解決的問題。本文分析了人工調(diào)節(jié)的不足與自動控制的優(yōu)點(diǎn)，對集中供熱在國內(nèi)外的發(fā)展進(jìn)行了簡單的對比，主要介紹了集中供熱一次管網(wǎng)系統(tǒng)控制方案、換熱站工藝流程、工作原理及自動控制方案的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，以供熱工程為理論基礎(chǔ)，對熱力系統(tǒng)的水力和熱力工況進(jìn)行了分析。文中通過單片機(jī)對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制來改變二次供水溫度，來滿足熱用戶對供熱的要求。最后對系統(tǒng)的抗干擾進(jìn)行了簡要的分析。關(guān)鍵詞：集中供熱，熱力站，水力工況和熱力工況，單片機(jī)。AbstractWiththeconsistenturbanconstructionandtherapiddevelopmentofeconomics，environmentalprotectionandenergyconservationhasbecomemoreandmoreimportant．Centralheatinghasbecomethegeneraltrendofheatingstyleespeciallyamongthenortherncities．HowtomakethewholecentralheatingsystemoperateinagoodandefficientstateturnsIntoanlssuethatmustbeaddressed．Thistextanalyzedartificialtoregulateofnotenoughandautomaticallycontrolofadvantage,toconcentrationprovidedheattocarryonsimplecontrastinthedomesticandinternationaldevelopment,mainlyintroducedconcentrationtoprovideahottubenettedsystemcontroledproject,changedhotstationcraftprocessedandworkedprincipleandautomaticallycontrolthepresentconditionofproject.Onthisfoundation,withprovidehotengineeringfortheoryfoundation,carriedonanalysistowaterpowerandthermodynamicenergyworkconditionofthermodynamicenergysystem.Passalistinthetextslicethemachinemakeexchangestanzavalvetocarryoncontroltochangetwowatersupplytemperatures,satisfyhotcustomertoprovideahotrequest.Finallycarriedontheanalysisofsynopsistotheanti-interferenceofsystem.Keywords:eoneentrationheat-supply，thermalstation，Waterpowerandthermodynamicenergyworkcondition，singlechipmicrocomputer。目錄摘要 1Abstract 2第1章緒論 51.1前言 51.2國內(nèi)外發(fā)展情況 7第2章供熱系統(tǒng)方案及特性研究 92.1熱力站控制系統(tǒng)簡介 92.2換熱首站的工作原理和控制方案 9換熱站的工作原理 9換熱站控制方案 102.3控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 132.4熱力站系統(tǒng)控制原理 18溫度控制 19`定壓補(bǔ)水 212.5供熱系統(tǒng)的水力與熱力工況 21供熱系統(tǒng)水力工況 21供熱系統(tǒng)的定壓 22供熱系統(tǒng)熱力工況 24水力工況對熱力工況水平失調(diào)的影響 24第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 273.1控制系統(tǒng)硬件框圖 273.2A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 29轉(zhuǎn)換器 29轉(zhuǎn)換器 313.3放大電路和選擇開關(guān) 32放大電路 32選擇開關(guān) 323.4電源電路 333.5V/I轉(zhuǎn)換電路 343.6RS232接口電路 353.7顯示電路 363.8鍵盤電路 37第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 394.1系統(tǒng)主程序流程圖 394.2控制程序流程圖 414.3部分模塊流程圖 42循環(huán)泵模塊流程圖 44轉(zhuǎn)換模塊流程圖 44鍵盤模塊流程圖 45第5章系統(tǒng)抗干擾分析 485.1系統(tǒng)抗干擾分析 485.2單片機(jī)抗干擾技術(shù) 505.3A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換電路的抗干擾措施 51轉(zhuǎn)換電路抗干擾措施 51轉(zhuǎn)換電路抗干擾措施 52結(jié)論 54致謝 55參考文獻(xiàn) 56DirectoryChapter1Introduction 41.1Forewords 41.2ThedevelopmentinbothChinaandabroad 6Chapter2Provideshotsystemprojectandcharacteristicresearch 82.1Thermalstationcontrolasystembriefintroduction 82.2Theworkprincipleandcontrolprojectoffirstthermalstation 8TheworkprincipleofthermalStation 8ThecontrolprojectofthermalStation 92.3Controltheestablishmentofsystemmathematicsmodel 122.4Thesystemcontrolsprincipleofthermalstation 17Thetemperaturecontrols 18Certainlypresstorepairwater 202.5Waterpowerandthermodynamicenergyworkconditionofprovidehotsystem 20ofprovidehotsystem 20Certainlypressofprovidehotsystem 21Workconditionofprovidehotsystem 23Waterpowerworktheinfluenceoftheconditionuponthethermodynamicenergyworkconditionlevelmaladjustment 23Chapter3Controlasystemhardwaredesign 263.1Thecontrolsystemhardwareframediagram 263.2ThechoiceofA/DandD/Aconvert 28convert 28 303.3Enlargecircuitandchoiceswitch 31Enlargecircuit 31Choiceswitch 313.4Powercircuits 323.5V/Iconvertcircuit 333.6RS232interfacecircuit 343.7Showcircuit 353.8Keyboardcircuits 36Chapter4Controlsasystemsoftwaredesign 384.1Theflowchartofsystemlordprocedure 384.2Theflowchartofcontrolprocedure 404.3Theflowchartofpartsofmoldpiece 41Theflowchartofcirculatingpumpchart 43TheflowchartofA/Dconvert 43Theflowchartofkeyboardcircuits 44Chapter5Analyticalofthesystemanti-interference 475.1Analyticalofthesystemanti-interference 475.2Anti-interferencetechniqueofsinglechipmicrocomputer 495.3Anti-interferencemeasureofA/DandD/Aconvert 50ofA/Dconvert 50ofD/Aconvert 51Conclusion 54Acknowledgements 54Bibliography 56第1章緒論1.1前言人們在社會生產(chǎn)和日常生活中都需要使用大量的熱能，將自然界的能量直接或間接地轉(zhuǎn)化為熱能，以滿足人們的需要。眾所周知，供熱就是用人工方法向室內(nèi)供給熱量，保持一定的室內(nèi)溫度，以創(chuàng)造適宜的生活或工作條件的技術(shù)。在19世紀(jì)末，以集中供熱技術(shù)為基礎(chǔ)，開始出現(xiàn)以熱水或蒸汽作為熱媒，由熱源集中向一個城鎮(zhèn)或較大區(qū)域供應(yīng)熱能的方式集中供熱。所謂集中供熱系統(tǒng)就是指以熱水或蒸汽作為熱媒，集中向一個具有多種形式熱用戶的較大區(qū)域供應(yīng)熱能的系統(tǒng)。它由主熱源、熱力網(wǎng)、熱力站和多種形式熱用戶組成。主熱源通過熱力管網(wǎng)把熱媒輸送到城市各個地區(qū)的熱力站，在此借助于換熱機(jī)組這一重要設(shè)備經(jīng)過充分的熱交換，將滿足供暖溫度要求的供暖熱水供應(yīng)到多種形式的熱用戶處。目前，在我國集中供熱系統(tǒng)自動控制的運(yùn)行現(xiàn)狀是:主熱源由于實(shí)行了熱電聯(lián)產(chǎn)，其規(guī)模大、數(shù)量眾多。而大多數(shù)的熱力站換熱機(jī)組和輔助設(shè)備的運(yùn)行仍有相當(dāng)大的一部分還處于人工調(diào)節(jié)狀態(tài)，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能很不理想。人工調(diào)節(jié)方式具有以下明顯缺點(diǎn):1.控制精度差。由于人的生理因素制約，操作人員對外界的觀察和控制能力受到限制，同時受主觀意識的影響，人工調(diào)節(jié)設(shè)備單憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，設(shè)備運(yùn)行的工況并未處于最佳的狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)波動大，能耗高。2.勞動生產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本高。由于人的體力關(guān)系，操作人員直接操縱設(shè)備的功率是有限的，同時生產(chǎn)過程的強(qiáng)化，需要多人來完成某個工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過程的連續(xù)性操作，工資支付、培訓(xùn)費(fèi)用等導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。為了改變這種落后的狀況，提高熱力站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能，充分發(fā)揮現(xiàn)有供熱系統(tǒng)的潛力，實(shí)行供熱工程的科學(xué)化管理，對熱力站進(jìn)行自動化改造己是當(dāng)務(wù)之急。設(shè)置自動控制系統(tǒng)相比人工調(diào)節(jié)則具有以下優(yōu)點(diǎn):l.控制精度高:由于使用自動化裝置對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)場條件實(shí)行在線監(jiān)控，及時克服各種干擾因素的影響，實(shí)施最優(yōu)控制，保證了設(shè)備在最佳工況下運(yùn)行，運(yùn)行參數(shù)滿足生產(chǎn)工藝的要求;同時延長了設(shè)備的使用壽命，提高了設(shè)備利用率。2.提高勞動生產(chǎn)率，減低成本:由于使用自動化裝置代替人的操作，使生產(chǎn)過程在最優(yōu)條件下連續(xù)進(jìn)行，加快了生產(chǎn)速度，節(jié)能降耗，降低成本，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。3.減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件:生產(chǎn)過程的現(xiàn)場環(huán)境一般而言比較惡劣。實(shí)施自動控制后，操作人員只需在儀表室內(nèi)觀察自動化儀表的運(yùn)行情況，必要時進(jìn)行人工干預(yù)，避免了在現(xiàn)場從事大量且有礙健康的的操作。4.保證安全生產(chǎn):對生產(chǎn)過程的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置自動信號和聯(lián)鎖保護(hù)裝置。一旦工況出現(xiàn)異常、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)越限，則發(fā)出聲光報(bào)警信號，采取相應(yīng)緊急處理措施，防止事故的發(fā)生或擴(kuò)大。5.減少大氣污染:生產(chǎn)過程的自動化使得熱工設(shè)備(如鍋爐、高溫?zé)崽幚頎t等)的燃燒工況得到極大地改善，產(chǎn)生的粉塵量、煙霧量急劇減少，大氣環(huán)境中的空氣品質(zhì)得到改善和保障。綜上所述，集中供熱系統(tǒng)自動化尤其是熱力站的自動化是集中供熱技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，同時也是提高熱力站換熱機(jī)組整體綜合性能、保證供熱質(zhì)量的迫切需要。因而成為供熱技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一，此舉必將進(jìn)一步推動集中供熱系統(tǒng)現(xiàn)代化的普及和發(fā)展。1.2國內(nèi)外發(fā)展情況國外，特別是在北歐國家，從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來，十分重視建筑節(jié)能工作，并制定了有關(guān)政策、法規(guī)以及相配套的技術(shù)措施，特別針對采暖系統(tǒng)安設(shè)自動控制裝置，以使用戶能夠充分利用自由熱，對于舒適度提出了明確的要求。國外發(fā)達(dá)國家的集中供熱系統(tǒng)均為動態(tài)的變流量系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)與控制技術(shù)先進(jìn)，調(diào)控手段完善，設(shè)備質(zhì)量高，通常一次熱網(wǎng)所提供的熱量在換熱站交換成二次采暖熱水和民用生活熱水，在換熱站的二次水系統(tǒng)中均安裝有變頻調(diào)速的水泵，差壓控制器、電動調(diào)節(jié)閥、氣溫補(bǔ)償器以及回水溫度限制器等設(shè)備，有了一整套成熟的供熱系統(tǒng)運(yùn)行模式。在控制上，基本上采用以壓差控制為主的方案，其基本方法是控制供熱系統(tǒng)最不利環(huán)路的供回水壓差不小于給定值，而最不利環(huán)路的壓差控制，實(shí)際上只為流量的調(diào)節(jié)提供了可能，本身并不等于進(jìn)行了流量調(diào)節(jié)。各用戶流量的調(diào)節(jié)，則是通過熱源的集中調(diào)節(jié)和用戶熱入口的局部調(diào)節(jié)即散熱器處溫控閥的個體調(diào)節(jié)進(jìn)行的。為適應(yīng)溫控閥主動調(diào)節(jié)引起的水力工況的變化，國外供熱系統(tǒng)在用戶入口和熱源處都加設(shè)了自控裝置。在用戶入口有溫控器維持溫度，有循環(huán)泵保證流量;在熱源處采用集中質(zhì)調(diào)節(jié)或量調(diào)節(jié)，由 于量調(diào)節(jié)的節(jié)能效果顯著，在國外得到普遍應(yīng)用。這種集中和局部自控裝置的設(shè)置，適應(yīng)了調(diào)節(jié)工況下用戶作用壓差的變化，保證了室內(nèi)熱舒適的要求。與國外相比，我國目前采暖系統(tǒng)相當(dāng)落后，具體體現(xiàn)在供熱品質(zhì)差，室溫冷熱不均，系統(tǒng)熱效率差，不僅多消耗成倍的能量，而且用戶不能自行調(diào)節(jié)室溫。當(dāng)前采暖費(fèi)按面積(平方米)計(jì)費(fèi)，無助于用戶的節(jié)能意識，以至于出現(xiàn)一些不正常的現(xiàn)象。如室溫過高開窗，室溫過低投訴，使得設(shè)計(jì)人員及業(yè)主盡量加大鍋爐、水泵及散熱器容量，造成效率低、高能耗的重復(fù)浪費(fèi)。我國能源緊缺，而采暖用能又十分浪費(fèi)。據(jù)資料介紹，我國住宅建筑采暖能耗為相近氣候條件的發(fā)達(dá)國家的3倍左右。目前的采暖用能己占全國商品能源總消耗的9.6%，而冬季采暖區(qū)域主要集中在東北、華北、西北等少數(shù)地區(qū)，采暖能耗不僅造成資源的浪費(fèi)，而且是大氣污染的一個重要因素。在功能上，發(fā)達(dá)國家通常室內(nèi)保證溫度是22℃，我國僅為16℃，而且我國的供熱品質(zhì)很差，室溫冷熱不均，系統(tǒng)熱效率差，沒有計(jì)量末端能耗的手段，用戶不能自行設(shè)定和調(diào)節(jié)室溫等等。[10]我國城市集中供熱目前存在的能源浪費(fèi)主要來源于:由于當(dāng)時建筑設(shè)計(jì)落后，建筑的保溫隔熱和氣密性能差;采暖系統(tǒng)相當(dāng)落后，自動化程度不高。造成的結(jié)果是:(l)低負(fù)荷、低效率。我國供熱采暖系統(tǒng)普遍在低負(fù)荷、低效率下運(yùn)行，實(shí)際供暖面積平均只有設(shè)備能力的40%左右。管網(wǎng)輸送熱量效率低，管道泄漏和透水現(xiàn)象嚴(yán)重。(2)缺乏自動控制設(shè)施。我國供暖系統(tǒng)自動化程度低，只有簡單的調(diào)節(jié)手段，不能從整體上進(jìn)行控制，造成熱用戶水力水平失調(diào)、垂直失調(diào)嚴(yán)重，各供熱小區(qū)冷熱不均，供熱質(zhì)量難以保證，供熱不足和過度時，沒有有效的調(diào)節(jié)手段。第2章供熱系統(tǒng)方案及特性研究2.1熱力站控制系統(tǒng)簡介集中供熱又稱區(qū)域供熱(Districtheating)，以熱水和蒸汽為載能體，通過管網(wǎng)為一個區(qū)域的所有熱用戶供熱。集中供熱系統(tǒng)由熱源、熱用戶和熱網(wǎng)三部分組成。熱源負(fù)責(zé)制備熱媒，熱力網(wǎng)負(fù)責(zé)輸送熱媒。熱用戶是指用熱場所，集中供熱系統(tǒng)的熱用戶有供暖、通風(fēng)、熱水供應(yīng)、空氣調(diào)節(jié)及生產(chǎn)工藝等用熱系統(tǒng)[6]。熱力站和熱水管網(wǎng)是連接熱源和熱用戶的重要環(huán)節(jié)，在整個供熱系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。熱水管網(wǎng)又分為一次網(wǎng)與二次網(wǎng)，一次網(wǎng)是指連接于城市管網(wǎng)與換熱站之間的管網(wǎng)。二次網(wǎng)是指連接于換熱站與熱用戶之間的管網(wǎng)。換熱站是指連接于一次網(wǎng)與二次網(wǎng)并裝有與用戶連接的相關(guān)設(shè)備、儀表和控制設(shè)備的機(jī)房。它用于調(diào)整和保持熱媒參數(shù)(壓力、溫度和流量)，使供熱和用熱達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是熱量交換、熱量分配以及系統(tǒng)監(jiān)控、調(diào)節(jié)的樞紐。熱力站的作用是將供熱管網(wǎng)輸送的熱媒加以調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換，根據(jù)用戶的需要分配給各個熱用戶。2.2換熱首站的工作原理和控制方案換熱站的工作原理熱源提供的高溫水由一次熱網(wǎng)送至各換熱站，在換熱站中，一次熱網(wǎng)高溫水通過換熱器與循環(huán)水相混合，進(jìn)行熱量交換，將熱能傳遞給二次網(wǎng)循環(huán)水，再由二次網(wǎng)經(jīng)供熱管道輸送到用戶，冷卻的回水返回二次網(wǎng)回水管，一次網(wǎng)回水降溫后回到熱源。供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷是隨室外氣候條件而變化的，為了保證供熱質(zhì)量，節(jié)約能源，就必須根據(jù)熱負(fù)荷的變化對供熱系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)調(diào)節(jié)地點(diǎn)不同，供熱調(diào)節(jié)可分為集中調(diào)節(jié)、局部調(diào)節(jié)和單體調(diào)節(jié)三種調(diào)節(jié)方式。集中調(diào)節(jié)在熱源處集中進(jìn)行，局部調(diào)節(jié)在換熱站或用戶引入口處進(jìn)行，單體調(diào)節(jié)直接在散熱設(shè)備處進(jìn)行。在間接集中供熱系統(tǒng)中，熱網(wǎng)將熱能輸送到熱力站，用戶通過熱力站從熱網(wǎng)獲取熱能。因而熱力站的運(yùn)行工況直接影響著整個供熱系統(tǒng)的運(yùn)行工況和供熱效果。熱力站的主要任務(wù)是確定和保持熱媒介參數(shù)(壓力、溫度和流量)，使其達(dá)到熱力站供熱裝置安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所需值。為了保證熱網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，通過及時的參數(shù)檢測，發(fā)現(xiàn)故障,維持系統(tǒng)正常工作。此外，為防止因停電或微機(jī)故障而發(fā)生事故，熱力站控制系統(tǒng)還設(shè)有常規(guī)就地儀表和手動操作閥。至于熱力站的供熱控制方式，在同一階段內(nèi)，二次水網(wǎng)的循環(huán)流量保持不變。根據(jù)二次網(wǎng)的供水溫度調(diào)節(jié)一次網(wǎng)蒸汽流量，進(jìn)而控制二次網(wǎng)供熱量，滿足用戶熱需求。換熱站控制方案首站的作用主要是為熱網(wǎng)系統(tǒng)提供符合一定溫度、流量、壓力要求的熱媒，在本系統(tǒng)中熱媒為熱水?？刂频闹饕康木褪菫榱耸瓜到y(tǒng)在滿足用戶需求的前提下，更加安全，經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。熱網(wǎng)首站控制系統(tǒng)，是集中供熱系統(tǒng)的總控站點(diǎn)，它是整個供熱管網(wǎng)的供水出口以及回水入口。換熱首站在整個熱網(wǎng)中的作用就是利用從發(fā)電機(jī)蒸汽渦輪處留出的乏汽，根據(jù)室外溫度的變化，調(diào)整主閥門的開關(guān)度，讓其與供水進(jìn)行熱交換，把熱能傳遞出去。在當(dāng)室外溫度發(fā)生大的變化時，也可及時調(diào)整熱網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)熱量均攤，滿足用戶的用熱需求，并在室外溫度較高時，節(jié)約熱能，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于取暖用戶均沒有室溫自動調(diào)節(jié)裝置，為了做到即經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又保證供熱質(zhì)量，采用圖2.1所示的二次供水溫度自控系統(tǒng)對供熱工況進(jìn)行分階段質(zhì)調(diào)節(jié)。通過對各二次供熱系統(tǒng)的溫度檢測、分析，結(jié)合外界干擾因素(天氣溫度)，算出最佳的供水溫度，通過對一次熱網(wǎng)的流量控制，使供熱系統(tǒng)在滿足用戶需求量的前提下，保持最佳工況[12]。采用電動調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入凝結(jié)式汽水換熱器的一次蒸汽量，從而控制二次供水溫度，使得二次供水溫度維持在給定值上。通過控制變頻器來控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變系統(tǒng)的補(bǔ)水量，維持供水系統(tǒng)的恒壓點(diǎn)壓力恒定。圖2.1首站工藝流程圖首站通過調(diào)節(jié)供熱管網(wǎng)的供水流量、供水溫度、供水壓力來保證供熱管網(wǎng)的正常運(yùn)行。從鍋爐出來的高溫高壓蒸汽，經(jīng)過減溫減壓后，在換熱器內(nèi)與供給二次網(wǎng)的循環(huán)水充分換熱，使循環(huán)水升溫，達(dá)到二次網(wǎng)需的溫度、流量要求。循環(huán)水由循環(huán)泵加壓送出。換熱器如圖2.2所示。本系統(tǒng)所需檢測的參數(shù)為循環(huán)水進(jìn)出口溫度、進(jìn)出口壓力、瞬時供回水流量。圖2.2凝結(jié)式汽水換熱器構(gòu)造在供熱系統(tǒng)中，供暖熱負(fù)荷的計(jì)算是以建筑物耗熱量為依據(jù)的，而熱量的計(jì)算又是以穩(wěn)定傳熱概念為基礎(chǔ)。實(shí)際上外圍護(hù)結(jié)構(gòu)層內(nèi)、外各點(diǎn)溫度并非常數(shù)，它與室外溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和太陽輻射強(qiáng)度等氣候條件密切相關(guān)，其中起決定作用的是室外溫度。因此根據(jù)室外溫度變化，對供熱系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的自動控制，可適應(yīng)用戶室內(nèi)熱負(fù)荷變化，保持室內(nèi)要求的溫度，避免熱量浪費(fèi)，使熱能得到合理利用[14]。對于間接連接的供熱系統(tǒng)，宜采用溫度調(diào)節(jié)法，被調(diào)參數(shù)可以是供、回水溫度或供、回水平均溫度；主要調(diào)節(jié)參數(shù)是一次網(wǎng)循環(huán)流量和電動調(diào)節(jié)閥的開度。當(dāng)供熱系統(tǒng)在外界干擾下，被調(diào)參數(shù)的實(shí)際運(yùn)行值與給定值不一致時，就需要通過對調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)節(jié)，消除被調(diào)參數(shù)的偏差。由于供熱系統(tǒng)熱惰性大，屬于大滯后系統(tǒng)，對于調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇，適合于采樣調(diào)節(jié)，即電動調(diào)節(jié)閥不連續(xù)調(diào)節(jié)，避免產(chǎn)生振蕩，使被調(diào)參數(shù)出現(xiàn)上下反復(fù)波動現(xiàn)象，這樣調(diào)節(jié)效果反而不好。采樣調(diào)節(jié)就是對電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行間歇性調(diào)節(jié)，可采取l～2小時調(diào)節(jié)一次的方法，這要視供熱系統(tǒng)的規(guī)模大小而定。系統(tǒng)越大，調(diào)節(jié)間隔應(yīng)愈長，這樣可以充分反映延時的影響。每次調(diào)節(jié)，電動調(diào)節(jié)閥的開度變化也不能過大，調(diào)節(jié)幅度△L應(yīng)由當(dāng)前的閥門開度L和溫度偏差△t決定:%。式中a、b-大于0小于1的指數(shù)系數(shù)，它們決定于電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性。確定a、b的原則應(yīng)是當(dāng)前調(diào)節(jié)閥的開度L愈小，每次調(diào)節(jié)的幅度△L應(yīng)更小。對于間接連接系統(tǒng)，溫度偏差按下式計(jì)算:式中：—二次管網(wǎng)供、回水平均溫度給定值;—獷長二次管網(wǎng)供、回水平均溫度實(shí)際值[19]。2.3控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立本文采用一種方法是調(diào)節(jié)流量使之隨供熱熱負(fù)荷的變化而變化，使熱水網(wǎng)路的相對流量比等于供暖的相對熱負(fù)荷比，下面推導(dǎo)質(zhì)量-流量的溫度曲線方程。(2-l)式中：—熱水網(wǎng)路一次網(wǎng)側(cè)相對流量比;—相對供暖熱負(fù)荷比。根據(jù)熱水網(wǎng)路和水一水換熱器的供熱和放熱的熱平衡方程式可得出(2-2)(2-3)式中：--熱水網(wǎng)路一次網(wǎng)側(cè)供水溫度，℃;--熱水網(wǎng)路一次網(wǎng)側(cè)回水溫度，℃;--熱水網(wǎng)路一次網(wǎng)側(cè)設(shè)計(jì)供水溫度，℃; --熱水網(wǎng)路一次網(wǎng)側(cè)設(shè)計(jì)回水溫度，℃;--水一水換熱器的相對傳熱系數(shù);--在運(yùn)行工況時，水一水換熱器的對數(shù)平均溫差，℃--在設(shè)計(jì)工況時，水一水換熱器的對數(shù)平均溫差，℃。水-水換熱器的相對傳熱系數(shù)一般可以按式2-4計(jì)算:(2-4)式中:--熱水網(wǎng)路二次網(wǎng)側(cè)相對流量比。二級網(wǎng)側(cè)也采用質(zhì)量流量調(diào)節(jié)，并使,則式(2-4)可化簡為(2-5)將式(2-l)、(2-4)代入上述兩個熱平衡方程式(2-2)、(2-3)中，整理可得(2-6)(2-7)式(2-7)可轉(zhuǎn)化為(2-8)式中：--熱水網(wǎng)路二次網(wǎng)側(cè)供水溫度，℃;--熱水網(wǎng)路二次網(wǎng)側(cè)回水溫度，℃;由二次網(wǎng)側(cè)公式(2-9)

整理后得(2-10)將式(2-6)、(2-10)代入(2-8)后整理得(2-11)可以看出，式(2-11)右邊為常數(shù)，引入常數(shù)C，設(shè)(2-12)則(2-13)由此得出:(2-14)(2-15)上述的供暖溫度曲線方程中為未知數(shù)，在某一室外溫度下，和的值可由供暖系統(tǒng)的質(zhì)量-流量調(diào)節(jié)計(jì)算公式確定。通過求解即可確定質(zhì)量-流量調(diào)節(jié)時的相應(yīng)供,回水溫度和的值。通過理論分析，可以給供熱自動控制的參數(shù)控制提供依據(jù)。采用質(zhì)量-流量調(diào)節(jié)方法，網(wǎng)路流量隨供暖熱負(fù)荷的減少而減少，可以大大節(jié)省網(wǎng)路循環(huán)水泵的電能消耗。但在系統(tǒng)中需要循環(huán)水泵設(shè)置變頻和配置相應(yīng)的自控設(shè)施，才能達(dá)到滿意的運(yùn)行效果。基于經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行上的考慮，我們認(rèn)為熱源的調(diào)節(jié)在一天之內(nèi)應(yīng)以質(zhì)調(diào)為主，根據(jù)每天的負(fù)荷預(yù)測確定合適的供水溫度，向熱源提出供水溫度的要求[6]。量調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，保證管網(wǎng)末端的供回水壓差，同時控制熱源的回水溫度。熱力系統(tǒng)本身是一個大的熱慣性系統(tǒng)，且影響因素千變?nèi)f化，因此做到精確控制非常困難。這是因?yàn)橐环矫鏆庀髼l件的變化很復(fù)雜且不可準(zhǔn)確預(yù)測，另一方供熱系統(tǒng)本身存在嚴(yán)重的滯后問題，即室外氣象條件的變化是絕對的，而且對室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生影響存在一定的滯后，供熱調(diào)節(jié)又是有條件的，不可能過于頻繁地調(diào)節(jié)，而且介質(zhì)的傳輸必然產(chǎn)生一定的滯后，再加上散熱器系統(tǒng)的滯后，因此，準(zhǔn)確的供熱量需求是以負(fù)荷預(yù)測為基礎(chǔ)的，需要較長的響應(yīng)時間。但是另一方面熱力系統(tǒng)本身又是一個大的熱容系統(tǒng)，這就使得環(huán)境氣象條件的急劇變化會被熱力系統(tǒng)吸收，所謂以慢制快，再加上用戶本身的適應(yīng)能力對環(huán)境質(zhì)量的要求留有余地，因此前幾天的環(huán)境溫度會對現(xiàn)在的熱負(fù)荷需求產(chǎn)生直接的影響。所以，我們只要根據(jù)天氣預(yù)報(bào)以及前幾天的天氣狀況，建立天氣預(yù)報(bào)模型系統(tǒng)，就可以進(jìn)行較為合理準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測.在首站熱量計(jì)量已實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過大量理論計(jì)算、實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)等的負(fù)荷預(yù)測，完全可以擬合出室外溫度和首站供熱量的關(guān)系曲線。因此，按照實(shí)際需求供給熱量，做到按需供熱，才是最經(jīng)濟(jì)，最合理的運(yùn)行方案。每日的室外溫度在一天內(nèi)會呈周期性變化，由于供熱系統(tǒng)的熱容性，可以求出當(dāng)天的平均室外溫度，作為下一個供熱日的負(fù)荷預(yù)測依據(jù)。在此基礎(chǔ)上可以確定首站的供熱參數(shù)，包括流量和供回水溫度。當(dāng)采用分時段的供熱方式時，可以通過每一室外溫度段對應(yīng)一個供暖溫度的方式。換熱站供水溫度曲線可按一定時間內(nèi)的平均室外溫度平均值生成的供水溫度曲線。2.4熱力站系統(tǒng)控制原理該系統(tǒng)由二次供水溫度控制環(huán)PID(T)和一次回水流量控制環(huán)PID(F)組成串級PID調(diào)節(jié)回路，控制功能框圖如圖2.3所示。圖2.3控制功能框圖其中T0—室外溫度；T2R—二次網(wǎng)控制溫度；P2H—二次網(wǎng)控制溫度；PID(T)—溫度控制環(huán)PID調(diào)節(jié)器；T1G—一次網(wǎng)供水溫度；T2G—二次網(wǎng)供水溫度；F2B—二次網(wǎng)補(bǔ)水流量；PID(F)—流量控制環(huán)PID調(diào)節(jié)器。從T2R到T2G，設(shè)計(jì)成具有流量內(nèi)環(huán)，溫度外環(huán)的串級控制系統(tǒng)，是熱力站控制的主回路，二次網(wǎng)控制溫度T2R根據(jù)室外溫度經(jīng)補(bǔ)償運(yùn)算獲得，在一定的T2R下，各種擾動造成的T2G與T2R的偏差均可以通過PID(T)和PID(F)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使T2趨近T2R。二次定壓補(bǔ)水系統(tǒng)，從表面看是獨(dú)立于回路之外，但從整體上分析，它有著較重的作用，是整個熱力站正常運(yùn)行的前提。由于二次失水量是隨機(jī)的，造成補(bǔ)水量也是隨機(jī)的，并直接影響二次網(wǎng)供熱質(zhì)量。單片機(jī)控制系統(tǒng)必須把這個獨(dú)立回路考慮進(jìn)去，為此設(shè)計(jì)了補(bǔ)水流量F2B的前饋控制環(huán)節(jié)。通過主反饋回路雖然可以使T2G趨近T2R，但必須在T2G偏離T2R被測量后才實(shí)施調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)又經(jīng)兩級PID，造成很長滯后時間，引入補(bǔ)水前饋后，控制系統(tǒng)及時感知補(bǔ)水量增大（減?。?，在測到降低（升高）之前，只通過PID(F)加大（減?。┮淮嗡髁浚箍刂苹芈窚髸r間大大縮短，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定[7]。一次供水溫度T1G前饋的功能與二次補(bǔ)水前饋功能類似，無論一次網(wǎng)非調(diào)風(fēng)氣還是調(diào)風(fēng)氣運(yùn)行在熱電廠與調(diào)風(fēng)鍋爐房聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)—量調(diào)節(jié)方式，T1G本身既有主動變化的因素，又有受各種隨機(jī)擾動而隨機(jī)變化的可能。T1G的變化直接影響T2G的穩(wěn)定，因此需引入一次供水溫度前饋，調(diào)節(jié)原理是:質(zhì)×量=常數(shù)，即用熱載體的量（流量）補(bǔ)償其質(zhì)（溫度）的變化。2.4.1溫度控制換熱站的基本控制策略就是要保證二次水出口有一個恒定的預(yù)設(shè)定溫度，控制元件是換熱器一次網(wǎng)側(cè)的電動調(diào)節(jié)閥，該閥門控制進(jìn)入換熱器的蒸汽的流量從而控制二次供水的溫度。將預(yù)設(shè)定溫度作為給定值，測量二次供水溫度值作為反饋值，閥門的開度作為輸出值，保證二次供水溫度的恒定。預(yù)設(shè)定溫度根據(jù)室外溫度和二次網(wǎng)供回水水溫調(diào)節(jié)曲線計(jì)算得出，每個換熱站均安裝了室外溫度傳感器，通過公式(y=2.381x+68.1)計(jì)算出當(dāng)前的預(yù)設(shè)定溫度，其中X為室外的溫度。這個設(shè)定點(diǎn)是隨著室外溫度的變化而改變的。圖2.4為換熱站溫度控制系統(tǒng)框圖。圖2.4溫度控制系統(tǒng)框圖本文重點(diǎn)介紹了熱網(wǎng)首站通過檢測室外溫度，調(diào)節(jié)首站一次側(cè)的電動調(diào)節(jié)閥，控制蒸汽的流量進(jìn)而間接的控制二次站的供水溫度，達(dá)到供熱曲線(如圖2.5)。圖2.5二次網(wǎng)供回水水溫調(diào)節(jié)曲線2.4.2定壓補(bǔ)水圖2.6給出了補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓的調(diào)節(jié)框圖。一般采用旁通管定壓方式，此時壓力給定值定不變，由壓力傳感器測出循環(huán)水泵旁通管上被調(diào)壓力值，將其壓力信號反饋與壓力給定值比較。若不等，由調(diào)節(jié)器算出變頻器的輸入電流，變頻器根據(jù)輸入電流值，自動將頻率調(diào)至其相應(yīng)值，變頻器將頻率輸出信號傳給補(bǔ)水泵，進(jìn)而改變補(bǔ)水泵流量，調(diào)節(jié)補(bǔ)水量，使恒壓點(diǎn)壓力維持恒定值。圖2.6變頻調(diào)速定壓調(diào)節(jié)框圖2.5供熱系統(tǒng)的水力與熱力工況2.5.1供熱系統(tǒng)水力工況供熱系統(tǒng)中流量、壓力的分布狀況稱為系統(tǒng)的水力工況。供熱系統(tǒng)供熱質(zhì)量的好壞，與系統(tǒng)的水力工況有著密切的聯(lián)系。現(xiàn)有供熱系統(tǒng)普遍存在的冷熱不均現(xiàn)象，主要原因就是系統(tǒng)水力工況失調(diào)所致。2.5.2供熱系統(tǒng)的定壓供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行時對水壓的基本要求:保證用戶有足夠的資用壓頭(指熱網(wǎng)提供給該用戶室內(nèi)系統(tǒng)可能消耗的最大壓力)，保證散熱設(shè)備不被壓壞，保證供熱系統(tǒng)充滿水不倒空，保證系統(tǒng)不汽化，否則供熱系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。為此，需要通過對系統(tǒng)的水壓分析，制定合理的靜水壓線和恒壓點(diǎn)。靜水壓線表示供熱系統(tǒng)在靜止?fàn)顟B(tài)下，系統(tǒng)內(nèi)熱媒的總水頭值，亦即系統(tǒng)充水后保證系統(tǒng)各點(diǎn)都能灌滿水的最低水頭值。這是系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提條件。在供熱系統(tǒng)運(yùn)行或者停止?fàn)顟B(tài)下，壓力始終恒定不變的點(diǎn)稱為恒壓點(diǎn)。同一個供熱系統(tǒng)中，在無泄漏補(bǔ)水并忽略熱媒體積膨脹的前提下，恒壓點(diǎn)的壓力值唯一且等于靜水壓線值。保證恒壓點(diǎn)壓力恒定的技術(shù)措施，稱為供熱系統(tǒng)定壓。確定定壓方式，是供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在供熱系統(tǒng)中，供暖系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)或停止時，其回水管的壓力水頭都必須高于用戶系統(tǒng)的充水高度，以防止系統(tǒng)倒吸入空氣，破壞正常運(yùn)行和腐蝕管道。因此維持恒壓點(diǎn)壓力恒定是供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本前提。系統(tǒng)的定壓控制是熱網(wǎng)控制的重要組成部分PI。供熱系統(tǒng)的定壓方式有膨脹水箱定壓、補(bǔ)水泵定壓、補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓、氣體定壓罐定壓等多種。針對乘銀集中供熱熱網(wǎng)換熱站的情況，這里只重點(diǎn)介紹補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓。補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓的基本原理是根據(jù)供熱系統(tǒng)的壓力變化，改變電源頻率，平滑無極地調(diào)整補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速，從而及時調(diào)節(jié)補(bǔ)水量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定壓點(diǎn)壓力的恒定[21]。圖2.7補(bǔ)水泵系統(tǒng)示意圖該定壓方式的關(guān)鍵設(shè)備是變頻器，其工作原理是把通常50Hz的交流電先變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)過逆變器把直流電變換為另一種頻率的交流電。由于電源頻率的改變，從而達(dá)到補(bǔ)水泵調(diào)速的目的。頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可由下式表示:式中：n—異步電機(jī)即水泵轉(zhuǎn)速，r/min;f—電源頻率，Hz;S—異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率，即電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差值比;P—電機(jī)的極對數(shù)由上式可知，當(dāng)P、S一定時，電機(jī)即水泵轉(zhuǎn)速與輸入電源的頻率成正比關(guān)系。頻率愈高，轉(zhuǎn)速愈快，頻率愈小，轉(zhuǎn)速愈慢。水泵的流量G()、揚(yáng)程H(m)、功率P(w)和葉輪轉(zhuǎn)速n(r/min)之間有如下關(guān)系：由上式可知，水泵流量與頻率也成正比關(guān)系，調(diào)節(jié)頻率即調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，則可直接調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵的補(bǔ)水量。由于水泵的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，轉(zhuǎn)速下降時，功率下降極大，故變速調(diào)節(jié)流量在提高機(jī)械效率和減少能源消耗方面是最為經(jīng)濟(jì)合理的。與補(bǔ)水泵定壓相比較，補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓節(jié)能效果明顯。2.5.3供熱系統(tǒng)熱力工況熱系統(tǒng)中溫度、供熱量、散熱量的分布狀況稱為供熱系統(tǒng)的熱力工況，供熱系統(tǒng)的熱力工況與其水力工況有著密不可分的聯(lián)系，甚至可以說水力工況研究是熱力工況研究的前提。我國目前的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:一般民用住宅的供暖實(shí)際室溫t=18℃。在實(shí)際運(yùn)行時，考慮到資金、燃料的不足，室溫能達(dá)到16℃2.5.4水力工況對熱力工況水平失調(diào)的影響在散熱器的散熱量與建筑物對室外耗熱量達(dá)到熱平衡狀態(tài)下，可有如下計(jì)算公式（1）式中：—建筑物的耗熱量（W）；—室外溫度（℃）；—建筑物在室內(nèi)外溫差為1℃的熱耗損失量（W/℃）；供暖系統(tǒng)散熱器任意工況下的散熱量可用下式計(jì)算：（2）式中：—室內(nèi)溫度（℃）；—供水溫度（℃）；—散熱器的有效系數(shù)；—散熱器的流量熱當(dāng)量（KJ/(h*℃)）；將兩式聯(lián)立可得到計(jì)算室內(nèi)溫度的公式：上式反映了在供水溫度，室外溫度一定的情況下，建筑物室內(nèi)溫度與系統(tǒng)水流量G(WS)的關(guān)系，水流量等于設(shè)計(jì)流量時，平均室溫即為設(shè)計(jì)室溫。水流量愈大室溫愈高，但隨著流量的增加，室溫增加比較緩慢;水流量小于設(shè)計(jì)流量時，平均室溫低于設(shè)計(jì)室溫，而且流量愈小，平均室溫下降的幅度愈大。在通常的供熱系統(tǒng)中，由于種種原因，水力工況的水平失調(diào)難以避免。我國供熱系統(tǒng)水力工況水平失調(diào)的情況大致為:近端用戶水流量是設(shè)計(jì)流量的2-3倍，遠(yuǎn)端熱用戶水流量是設(shè)計(jì)流量的0.2-0.5，中端熱用戶水流量大體接近設(shè)計(jì)流量。在這種情況下，近端熱用戶平均室溫在20℃左右甚至更高，遠(yuǎn)端熱用戶平均室溫常常在10℃左右甚至更低。從這里可以明顯了解到，供熱系統(tǒng)各熱用戶室溫的不均勻性，即熱力工況的水平失調(diào)，主要是由系統(tǒng)的熱用戶流量分配不均衡，即水力工況的水平失調(diào)引起的第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)硬件框圖1.溫度傳感器目前廣泛使用的溫度傳感器有熱電偶、熱電阻等，本文選擇鉑熱電阻。其測溫原理是基于“熱電效應(yīng)”，將溫度信號(非電量信號)轉(zhuǎn)換成電阻信號(電量信號)輸出，測溫精度高，性能穩(wěn)定，抗氧化。通過相應(yīng)計(jì)算、校核，得到型號Pt100輸入量程0-250℃輸出量程100-157.17Ω允許誤差±0.12Ω使用場合熱水溫度及室外空氣溫度的檢測為了消除連接導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度的變化帶來的測量誤差，Pt100采用二線制與2.流量傳感器測量流體介質(zhì)的流量有許多方法，按測量原理大致分為速度式、容積式、質(zhì)量式。本文選擇的是速度式流量計(jì)，渦街流量計(jì)。它是基于“卡門渦街”原理，將流量信號Qm轉(zhuǎn)換成線性對應(yīng)的模擬信號，精度高，量程比寬，性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，壓差損失小等，適用于氣體、液體介質(zhì)。3.壓力傳感器壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。換熱站系統(tǒng)硬件原理如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)硬件原理圖從傳感器采集的各個模擬量信號進(jìn)行保持采樣放大后進(jìn)入模擬多路開關(guān)CD4051，再利用AD0809A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，以供控制、運(yùn)算處理模塊使用?？刂啤⑦\(yùn)算處理模塊是整個硬件電路的核心部分，選用AT89C51單片機(jī)作主處理器。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)在一塊芯片上集成了CPU、ROM和RAM存儲器I/O接口等而構(gòu)成的具有數(shù)據(jù)處理能力微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的具有體積小、價格低、功能強(qiáng)、可靠性高以及使用方便靈活的特點(diǎn)，很容易與測控技術(shù)相結(jié)合，被廣泛的應(yīng)用到了家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元以及通信產(chǎn)品中，成為電子系統(tǒng)中最為重要的工具。從單片機(jī)出來的信號經(jīng)過DAC0832D/A轉(zhuǎn)換、和V/I轉(zhuǎn)換。輸出的信號用來控制調(diào)節(jié)閥。圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的選擇3.2.1A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心電路，在A/D轉(zhuǎn)換時，需要把在時間上連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成代碼離散的數(shù)字量。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，必需在一系列選定的瞬間（時間坐標(biāo)軸一些規(guī)定的點(diǎn)上）對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣，然后把這些采樣值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。因此，一般的A/D轉(zhuǎn)換過程是通過采樣保持、量化和編碼這三個步驟完成的，即首先對輸入的模擬電信號采樣，采樣結(jié)束后進(jìn)入保持時間，在這段時間內(nèi)將采樣的電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后開始下一次采樣。圖3.3ADC0809與單片機(jī)的連接考慮到AT89C51為8位單片機(jī)，采用8位的A/D轉(zhuǎn)換器其接口電路最簡單，可直接掛在數(shù)據(jù)總線上。另外溫度、壓力等都屬緩變參量，中速的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器可以滿足系統(tǒng)要求。故選用8位ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器，這是當(dāng)前最流行的中速廉價型單通道8位全MOSA/D加轉(zhuǎn)換器，市場資源豐富。ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬開關(guān)，可對8路O-5V的輸入模擬電壓信號分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器SAR、控制與時序電路等，輸出具有D/A轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)選用DAC0832,DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個D/A芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。其主要特點(diǎn)如下：分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us；可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電（+5V～+15V）；低功耗，20mW。圖3.4DAC0832與單片機(jī)連接3.3放大電路和選擇開關(guān)放大電路由于從傳感器輸出的電壓一般比較小，在030mv之間，故要通過放大電路進(jìn)行放大。采用最基本的比例運(yùn)算反放大電路。圖3.5放大電路選擇開關(guān)換熱站監(jiān)控系統(tǒng)中共有8個測點(diǎn)。如果每一路都單獨(dú)采用各自的輸入回路，即每一路都采用放大、采樣/保持A/D等環(huán)節(jié)，不僅成本比單路成倍增加，而且會導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大。因此采用多路模擬開關(guān)。選用CD4501多路模擬開關(guān)，它是單端的8通路開關(guān)，具有雙向轉(zhuǎn)換功能。它采用16條雙引腳的雙列直插式封裝。CD4501是由電平轉(zhuǎn)換、譯碼器及8個開關(guān)電路組成的。電平轉(zhuǎn)換單元可實(shí)現(xiàn)CMOS到TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換功能。因此，其輸入電平范圍寬，數(shù)字量信號電平幅度可為3-20V，模擬量信號的峰-峰值可達(dá)20V。其譯碼器具有禁止功能，便于對通道狀態(tài)的控制和通道數(shù)的擴(kuò)展。圖3.6選擇開關(guān)與A/D選擇的連接3.4電源電路本設(shè)計(jì)需要為單片機(jī)AT89C51和其他外設(shè)提供工作電源，穩(wěn)壓電源應(yīng)由電源變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。整流作用是將交流電壓變換成脈動電壓，濾波電路一般由電容組成，作用是將脈動電壓中的大部分紋波加以濾除，得到較為平滑的直流電壓。由于得到的輸出電壓受負(fù)載，輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定的電壓添加了穩(wěn)壓電路。此單片機(jī)系統(tǒng)及外圍芯片供電采用78系列三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進(jìn)行濾波穩(wěn)壓。具體的電路圖如下所示：12V電源電路原理圖圖3.712V電源電路5V電源電路原理圖圖3.85V電源電路3.5V/I轉(zhuǎn)換電路AD694是AD公司的產(chǎn)品它是一種4-20mA轉(zhuǎn)換器，適當(dāng)接線也可以使其輸出范圍為0-20mA。其主要特點(diǎn)是：輸出信號范圍4-20mA或0-20mA；輸入信號范圍：0-2V或0-10V；工作電源范圍寬：4.5-36V；輸入端帶有緩沖放大器；具有開路或超限報(bào)警功能；圖3.9DAC0832與V/I轉(zhuǎn)換電路的鏈接圖3.6RS232接口電路RS-232接口是目前最常用地一種串口通信接口。它的全名叫“數(shù)據(jù)中斷設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口標(biāo)準(zhǔn)”，是1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通信的標(biāo)準(zhǔn)。目前在PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232接口。采用RS-232總線連接系統(tǒng)時，有近程通信方式和遠(yuǎn)程通信方式之分。近程通信指傳輸距離小于15m的通信，這時可以使用RS-232C電纜直接連接;當(dāng)兩臺PC系列機(jī)進(jìn)行近距離點(diǎn)對點(diǎn)通信，或PC系列機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行串行通信時，可將兩個數(shù)據(jù)終端設(shè)備直接連接，而省去作為數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的調(diào)制解調(diào)器，這種連接方法稱為零調(diào)制解調(diào)器連接。在這種連接中，計(jì)算機(jī)往往貌似調(diào)制解調(diào)器，從而能夠使用RS-232標(biāo)準(zhǔn)。在這次設(shè)計(jì)中采用了最簡單的連接方法，連接方法直接將“接收數(shù)據(jù)”與“發(fā)送數(shù)據(jù)”交叉連接，其余的信號均未用，可用軟件實(shí)現(xiàn)握手功能。圖3.10RS232接口電路3.7顯示電路這里選用LCD1602做演示。LCD1602特性：+5V電壓，對比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM，內(nèi)建有192個5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM，8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM圖3.11顯示部分電路圖3.8鍵盤電路鍵盤的組成形式一般有兩種：獨(dú)立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤就是每個按鍵相互獨(dú)立，各接一根I/O口線。矩陣式鍵盤又稱行列式鍵盤。用I/O接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行、列的交點(diǎn)上。因此在按鍵需求較多的場合，獨(dú)立式鍵盤由于占用較多的I/O端口，難以滿足設(shè)計(jì)要求。利用矩陣式鍵盤，能夠用較少的端口實(shí)現(xiàn)較多的按鍵。本設(shè)計(jì)中采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)，圖為鍵盤與主控制器的接口電路圖：圖3.12鍵盤電路第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)軟件是自動控制系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組成部分，軟件的質(zhì)量關(guān)系到整個控制系統(tǒng)的效率和性能。軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試及維護(hù)常常要花費(fèi)巨大的精力和時間。一個好的軟件應(yīng)具有正確性、可靠性、可測試性、易使用性及易維護(hù)性等多方面的性能。圖4.1所示為監(jiān)控主程序流程圖，監(jiān)控主程序上電復(fù)位后首先執(zhí)行，程序從0000H開始執(zhí)行，首先進(jìn)入系統(tǒng)初始化模塊，即設(shè)置堆棧指針、初始化RAM單元和通道地址等.接著程序執(zhí)行自診斷模塊，檢查儀器硬件電路和軟件部分運(yùn)行是否正常。若診斷結(jié)果正常，程序便進(jìn)入顯示模塊、鍵掃描與處理模塊、通訊模塊的循環(huán)圈中。在監(jiān)控主程序執(zhí)行過程中，通過鍵盤和顯示器進(jìn)行人機(jī)對話。圖4.2為自診斷程序流程圖，在該程序中，先設(shè)置1測試數(shù)據(jù)，由D/A電路轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，再從多路開關(guān)4通道輸入，經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換后送入主機(jī)電路，通過換算判斷該數(shù)據(jù)與原設(shè)置值之差是否在允許范圍內(nèi)，若超出這一范圍，表示系統(tǒng)異常，以便及時處理。圖4.1監(jiān)控主程序流程圖圖4.2自診斷程序流程圖4.2控制程序流程圖控制程序由采樣程序、數(shù)字濾波，標(biāo)度變換和線性化處理、判斷通道、超限報(bào)替、補(bǔ)水泵切換模塊以及循環(huán)水泵切換等模塊組成，其框圖如圖4.3所示。其中1通道為二次網(wǎng)供水溫度，8通道為室外溫度，6通道為二次網(wǎng)流量。采樣周期為1s，時鐘中斷信號發(fā)出中斷，主機(jī)響應(yīng)后，即執(zhí)行控制程序。數(shù)字濾波模塊的功能是濾除輸入數(shù)據(jù)中的隨機(jī)干擾分量。采用算術(shù)平均值濾波方法。圖4.3控制程序流程圖4.3部分模塊流程圖補(bǔ)水泵模塊流程圖兩臺補(bǔ)水泵在工作時，其中有一臺補(bǔ)水泵處于變頻調(diào)速狀態(tài)，而另一臺補(bǔ)水泵為工頻恒速或停機(jī)等待狀態(tài)。水泵切換程序是根據(jù)設(shè)定的壓力與壓力傳感器檢測到的現(xiàn)場壓力信號之差△P來控制的。當(dāng)△P>0時，增加輸出電流的大小，提高變頻器的輸出頻率，從而使變頻泵轉(zhuǎn)速加快，實(shí)際水壓得以提高;如果△P<0，則降低轉(zhuǎn)速，使實(shí)際壓力減小.如果實(shí)際壓力太小，某臺調(diào)速泵調(diào)整到最大供水量仍不足以使△P=0，則該臺變頻泵切換至工頻，而增加下一臺泵為變頻工作;如果實(shí)際壓力太大，本臺調(diào)速泵調(diào)整到最小供水量仍不足以使△P=O，則關(guān)閉上次轉(zhuǎn)換成工頻的水泵，再進(jìn)行調(diào)整。這樣，每臺泵在工頻和變頻之間切換，做到先開先停，后開后停，即所謂的循環(huán)調(diào)頻，各泵均衡運(yùn)行，合理利用資源，延長泵的使用壽命，減少維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用。水泵切換程序如圖4.4所示。圖4.4補(bǔ)水泵切換程序流程圖循環(huán)泵模塊流程圖在不同室外溫度階段，開啟不同的循環(huán)泵臺數(shù):氣溫在-20℃以下，開啟三臺循環(huán)泵;氣溫在-20℃-10℃時，則開啟兩臺循環(huán)泵;氣溫在-10℃圖4.5循環(huán)泵切換程序流程圖4.3.3A/D轉(zhuǎn)換模塊流程圖本實(shí)驗(yàn)測量電路測得的電壓值為模擬信號。要將此模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，從而送入單片機(jī)處理。此A/D轉(zhuǎn)換過程也叫數(shù)據(jù)采集。該部分的采樣過程為：分別設(shè)采樣次數(shù)和采樣數(shù)據(jù)位置首地址，啟動A/D轉(zhuǎn)換，等本次采樣結(jié)束，延時一段時間，進(jìn)行下一次采樣。直到全部采樣結(jié)束。采樣子程序流程如圖所示：圖4.6A/D轉(zhuǎn)換子程序鍵盤模塊流程圖本設(shè)計(jì)中選擇程序掃描法對鍵盤進(jìn)行識別，讀取鍵狀態(tài)。程序掃描實(shí)際上是指在特定的程序位置段上安排鍵盤掃描程序讀取鍵盤狀態(tài)，主要完成判斷鍵是否被按下、按鍵消抖處理、按鍵定位等操作。掃描過程實(shí)際上是先使列線輸出全為低電平，然后判斷行線狀態(tài)，若行線全為高電平，表示無鍵被按下；若行線不全為高電平表示有鍵被按下，然后依次使每條列線為低電平，再判斷行線狀態(tài)，當(dāng)行線全為高電平時，表示被按下的鍵不在本列；當(dāng)行線不全為高電平時，表示被按下的鍵在本列，把此時的行線狀態(tài)與列線狀態(tài)合在一起即為被按下的鍵的位置。具體步驟如下：（1）檢測是否有鍵按下。方法是先使P2.4～P2.7輸出全為0，然后讀P2.0～P2.3的狀態(tài)，若為全1則無鍵閉合，否則表示有鍵閉合。（2）有鍵閉合后，調(diào)用20ms延時子程序，消除按鍵抖動的影響。（3）確認(rèn)鍵閉合后，接著判斷為哪一個鍵閉合。方法是對鍵盤進(jìn)行掃描，即依次給每一條列線送0，其余各列都為1，并檢測每次掃描的行狀態(tài)。每當(dāng)掃描輸出某一列為0時，相繼讀入行線狀態(tài)。若為全1，表示為0的這列上沒有鍵閉合。若不為全1，表示為0的這列上有鍵閉合。確定了閉合鍵的位置后，就可以計(jì)算出鍵值，即產(chǎn)生鍵碼，然后根據(jù)鍵值進(jìn)行相應(yīng)的散轉(zhuǎn)處理。程序掃描法按鍵識別流程圖如圖所示:圖4.7按鍵識別流程圖由于在設(shè)計(jì)中，充分考慮到硬件滿足現(xiàn)場控制的要求，在硬件設(shè)計(jì)上留有一定的冗余，隨著換熱站設(shè)計(jì)規(guī)模的不同，環(huán)境的變化，用戶對舒適性要求不同，希望系統(tǒng)也能隨著調(diào)整。因此在軟件設(shè)計(jì)上，采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法，使得程序簡單易值，便于整個系統(tǒng)軟件的更新升級和及時維護(hù)。第5章系統(tǒng)抗干擾分析5.1系統(tǒng)抗干擾分析自動控制系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的。其中，系統(tǒng)的抗干擾能力是衡量其可靠性的一個重要指標(biāo)。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，各種干擾散布在工作空間。所謂干擾就是系統(tǒng)內(nèi)部或外部無用信號對有用信號的不良作用。由于干擾信號的存在，會導(dǎo)致較大的數(shù)據(jù)采集誤差和執(zhí)行器的誤動作。為了提高數(shù)據(jù)采集的精度和執(zhí)行器動作的準(zhǔn)確性，就必須消除或抑制噪聲干擾，把抗干擾作為自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不可忽視的一個重要內(nèi)容。圖5.1系統(tǒng)干擾類型圖如圖所示，空間干擾(場干擾)通過電磁波輻射竄入系統(tǒng);過程通道干擾通過與主機(jī)相連的前向通道、后向通道及其它主機(jī)的相互通道竄入;供電系統(tǒng)的干擾通過傳輸線竄入系統(tǒng)。1.空間干擾的解決一般而言，空間干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其它兩個渠道竄入的干擾，可采用良好的屏蔽與正確地接地、高頻濾波、絞扭線對法加以解決。2.供電系統(tǒng)干擾的解決任何電源及輸電線都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾。其表現(xiàn)為過壓、欠壓、停電、浪涌、下陷、降出、尖蜂電壓、射頻干擾等?？刹捎孟铝写胧┘右越鉀Q:（1）使用交流穩(wěn)壓器。用來保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓、欠壓，抑制電網(wǎng)電壓的波動，提高整個系統(tǒng)穩(wěn)定性;（2）使用隔離變壓器。由于高頻干擾是通過變壓器的初、次級之間的寄生電容耦合的。因此，將隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抗共模干擾等;（3）使用電源低通濾波器。由諧波頻譜分析可知，電源系統(tǒng)的干擾大部分是高次諧波，所以使用低通濾波器濾去高次諧波，讓50Hz市電基波通過，以改善電源波形;（4）使用分散獨(dú)立功能塊供電。在每塊系統(tǒng)功能模塊上用三端穩(wěn)壓集成塊組成穩(wěn)壓電源，每個功能塊均設(shè)電壓過載保護(hù)。既有利于電源散熱，減少公共阻抗的相互耦合以及和公共電源的相互耦合，而且不會因?yàn)槟硥K穩(wěn)壓電源的故障，而使整個系統(tǒng)發(fā)生癱瘓，極大地提高供電的可靠性。3.過程通道干擾的解決過程通道是前向接口、后向接口與主機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?，在過程通道中，長線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時會出現(xiàn)延時、畸變、衰減和通道間的干擾?？刹捎孟铝写胧﹣肀ＷC長線傳輸?shù)目煽啃?光電耦合隔離措施。采用光電耦合器將主機(jī)與前向、后向以及其它主機(jī)部分的電路聯(lián)系切斷，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主機(jī)，抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，提高過程通道的信躁比;長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?。長線傳輸時，阻抗不匹配的傳輸線會產(chǎn)生反射，導(dǎo)致信號失真。阻抗匹配可從始端匹配、終端匹配兩方面進(jìn)行。良好的阻抗匹配可減少信息波的反射和振蕩提高動態(tài)抗干擾能力;雙絞線傳輸。雙絞線與同軸電纜、扁平帶狀電纜相比，具有波阻抗高、抗共模噪聲能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能使各個小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾相互抵消，對電磁場有一定的抑制效果。但對接地與節(jié)距有一定要求，須阻抗匹配。長線的電流傳輸。長線傳輸時，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。本文采用變送器直接輸出4-20mADC電流在長線上傳輸，而在接收端可并上精密電阻250Ω(型號RJJ-0.25W)，將此電流轉(zhuǎn)化為1-5VDC的電壓，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器。接地在自動控制系統(tǒng)抗干擾中占有重要地位。地線類型有:信號地(模擬信號地、數(shù)字信號地、信號源地)、功率地、屏蔽地、交流地、直流地。實(shí)踐證明，接地是抑制干擾的重要方法，良好、正確地接地與屏蔽有機(jī)的結(jié)合，可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲干擾，防止外部干擾的竄入，解決