新型燃油锅炉微机监控系统

新型燃油锅炉微机监控系统
摘要阐述了新研制的多功能燃油锅炉微机监控系统的主要功能、电路结构及其软件、硬件的设计特点该系统可以对主炉燃烧机炉体内热交换器、采噫开水和温水电磁阀以及水泵、油泵机组进行有效的控制，从而实现了一炉同时能供采暖、卫生温水开水三用的目的。使燃油锅炉的整体性能大为提赢
然油锅炉是近几年发展较快的环保供热产品。与传统燃煤锅炉相比，它以新颖的一炉同时多用功能热、一次性投资省体积/＼无压无尘无噪音运行以及环境洁净安全等显著优点，成为中小型锅炉的必然升级换代产品随着国家综合实力和环保意识的增强以及人民生活质量的不断提高。燃油锅炉己显示出其强大的市场生命力。针对目前中小型燃油锅炉的市场需求，笔者已开发出新型燃油锅炉系列产品的微机监控系统，实现了集开水采暖和卫生温水三用一体的环保供热产品的计算机监控。
1系统工作原理及功能
本系统由80C52单片机为核心构成调节单元：由各温度传感器和水位、油位传感器以及外部输入开关量构成测量单元：由水泵、油泵机组和开7-K.卫生温水采暖等电磁阀以及风量、油量控制阀组成执行机构。系统组成如图1所示。
1.1控制过程
80c52单片机系统每隔一个采样周期采样一次各温度点信号，再经数字滤波和浮点运算，转换成实际温度后与用户的给定值进行比较（若温度传感器采用热电偶，还须经冷端补偿、如果炉温低于给定值，则启动主炉燃烧机（为降低整体运行成本，这种小容量经济型的燃油锅炉通常采用二段式或三段式燃烧机。通过两点式开关信号进行控制1当一段火燃烧一定时间后仍未达到上限温度时，则启动二段火当控制温度超过给定温度上则关闭二段火，并进行超温声光报警及汉字显示“超温”报警
此外，为满足不同用户对本单位开水卫生温水及采暖自动供水时间设定的需求，系统要求CPU在每一采样周期对用户设定的定时开关状态进行检测查寻若用户已打开定时开关并己设定某种供水方式和供水时间，则系统将执行当前设定方式下的自动定时控制，并取出相应方式下的各参数饴定、膻作为控制指标
1.2系统功能
系统具有参数设息手动方式、自动方式、应急处理和开水、卫生温水、采暖状态转换五大功能
各种运行方式均能用触摸式键盘操作。进行用户级现场编程设定。
采用M GL19264液晶图形显示模块（一屏可显示48个汉字或符号），对系统运行状态及故障状态信息进行实时显示。
定时运任用户在一日之内多可选8次定时运行。某种供水方式下定时运行的各种参数均可由用户根据实际情况选择设定
液位控制根据贮水箱水位状态，自动控制水泵机组的启停及燃烧机的启停；同时采样油箱油值，对油泵机组进行启停控制当缺油状态达一定时间，将自动停止系统运行并进行“缺油”报警
单片机根据给定炉温控制燃烧机的同时。对开水管内的水温进行采样，根据开水温度设定值控制开水电磁阀的开启或关闭，以开水水质
故障报警及保护在系统运行过程中。监控程序时刻对各种故障状态进行监控，一旦出现某种故障，立即发出声光报警，液晶显示屏上显示故障信息以及应急处理指示信息，同时，系统将自动切换到相应的保护状态，待人工处理排除故障
2系统硬件设计
2.1模拟量输入单元
由ADC0809和ICL7109 A／D转换器组成，其中一路用于对系统当前所选工作状态的采温、常温以及采暖标准参照室温的分时转换系统中水 图2K型热电偶冷端补偿电路温传感器采用K型热电偶
笔者设计了简单有效的冷端补偿电路如图2所示，图中f为常温信号，ti为热电偶电信号
2.2开关量输入输出通道
DI /DO通道由I/O接口芯片8255A组成，其PA口、PC口作为输出，PB口作为输入PA口用于输出燃烧机各段火水泵、油泵、开水、卫生温水和采暖电磁阀等开关量控制信号以及各种故障的声光报警信号。PB口用于系统运行时对锅炉各外部设备状态的监控，如水位、油位信号以及燃烧机各种故障信号的输入全部开关量信号均采用光电耦合方式与CPU单元进行隔离。以提高系统的可靠性
2.3显示电路
系统采用的液晶图形显示模块与CPU之间有直接 数据访问和间接控制两种接口方式前者将显示模块直接挂 片选在CPU总绒上，该方式在系统未扩展I/O口时适用，否则在显示模块使用中再对I/O口读写易出现“花屏”现象
由于本系统既有外部扩展RAM，又有I/O口，故采用间接控制方式笔者采用74LS245来扩展I/O口 图3显示模块的I/O口扩展电路电路简单实用。如图3所示
2.4键盘输入通道
系统的运行方式以及相应的参数，可根据用户需要随时进行现场编程调整。并将结果存入SRAM中o显然，这里是以键盘管理程序较大的编程量为代价，来换取用户在系统调试中的方便以及通过性强的优点。孙强等：新型燃油锅炉微机监控系统
2.5时钟通道
为可靠地实现定时开机和各种供水方式的定时控制，定时通道采用达拉斯公司的时钟芯片D S128 87A等器件组成它除能完成时钟定时功能外，还带有114个SRAM,这种非易失性静态RAM，用来存贮前已提及的运行方式定时参数等
3监控软件设计
系统监控软件由主程序、中断服务子程序和各功能子程序组成监控软件严格按模块化结构设计，由G BASIC和汇编等混合语言编程实现
3.1主程序
当系统上电或复位后。主程序完成对RAM参数区置初值。对中断控制器8259键盘、时钝定时器及I/O通道的初始化操作，并对系统运行方式和调节参数进行自检，随后转入对各端口状态的巡检，对各种执行机构的启停控制以及运行做障信息显示等主程序流程如图4所示下面介绍几个重要的功能模±央o
1)系统工作状态检测模块
系统工作状态有自动方式I、自动方式II、手动方式、参数设定和应急处理五种。按常规处理这些状态要占用I/O口资源，同时使得硬件接口电路变得复杂再就是采用计数方式。但往往计数方式的电路抗干扰能力差，可靠性低为了使硬件接口电路简单可靠，系统工作状态的自动检测采用了在工作状态转换波段开关的备波段之间串接电阻，以对给定电压进行分压，再对各分压点（模拟量）采样，后经A/D转换和状态标定运算，其结果即与五种工作状态一一对应状态检测子程序框图
在燃油锅炉监控系统系列产品中，按锅炉容量及控制精度分为两大类一类是容量较小的经济型燃油锅炉，其燃烧机一般配有二段火（或三段火），其炉温采用开关量控制，其控制予程序框图如图6所示
另一类是配给容量较大。对炉温控制精度相对要求较高的燃油锅炉，燃烧机只需一段火该系统配有Bang -Ba ng控制与PID相结合的快速算法，即大范围调节时采用Ban g-Bang控制。小范围内切换到PID控制这样在调节过程中，当控制系统的给定值从一种状态变到另一种状态时。所经历的过渡过程短。
3)延时子程序
系统中大量的状态和数据需实时检测或刷瓤程序中不宜有过多的循环以避免不必要的CPU开销但系统在控制过程中要频繁用到一些不等的延时为解决系统实时性与延时等待之间的矛盾，延时子程序均采用“扫描”法，即定时器To每隔10 ms中断一次，对30H单元进行加1操作，随即退出中断在延时子程序中将30H单元的数据与延时常数进行扫描比较，若二者相等，说明延时时间已到，随后进行相关操作；若二者不等即延时未到，则立即退出延时予程序继续处理其他实时任箢这种方法克服了在程序中由于循环和延时死等所造成的间浪费，满足了系统的实时性要求，并且系统中频繁调用的延时子程序仅占用一个字的RAM和1位标志位，而效果上却相当于单片机CPU具有多个定时器用这种软定时器的方法解决大延时在实时系统中很有实际意义o延时子程序框图如图7所示
3.2中断服务子程序
11定时器To中断
定时器To每隔10 ms中断一次。对30H单元加1此外31H单元与30H同时加1至100时向32H单元进位。即32H单元每加1表示1 s定时到。这些单元主要为在主程序中扩展软定时器做准备o
2) A/D中断
系统中要求对多路模拟量进行检测，由AD7109 7016组成多路巡回检测单元测量单元除应满足A/D转换精度要求外，还A/D转换的可靠性在调试中发现，次孙强等：新型燃油锅炉微机监控系统
A／D中断后所采的数据往往不可靠。应丢弃。此时对同一模入通道再进行A/D转换。待第二次或第三次A/D转换完成后引起中断。再读数据才是可靠的稳定值o由于系统中各点温度相对变化较慢，为进一步各通道A／D转换结果的可靠性，程序中对当前通道第三次A/D中断以后的连续三次转换结果进行算术平均。用此值作为当前点的实际值被证明是可靠的。
3.3传感器“断偶”检测与软件保护
在炉温控制过程中。一旦传感器出现故障。同样会造成系统失控“断偶”现象熟电偶断开）是常见故障之—。为使“断偶”时不致造成系统失控，硬件电路设计了此时使采样信号置为- 3V（实际炉温采样信号约在旷1V左右），再经过A /D转换为数字量，程序一旦检测到信号为- 3V，则判定为“断偶”故障并进行相应的报警等处理
4结 话
本监控系统己先后安装在北京、西安西宁等不同地区的多台燃油锅炉上。经过一年多的实际运行表明，其性能稳定可靠，保护措施，现场安装调试方便，用户操作维护简单配备了监控系统的锅炉整体在无渣、无尘、无噪声的环境下自动运行，热达92VO。由于生物质燃烧机长期工作在佳运行点上，运行费用低，自动化程度高，开水水质好，使用安全卫生、方便