[精品]锅炉温度控制系统设计 - 毕业论文设计 - 图文(3)

既缩短了系统的开发周期，又保证了系统的稳定性，节约了开发成本。

本系统的电源采用市场上常见的W7800(7800)系列7805电源稳压芯片，数字信号和模拟信号分别采用单独的供电回路，以避免电源的干扰。利用继电器控制燃烧器和给水泵的加热和给水。当锅炉内的水的实际水温超过报警温度值，系统会发出报警声音，这时接在单片机一端的继电器动作，燃烧器断电。此时温度传感器实时对锅炉温度检测，当温度降到设定值的下限时，继电器重新通电。燃烧器电源重新接通，锅炉继续加热。如此反复监控温度。这样对锅炉温度控制不仅可以节约能源，提高能源的使用率。使用LCD液晶显示器显示水位的上下限值、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值；利用温度传感器DS18B20采集测量锅炉水温。此外，为防止锅炉干烧和锅炉水溢出，本系统对锅炉的水位进行实时监控，避免造成能源浪费以及水溢出引起的锅炉爆炸等严重后果。

2 系统方案选择及工作原理

实现本系统设计要求的方案有多种，以下介绍两种控制方法： (1)用PLC为控制器，热电阻热电偶作为测温器件，实现闭环控制。

(2)用单片机结合温度传感器和加热执行机构对温度进行控制，键盘修改温度参数、显示。

每一种方案都有其各自的优点。本章详细列举、说明了两种不同的设计方案的优缺点进行对比，选出了最佳控制方案。 2.1 系统设计方案 方案一：采用PLC为控制器

此方案用PLC作为主要控制器的核心，利用热电偶作为测温器件，然后通过一个变送器将温度转换成电压信号，送入到AD转换器进行模拟到数字量的转换，转换结果转送入PLC，由PLC根据给定值与测量值的大小作比较得到一个偏差，再由DA将偏差数字量转换成模拟量来调节加热丝的工作时间或者通过调节不同电压来调节加热丝的加热功率，最终达到锅炉恒温控制的目的。系统原理框图如下图2.1所示：

实际温度

图2.1 方案一的原理框图

方案二：采用51单片机为主控芯片

采用AT89S51单片机、温度传感器DS18B20、7805电源稳压芯片、液晶显示器LCD1602等核心部件。该方案采用液晶显示器来显示当前采集的温度值、当前水

位、水位的上下限值、预先设定的温度报警值，接口简单、直观而且编程强度不大。用不锈钢管制作成的装置放于水位上下限。这样就可以缩短系统的开发周期，减少系统成本开销。另外，温度传感器DS18B20的温度测量范围、响应时间、稳定性、精度都要比热敏电阻好。当系统采集到温度信号后与设定温度进行比较得到一个偏差，然后通过PID运算，从单片机P1.0输出一个PWM波形来控制固态继电器的导通与关闭，从而控制锅炉的加热丝在一个固定周期中通电加热时间的长短来达到恒温控制的目的。

从组成结构上来看，以PLC为控制器的方案安装接线比较繁琐，而实际显示需要单独的显示屏，调节温度时不太方便，若要改变给定值，需要添加专门的输入模块或者需要重新下载控制程序。而51单片机控制系统，整个控制系统可以规划到一块PCB电路板上，从而安装起来更加方便，而且其功能比较齐全，显示模块简单，调节温度可通过键盘来设置，使用很方便。

从成本上来看。以PLC为控制器的方案比较昂贵，51单片机控制系统更加经济。考虑到用户的心里接受倾向，51单片机控制系统更有市场推广价值。

通过以上分析和比较从而得出：锅炉温度控制系统采用单片机作为控制器的系统比PLC控制系统成本更低，使用更加方便快捷。基于上述原因，最终确定采用方案 2.2 系统结构框图

锅炉温度控制系统的主控部分由单片机构成。通过按键电路进行温度报警值的设定，并对锅炉的水温进行采集及处理，然后与报警值重新启动进行加热处理。以此重复对锅炉温度控制。同时为结合实际需要，本系统亦比较，当温度值大于温度上限值(报警值)时就报警，停止加热。当温度少于温度下限值时，对锅炉水位进行控制。液晶显示，显示水位上限值，水位下限值以及温度报警值和实际温度值。图2.2所示是其系统结构框图。

在工业生产中，锅炉是一种重要的动力系统。其中锅炉的温度过程控制，又是一个重要环节。本系统过程控制系统主要应用于燃气锅炉的水温控制系统。在燃气锅炉里面，天然气液化石油气作为燃料，锅炉中的水作为加热对象。温度传感器的输出信号经调理电路处理后作为单片机系统的输入信号。本系统要采样的是锅炉的水温和锅炉的水位控制信号。