工业锅炉的温度控制系统-开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告题 目： 工业锅炉的温度控制系统 学生姓名： 学 号： 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 年 月 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年2月26日”或“2004-02-26”。1 结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：温度是国际单位制基本量之一, 也是工业过程控制中的主要参数。为了确保产品质量的稳定可靠,温度测量系统是许多生产企业必备的基本装置,特别是电热,热处理,电炉冶炼,炉衬耐火材料等行业更是广泛而普遍的使用,为了确保其温度示值准确可靠,对测温系统进行定期或不定期的计量检测是十分必要的,也是我们计量测试中心经常的工作项目之一,研讨计量检测方法的有效性和准确性自然成为我们的课题,结合自身多年的工作实践,现就炉温测量系统的计量检测作简单的探讨。在热处理行业中, 工业锅炉的应用越来越广泛, 同时对锅炉的温度控制系统提出了越来越高的要求。在大多数工业发展过程中，必须加强系统本身的温度控制能力，要加强系统本身的非线性与多变量性的整合能力，改善温度控制与变化的不足，提高非线性的时变参数，提高工作环境的随机性，避免受到其他因素的干扰影响。而且还要实现常规的数学工具的技术，利用计算模型确立一种温度的控制与调节的方法，这种方法必须建立在较好的PID 环境背景下，参数制定的条件必须要发展凑效，而且PID 参数的规模必须要经验丰富有效，随着生产规模的扩大，现有的温度控制系统已经很难满足生产工艺的要求与标准了。未来研究工业锅炉的有效发展道路必须要满足现阶段的节能环保特性，还要动态化管理温度的调节， 要让温度控制与节能环保保持在一种均衡的发展模式之中，要求将人工操作的经验与数据的真实记录完美结合， 形成语言控制规则，让非线性、时变性的信息科学、合理的处理，利用专家经验提供较好的查询，构成一个独立自主自适应系统，服务工业锅炉的炉温控制与发展，达到控制要求。锅炉是工业生产过程中的典型温度控制对象，温度是锅炉生产质量的重要指标之一也是保证锅炉设备安全的重要参数,同时，温度也是影响锅炉生产效率的主要因素。如果锅炉温度过热，过热器容易损坏，会严重影响锅炉运行的安全。由于锅炉的温度控制很难用数学的方法建立模型，所以锅炉温度控制技术的研发和进步以及锅炉温度控制技术的应用都非常重要。下面对几种温度控制技术做简单的分析。1 基于PID 的电锅炉温度控制系统该系统首先通过热电偶传感器监测锅炉的温度，收集的信息经过AD电路出送给PLC控制器，PLC控制器因此作出计算，并判断锅炉的温度，当温度处于上升状态时，就会继续加热，当温度处于稳定状态时PID会计算并输出控制信号，PLC传送信号给PC机，系统因此做出高温显示并发出警报。PID控制是工业生产中经常采用的控制技术，但当被控制的设备有复杂的非线性特性时，控制系统会出现反应迟钝，难以实现控制效果。BP神经网络PID 控制却可以克服这一难点，它可以计算出任何非线性函数从而匹配控制参数，实现控制程序的正常运行。2基于DDC 的锅炉温度控制系统数字控制DDC系统是工业生产计算机控制系统中用得做广泛的一种系统应用形式。这类系统中的计算机除了经过输入通道对多个工业过程参数进行检测采集外，它不容代替模拟调节系统中的模拟调节器，按预定的调节规定进行调节运算，然后将运算结果通过过程输出通道输出并作用于执行机构，以实现多回路调节的目的。系统中除了输入和输出通道外,一般还有一个功能较强的控制操纵台,在操纵台上可调整被控参数的给定值、显示或打印采样值、声光报警装置也在操纵台上。DDC系统不仅可对一个回路进行控制，而且通过采样实现对多个回路的控制。另外，DDC系统只要改变程序还能实现串级，前馈等复杂的控制，直接数字控制系统可实现常规的PLD(比例、积分、微分)调节,也可实现其它复杂或先进的调节规律,调节规律的改变只需控制软件。不同的是硬件部分除按需适当增减通道的数量外,一般不需作大的变动，所以使用比较灵活，DDC系统是一个“在线”的半环控制系统。现场模拟量信号通过变送器转换成0-10mA.DC或4-20Ma.DC或0-5V.DC的模拟量信号，通过有关端子输入计算机A/D板，或电阻信号通过电阻信号转换板与其它现场毫伏信号进入信号调理板，再输入A/D板，经A/D转换后以实际工程量屏幕显示气包水位、蒸汽压力等影响工业锅炉运行安全性、经济性的主要参数以及给水调节阀位、给煤机构转速等执行机构的位置信号，这些信号用来控制、打印制表、数据存储、经济量累积核算等。对工业锅炉主要参数进行直接控制是微机DDC控制的主要功能之一。 DDC是是计算机利用模拟量输入通道和开关量输入通道收集信号数据，并依照程序设定的参数进行计算，然后输出控制信号控制生产的过程。DDC系统闭合控制系统，是计算机自动化控制在工业生产中的重要应用形式。该设计原理也是通过AD功能的数据模块以及监测执行软件形成的一个过程控制方式，把锅炉水温作为被控参数，把锅炉内胆温当做控制量，经过系统的计算和判断，发出控制信号，实现锅炉的温度控制。过程中温度的测量，是通过一次性仪表获取，并转变成电流信号，通过AD的作用，计算机根据设定的控制反应对数据进行计算，从而得到控制量的变化值，并输出数据到执行部分，实现控制机能。参考文献11刘宝元,张玉虹,姜旭,段存丽,胡加兴.基于单片机的温湿度监控系统设计J.应用天地.2009,28(12):77-80.2U.-C. Moon and K. Y. Lee A boiler-turbine system control using a fuzzy auto-regressive moving average (FARMA) model, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 18, no. 1, pp.142 -148 20033J. Li and C. Qian Global finite-time stabilization by dynamic output feedback for a class of continuous nonlinear system, IEEE Trans. Autom., vol. 51, no. 5, pp.879 -884 20064丁珠玉，陈建，李云武，吴达科。基于模糊PID的花椒烘房温度自动控制系统J。农业工程学报，2010,26（13）：32-26。5姜文佳，姜永健，姜广田，于锡纯。模糊PID控制算法改进及在温控系统中的应用J。控制系统，2006,13（4）：338-3406李颖冲，陈小强，王思明，严芳。基于模糊控制自适应PID的陶瓷窑炉温度控制系统仿真J。中国陶瓷，2009,45（7）。7张晓芳. 基于C51 的单片机温度控制系统设计J. 苏州市职业大学学报.2009,20（4）：36-38.8高建树,徐亮亮. 基于单片机的多点温度烟雾测控系统设计J. 微计算机信息.2009,25(7-2):73-75.9 古华 ,严根华“. 水工闸门流固耦合自振特性数值分析”.振动、测试与诊断.2008 年第28 卷第3 期10 蒋智翔, 杨小昭. 一种新型的电储热系统- 自储能电锅炉介绍 C . 2004 中美工业锅炉先进技术研讨会会议论文集,2004: 380- 384.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：（1）研究或解决的问题a 了解工业锅炉温度控制系统的工艺过程，对被控对象进行整体分析，设计整体系统方案；b 根据工业锅炉温度控制系统的特点，完成系统的硬件设计，包括温度采集电路、按键和显示电路、电源模块、报警电路、驱动电路等；c 在硬件设计基础上，完成系统软件部分的设计，包括主程序模块、检测滤波模块、键盘显示模块等；（2）拟采用的研究手段及途径A 收集资料设计总体方案B 根据设计要求和过程控制原理完成工业锅炉温度控制系统对象模型的建立并确定参数。C 设计硬件电路的各模块D 根据设计要求，对参数进行配置，并根据流程图进行程序编写，将采集到的数据进行转化、处理，与设计所要求的范围进行比较，编写相应的处理和控制程序。对各子模块进行编程、调试，再对系统总体调试。（3）硬件系统 本系统硬件主要包括:单片机的最小系统、温度采集电路、按键和显示电路、电源模块、报警电路、驱动电路、升降温装置等,系统的结构如图所示。单片机 采用AT89C51,它是美国ATMEL 公司生产的一种低功耗、低电压、高性能的8 位单片机。温度控制系统 采用美国DALLAS 的单总线数字式温度传感器DS18B20, 温度测量范围为 55 125，测温分辨率可达0.0625。显示电路 系统设置3 位8 段LED 数码管, 驱动数码管采用芯片MAX7219,内含88 位双口静态SRAM ,可保存8 位LED 数据。温度上下限设置模块 温度上下限设置模块包括四个按键:(1)温控开关键S1:是温控与非温控之间的切换键。(2)模式切换键S2:进行模式之间的切换,模式包括设置温度上限模式、设置温度下限模式,每次按下该键就在这两种模式之间切换。(3)温度上下限减少键S3:减少温度上下限的值。(4)温度上下限增加键S4:增加温度上下限的值温度控制 驱动电路采用继电器驱动方式, 继电器采用增强型固态继电器H220D15,其内部采用光电隔离方式.电源模块 电源模块由220V 交流电源经电磁干扰滤波器、电源变压器、整流滤波器和三端集成稳压器7805, 提供5V 电压给AT89C51 单片机液晶和DS18B20传感器。报警电路 本设计采用蜂鸣器报警电路,它由晶体管和蜂鸣器组成。温度显示报警电路升温装置降温装置置AT89C51 单 片 机温度采集按键设置电源模块 （4）软件系统软件设计采用模块化的设计流程, 软件设计主要有: 主程序、初值设定子程序、温度读取子程序、LED 显示子程序和输出控制子程序等。主程序设计包括单片机本身的初始化、键盘扫描、温度显示等。初值设定子程序完成对温度初值的设定及数据保存; 温度读取子程序完成对温度传感器数据的读取,并通过LED 显示子程序显示温度值;输出控制子程序则根据温度的数值完成对输出口的控制。 开始初始化有键按下？调用处置设定程序温度采集温度显示是否超出温度范围？报警YYNN指导教师意见： 指导教师： 年 月 日