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1、1 绪论锅炉参数监控，是过程控制的典型实例。锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉 30 多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。1.1 系统的基本原理控制系统原理图如图1 所示，设给定值为5.4Mpa,广义被控对象的传递函数为1()(1)(5)dWss ss。图 1 控制系统原理图1.2 PID 控制PID 控制是自动控制中最基本的控制方式，其实质是根据输入的偏差值，按
2、比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用于控制输出。在实际应用中，根据被控对象的特性和控制要求，可以灵活地改变PID 的结构，常用的结构有：比例（P）调节、比例积分（PI）调节、比例积分微分（PID）调节。为了提高控制性能，可以对PID 算法进行改进，比如积分分离PID算法、不完全微分PID算法、变速积分PID算法等。2 硬件电路和控制算法（PID 控制器）仿真设计2.1 输入、输出通道扩展2.1.1 D/A转换输出电路数字量输出通道的主要任务是把计算机输出的数字量信号转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的。这个任务主要由D/A转换器来完成的。图 2 所示为 D
3、AC0832 与 80C51单片机的双缓冲方式接口电路。由于DAC0832 内部有锁存器，所以不需其他接口芯片，便可与80C51数据总线相连，亦不需保持器，只要没有新的数据输入，它将保持原来的输出值。单片机D/A 执行机构被控对象反馈环节D/A 广义被控对象给定值名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -图 2 2.1.2 A/D转换输入电路模拟量输入通道的任务是把被控对象的过程参数压力模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。A/D 转换器的作用就是把模拟量转换为数字量，是模拟量输入通道必不可少的器件。图3 采用的是中断方式硬件接口，需要将EOC 引脚与单片机
4、的外部中断引脚连接。图 3 2.2 报警电路如图 4，包括闪光报警和鸣音报警。闪光报警最简单也是最常用的一种报警方式，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -发光二极管反相连接，其正端接+5V，负端通过限流电阻与I/O 口线相连。鸣音报警采用的单频音报警，接口电路简单，其发音元件通常可采用压电蜂鸣器，当蜂鸣器2 引脚上加 3-15V 直流工作电压就能产生3KHZ左右的蜂鸣振荡音响。图 42.3 人机交互（键盘、显示）2.3.1 键盘电路独立式键盘接收各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。因此，通过输入线
5、的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。图5 为查询方式的独立式按键工作电路，按键直接与8031 的I/O 口线相连，通过读I/O 口，判定各 I/O 口线的电平状态，即可识别出按下的按键。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -图 5 2.3.2 显示电路由于需要显示的内容只是数码和某些字符，所以使用的显示器是LED（发光二极管显示器）。这种显示器成本低廉，配置灵活，与微机连接方便。具体连接图如图6 所示：图 62.4 控制算法（PID 控制器）及仿真设计临界比例度法适用于已知对象传递函数的场合。在闭合的控制系统里，将调节器置于纯比例作用下，从小到大逐渐改变
6、调节器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。此时的比例度称为临界比例度Kp，相邻 2 个波峰见的时间间隔称为临界振荡周期Tk。采用临界比例度法时，系统产生临界振荡的条件是系统是3 阶或 3 阶以上。断开系统微分器的输出连线和积分的输出连线，Kp值从小到大进行试验，观察示波名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -器的输出，直到输出等幅振荡曲线为止，记下此时的比例度 Kp=30，临界振荡周期 Tk=2.8。具体如图 7:图 7 根据表 1 选择比例度 Kp，积分时间 Ti,微分时间 t 对系统进行 PID控制整定。得到单位阶跃响应曲线如图8：控制器类型比例度积分时间常数
7、微分时间PID Kp/1.7 0.50Tk 0.125Tk 17.647 1.4 0.35 表 1 图 8 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -3 主要元器件原件型号标号个数C51单片机8031 U1 1 片DA转换器DAC0832 U2 1 片AD转换器ADC0808 U4 1 片锁存器74LS373 U3，U5 2 片8 段码显示器DPY_7-SEG_DP DS1-DS4 4 片三极管NPN Q1 1 个发光二极管IN4007 D1，D2 2 个蜂鸣器YS LS1 1 个晶振CPYSTAL Y1 1 个电解电容30pF/5V C1，C2 2 个电解电容1
8、0pF/5V C3 1 个运算放大器LM158 U1A 1 个非门74LS04 U12，U14-U18 6 个与非门74LS00 U13 1 个或非门U10，U11 2 个按键开关SW-P8 S0-S8 9 个晶片电阻100（0402）R1 1 个晶片电阻350（0402）R3,R4 2 个晶片电阻200（0402）R10-R17，R21-R28 16 个碳膜电阻10K(0402)R2 1 个碳膜电阻2K(0402)R5 1 个表 2 参考文献资料1 范立南，李雪飞.计算机控制技术.北京：机械工业出版社.2009 2 陈夕松，汪木兰.过程控制系统.北京：科学出版社,2005 3 潘新民.微型计
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