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1、第一章绪论11.1题目来源及研究意义1L2国内外研究现状11.3本文主要研究内容3第二章系统方案选定42.1供热系统简介及改进42.2系统方案确定52.2.1控制系统原理72.2.2控制电路结构图72.2.3系统技术参数82.2.4系统工作任务82.2.5控制算法的确定92.2.6补水控制方案确定11第三章硬件电路设计153.1硬件电路的基本组成153.2前向通道设计153 .2.1温度传感器154 .2.2压力传感器163. 2.3流量传感器183.3 单片机系统设计223. 3.1CPU的介绍224. 3.2单片机最小系统设计255. 3.38255A扩展接口286. 3.4外部电路键盘与
2、显示智能控制芯片HD7279307. 3.5打印机PP40338. 3.6ISD1420语音芯片实现的报警电路369. 3.7电源以及通讯部分383.4 后向通道设计413.4.1D/A转换电路413.4.2驱动电路43第四章软件设计464.1 设计思想464.2 温度控制算法464.3 程序设计48总结52致谢53附录1：单片机控制的智能供热监控系统原理图56附录2：程序清单51第一章绪论1.1 题目来源及研究意义供暖的重要性在人们生活中的不亚于水和电，民用、工业用、办公用建筑都要配备完善的取热设施。在全球都提倡节能、减排的口号下，采用合理供热方式不但可以提高供热系统能效，响应全球口号，而且
3、对解决居民“温饱”问题和建设全面小康社会具有重要意义。目前，集中供热已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。供热行业当前的主要任务是提高供热系统能效、降低能耗，降低造价，供热计算机的应用提高了系统的工作效率和设计质量，对实现该任务有良好的帮助。因此，计算机控制的集中供热方式对节能、环境保护、降低成本和提高效益都具有重要意义。1.2 国内外研究现状供热系统是由锅炉房、热网管道、凝结水回收、管道保湿、阀门、疏水阀和有关仪表组成的完整系统。系统是否完善关系着运行是否安全、环保和节能，是否合理用热，因此需要搞好供热系统的管理工作和不断采用新技术。国外则采用了较为简便的技术，像
4、是美国MDS公司SCADA系列数字电台在城市集中供热系统的得到一定的应用。该公司的系列数字电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，电台提供标准232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达19200bps,误码低于10E-6（接收电平TlOdBm时），发射功率0.5-25瓦可调节，任何型号电台可设置为主站或远程站使用，无中转通信距离达50公里以上，能适应室内或室外的恶劣工作环境。电台数据和话音兼容，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式，收发同频或异频中
5、转组网，并具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。城市供热控制中心设一主站，远端设有多个从站，从站通过标准232接口与RTlJ/PLC连接，可实时监控管网供热的全过程，清晰地反映各站点实时运行情况，详细监测管线站点的运行参数，集中采集温度、压力、瞬时流量、累积流量等参数值，城市集中供热实行自动化管理后，改变了以前供热出现意外故障中短而无法极时修复，减少民众对供热公司的抱怨，同时使工作效率有了极大的提高，实现了对各支点管道的实时管理。北欧三国所有的供热系统中均采用计算机自动监控，之所以在供热技术那么发达的国家那么广泛的采用这种供热方式，是因为它具有
6、突出的优点：只需要很少的操作人员，不仅提高了劳动生产率，而且提高了系统的热效率。以上为国外供热研究现状，在我国，传统的供热技术（如采用锅炉采暖系统和热电联产集中供热系统等）较国外的技术相差甚远，效率低、能耗大、污染严重。根据06年第八期月刊中刘永勇、王成军、陈晓霞写的克拉玛依市中心城供热技术发展趋势指出，在供热系统运行中，普遍存在的一些问题是：不能及时掌握集中供热系统的运行工况，实时观测整个系统中热源出口、管网、换热站运行参数，因此不能依此迅速发现系统运行工况是否与供热需求相匹配，系统中各个部位供热参数是否运行正常，以便指导锅炉房迅速查找问题并及时合理调整运行工况。这主要是由于供热系统中换热站
7、没有有效的调节装置和根据热负荷的变化进行实时调节的自控系统。造成供热一次管网水力失调严重，使一些换热站偏热，而另一些换热站偏冷，供热效果不好、热量浪费的现象无法解决。其供热系统，在仪表计量、通信、自动控制方面，技术装备低，缺乏技术手段，难以对生产运行进行科学严格的管理。而国内现今结合智能化的控制的现代化供热技术，克服了传统供热系统存在的缺点，提高供热管理水平，消除水力失调，节能降耗。现今智能供热系统已是个供热企业中大力发展的一项新技术。例如，秦皇岛市在供热技术方面，在这几年中就有很大的改进。秦皇岛热力总公司于2000年首次在集中供热项目中引进了芬兰LoNIX公司热力站机组自控和无线遥测技术，其
8、自控系统是个集散控制系统，各热力站为独立控制，可根据当地室外气温，调节一级网供水管上电动调节阀，实现对二级网供水温度的控制。中控室不能干预各热力站的控制，总的原则是中央监测，就地控制。数据传输系统采用的是LON网络技术，无线传输方式。基本实现了换热机组的本地自控和无线通讯功能。唐山市热力公司西部供热工程在1998年建立了微机监控系统，该系统为集散型微机控制系统，对全网86个热力站进行监控，其中有12个典型站设有无线通讯装置，与监测中心构成通讯网络。19981999年的采暖期间，该公司监测中心和部分热力站监控系统投入运行，在温差不变的情况下，电厂循环水量由3200吨/时降到2200吨/时，主循环
9、泵提供的供回水压差增加，改善了不利热力站的水力工况，使其二次线供水温度有所提高，改善了供热效果。其它城市也在不同程度上建立了微机监控系统。目前国内有两种不同的供热系统计算机监控方式，一种是采用中央集中式监控方式，所有的指令都由主控室下达，本地站只是执行上级指令；另一种是中央和本地分工协作监控办法，主控室只负责全网参数的监视，本地站根据设定值自动控制。随着系统的扩大，监控水平要求的提高，后面一种更是今后发展的方向。在过去几年里，相对于国外技术，我国供热技术存在以下不足：1、自动控制方面并不够智能。当热源供热能力不足时，会出现前端用户“抢热”,后端用户“过冷”现象，造成大网严重水力失调，同时，室外
10、气温变化比较频繁，而热源参数调节与各热力站调节不能同步，造成自控系统的震荡和热网水力工况的失稳。2、数据传输或是通讯方面。一是由于信号干扰或建筑物阻挡等原因，造成部分热力站信号传不上来；二是数据传输无主动上传功能，只能是自上而下采集，而不能主动由下至上传输，当热力站参数超限或故障报警时，不能自动上报中控室，而需由-完整版学习资料分享一-值班人员来完成；三是由于采取巡检方式检测各站运行数据，所有热力站巡检一次约需半个小时，故不能采集同一时刻热网参数，从而不能科学准确地对热网进行数据分析和水力工况分析。随着国内计算机发展速度的加快和网络通讯的不断发展，供热技术也在不断提高，智能的供热系统对以上情况
11、的改善显得更为迫切和需要。1.3 本文主要研究内容本文内容包括：智能供热监控系统的研究意义，根据单片机智能供热要求确定方案，设计系统的硬件和软件。本系统采用ATM89C51系列单片机作为CPU,设置PtloO温度传感器、压差传感器、涡轮流量计等传感器元件对供回水、补水、供热蒸汽的温度、压力检测，对回水、补水的流量检测，通过测量电路、A/D转换后把数据传送到CPU,CUP根据已经设置好的温度范围进行比较判断，并发回命令调整供回水的压力以及流量，最终达到自动控制温度的目的，这对于保证供热品质和节省能源都有着非常重要的意义。本系统还安装了键盘，显示以及打印机，方便了数据的读取、切换和统计，使管理层对
12、供热过程和供热品质有最直观的了解。第二章系统方案选定2.1 供热系统简介及改进采暖供热系统分为传统的采暖供热系统和智能自动化监控供热系统。传统的采暖供热系统有锅炉采暖系统和热电联产集中供热系统。锅炉采暖主要包括燃煤锅炉和燃油、气锅炉，前者运行成本低，但能源转换效率，对大气的污染严重,后者虽然对环境污染远小于燃煤系统，运行调节灵活，节省了燃料量和运行费，但是油、气等燃料价格昂贵，系统的一次能耗较高，使得燃油、气锅炉的运行费昂贵。以热电厂为热源的区域供热系统，常见形式是热电厂中汽轮机的抽汽或背压排汽通过热交换器将热量传递给热水，并通过热网输送到各采暖用户。热电联产集中供热系统在所有采暖形式中，热电
13、联产一次能耗是最低的，这使得热电联产系统的环境污染也很小，若使用传统的管理方式和传统的系统控制，则存在着效率低，损耗大，控制精度不高，工人劳动强度大，费用高等缺点。由于供热需要消耗大量的能源，而我国当前的能源形势十分严峻，因此节能是实现可持续发展战略的最有效、最经济的途径。采取最有效的解决方案是采用更为合理的供热方式来提高换热效率，提高系统能效，节约资源。采用智能控制集中供热系统方案是当今提倡的改良方案。该系统主要解决现有油田供热系统以人工调节供热装置，致使供热效果不好、缺乏整体协调性、难以达到供热系统整体最佳状态的不足，其特征在于：所述集中供热系统还包括一个智能控制器，该智能控制器接收来自于
14、温度传感器、压力传感器的信号并向电动调节阀发出控制信号，所述温度传感器、压力传感器接收来自于供水管线、回水管线、回水缸、分水缸的温度和压力信号，具有供热效果好、能够实现供热系统的智能化控制、节省能源的特点，因此是目前各供热企业中大力发展的一项新技术。采用该智能控制系统,将使中央供热机组的自动化水平和可靠性指标达到新的高度，并使机组在操作方便化、管理科学化、节能化、和省力化等方面获得巨大的进步。该系统满足楼宇自动化的要求，开发成本低，符合智能大厦、高层建筑等采暖空调和卫生热水供应的需要。随着我国楼宇自动化水平的普及和提高，该系统具有广阔的应用推广前景。智能自动化监控，采用智能全数字计算机管理，性
15、能稳定，抗干扰性强能够实现目标管理，为安全生产的有序可控提供了先进的手段，奠定了良好的物质基础。现代科学技术的发展，技术应用成本的大幅下降，使供热系统实现智能自动化监控成为可能。智能自动化监控，通过实时数据控制运行分析，减少了人为因素所带来的安全隐患，极大地提高了系统的安全可靠性;应用现代科学技术来完善供热系统;高达20%的节能效果,使供热安全与经济效益得到有机的结合。实践证明，设备自动化水平的提高是保证供热安全的重要途径之一。集中供热系统中采用智能控制系统，主要是区别于以往使用的常规自动控制系统，所谓“智能”是指系统网络建立采用了分级递阶智能控制方案，即系统网络结构分为执行级和组织协调级。而
16、执行级的控制方案是采用了模糊控制思想。2.2系统方案确定计算机控制系统所采用的形式与它生产过程的复杂程度密切相关，不同控制对象和不同的控制要求，应有不同的控制系统方案。根据计算机在控制系统中所起的作用，计算机控制系统大致可分为：操作指导控制系统、分布式控制系统DCS、直接数字控制系统DDC、监督控制系统。以下是对这四种系统的大致描述。1、操作指导控制系统OIS,在该系统中计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。该系统常用在计算机控制系统
17、设计与调试阶段，进行数据检测、处理及试验新的控制程序等。2、集散控制系统DCS,采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治的管理模式。它实际上是一个分级结构的计算机系统，是有一台或数台主计算机和若干单片机构成的计算机系统，所以也叫主从结构或树形结构，单片机绝大部分时间都是在并行工作的，只是必要时才与主机通讯。3、直接数字控制系统DDC,是单片机在工业控制中应用最普通的一种方式，属于闭环系统。在这种方式中，单片机作为系统的一个组成部分或环节，直接参与控制过程。一台单片机可以对多个被控参数进行巡回检测，并把检测结果和给定值进行比较,再按事先约定的控制规律进行运算处理，然后通过D/A和反多路开关控制
18、执行机构动作，从而对系统运行进行调节控制。4、计算机监督控制系统SCC。SeC系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DCC系统汇总计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能进行在最佳状态,而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等，它是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。SCC系统有两种形式：SCC+模拟调节器控制系统；SCC+DCC控制系统。SCC+模拟调节器控制系统是按一定得数学模型对生产工况进行分析、计算得出控制对象各参数的最有给定值，使工况保持在最优状态，而SCC+DDC是通过SCC给出最优给定值，通过与DDC通讯，将给定值送给
19、DCC级执行过程控制。这种分级控制效果能提高系统的可靠性。本系统若采用SCCDDC控制系统后可实现以下功能。1、实时系统检测。通过计算机自动检测，可以全面、及时地了解供热系统的运行状况，如供热运行的温度、压力、流量、热量等参数，避免以往的凭经验调节和调节滞后。全面了解供热运行状况，是一切调节控制的基础。2、对系统运行自动控制。供热系统在运行过程中，热用户设定温度以及室外温度的变化，经常性的流量调节是必不可少的，手动调节无法保证精度。计算机监控系统，则可按照预先设定的程序，通过电动调节阀实现温度调节，达到流量的均匀分配,消除冷热不均现象。3、消除热系统固有特性影响，增强系统按需供热功能。热力站计
20、算机监控系统可通过软件开发，配置供热系统热热负荷预测程序，则可根据前几天的运行参数、室外温度，预测将来某一段时间的供热负荷，进而实现对系统的运行指导，在消除热系统滞后影响的同时，达到节能的目的。4、保障系统可靠安全运行。计算机监控系统可通过建立相应的故障分析软件，可通过对供热运行参数的分析，及时判断，并采取相应的保护措施，以便及时抢修，防止事故进一步扩大，设备损坏北京工业大学工学硕士学位论文严重，保证安全供热。5、建立系统运行档案。计算机监控系统可以建立各种信息数据库，能够对运行过程中的各种信息数据进行分析，并根据需要打印各类运行记录，贮存历史数据，为今后量化管理和进一步优化系统提供了基础。6
21、、为整个集中供热系统的优化运行提供基础。热力站监控系统可以监测及储存当前运行数据和预测未来系统的运行负荷，为系统的整体运行既优化提供了必需的数据。针对集中供热所出现前端用户“抢热”，后端用户“过冷”的现象，本文提出使用单片机控制的智能供热监控系统的系统方案，SCC+DDC控制系统方案，本系统可以精确的检测和合理调配，使系统供应的能量更为均衡，还可以自动检测故障等优点，充分开发利用热能，能保证供热系统稳定、高效、经济地运行。2.2.1控制系统原理集中供热的工作方式为热源厂通过输汽管道将过热蒸汽输送到各换热站，在换热站中蒸汽经热交换器将采暖热水加热，循环泵通过供热管道将热水送到各热用户。因此，换热
22、站作为热源厂与热用户之间的中间环节，对供热质量起着重要作用。本文介绍的供热控制系统，能够根据不同的供热时段和温度采取不同的供热策略，保证热用户的室内变化不超出某一范围（182C）,保证供热系统的安全可靠运行，同时节约能源。系统运行时，需对供热蒸汽管道、供水管道、回水管道的温度、压力、流量、热流量以及用户室内温度等参数进行测量与控制。图21为系统总体控制原理简图。图21系统总体控制原理简图系统的主要测控设备采用工控机，负责对换热站中供热蒸汽管道、供水管道、回水管道的温度、压力、流量、热流量等参数进行测量与控制；用户测量终端负责测量典型用户的室内温度，并将测量数据通过光电隔离20mA通讯电流环传送
23、给工控机；热水流量仪负责对主要管道末端供水、回水的温度、压力、流量及热量进行监测，并将数据传送给工控机。此外还配有显示屏、PP40彩绘打印机等。2.2.2控制电路结构图系统是针对换热站中的多个换热器,要完成的数据采集功能包括采集总输入的热蒸汽的温度、压力、流量值及输出到各个热用户单位的温度、压力、流量值,通过这些参数分别对各换热器的进行出水温度和补水控制，通过RS-485通讯网与前沿AT89C51单片机组成的数据采集器与上位机进行通讯，实现发送各种命令。可有PC机直接发送各种过程保护控制信号。生产过程中实时性要求较高的信号，诸如过流保护等，不受定时通信的影响，这可保障电力系统安全稳定运行。结构
24、图如图2-2所示:打印机显示器图2-2控制电路结构图2.2.3系统技术参数系统的主要技术参数要求有：(1)可实现集中供热中供热站主要运行参数自动远程集中监控。(2)对供回水、补水和供热蒸汽的温度、压力测量，供回、补水的流量测量。(3)根据室外大气温度的变化自动调节供、回水温度的平均值，保证供热温度。(4)根据供、回水压力的变化自动调节供、回水温度的平均值，保证供热温度。(5)保证数据动态显示、打印，具有温度、压力越限警告功能。(6)具有通讯功能，实现上位机的远程管理。2.2.4系统工作任务该系统根据现场工艺要求，每个换热站内控制器需要完成的功能有:室外温度、一次热网供回水温度、压力及流量检测，
25、二次热网的供回水温度、压力以及补水流量等检测及控制，具体实施过程是:每个换热站设置一套控制器及数据测量、控制仪表，使整个供热系统构成一套完整的SCADA系统，由监控中心对整个系统进行监控。通过控制器实现下列功能：(1)温度补偿。控制器可因换热站周围温度的不同而自动调整二次供水温度的设定值,从而保证了用户的室内温度保持恒定,满足室内的取暖需求。(2)热流量限制。每个换热站在一年的供暖时期内，用户恒定,需要的热量也不变,故热流量没有变化,通过一次侧流量检测并加控制阀进行控制，使每个换热站的热量供给恒定，既保证了换热站的热量需求、避免热量的浪费,又可将更多的热量供给远端换热站,从而满足远端用户的热量
26、需求。(3)水流量限制。对供水流量进行检测，并实施供水泵变频控制,可以保证供水流量满足用户需求,避免供水资源浪费及过多的电力消耗。(4)回水温度限制。检测回水温度,并对回水温度过高进行限制，当回水温度过高时,适当降低水流量。这样可以保证热量全部供给用户，保证用户室内需求,使得热量充分被利用，提高供热系统的热效率。(5)回水温差限制。系统中包含此项功能的益处是：避免热量没有被充分利用,在供热高峰期间降低水流高峰;动态保证尽可能低的回水温度；降低热网的传输费用;可以接入更多的用户。(6)结垢检测。可降低换热器的维护、保养费用，使设备仅在需要时才进行清洗，另外可以检测到设备的换热效率,并提高系统的整
27、体性能。根据以上论述,集中供热系统对换热站、热力管网进行监控后，现有热能被充分挖掘，既节约了投资、避免资源浪费,又满足了用户需求。2.2.5控制算法的确定控制算法是为了实现控制系统的控制功能和控制规律由微型机所实现的控制计算方法。因此，控制算法是微机按控制功能和控制规律编写成相应的程序。执行该算法程序，便可完成对生产过程对象的控制。实现计算机控制的关键是设计合适的控制算法。由于供热网控制系统是一个大时滞和非线性系统，这种特性可能引起供热系统的不稳定;而且由于供暖期需要昼夜24小时保持比较稳定的室内温度，而室外温度每日、每时都在变化，相应造成房屋耗热量的变化，为了适应室外温度的变化，保持热平衡及
28、稳定的室内温度，就必须对锅炉的供热量进行有效的控制和调节。目前对于温度的控制大多是采用PlD控制。这种方法简单，便与实现，但是对于象退火炉这样的大滞后、大惯性和时变性的温度控制系统，采用传统的PID控制，同一组控制参数很难兼顾不同退火工艺的控制要求，控制的超调大，调节时间长，控制效果较差，且一组整定的参数不能完全适应不同的退火工艺要求还易产生较大的是超调。常见控制算法有以下几种。1、数字PID控制算法M数字PID控制器是按偏差的比例(Proportional)、积分(Integra1)、微分(DifferentiaD的线性组合构成控制的调节器，它使用广泛，灵活，可按系统的要求,调整不同的PlD
29、控制参数。它控制效果好，特别是对于时间常数比较大的被控对象来说有其一定的特点，实现良好的控制。但是经典的PlD控制需要知道被控对象精确的数学模型，而供热网温度控制器的参数选择十分困难。PID控制器方框图如图2-3所示:图2-3PID控制器方框图2、模糊(Fuzzy)控制模糊控制系统是一种自动控制系统，以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑推理为理论基础的微机数字控制系统工作过程可以描述为：将输入量转化为模糊量供模糊逻辑决策系统用，模糊逻辑决策器根据控制规则所决定的模糊关系R,应用模糊逻辑推理算法得出控制器的模糊输出控制量，然后经精确化计算得到精确的控制值去控制被控对象。它模拟人的思维，苟
30、照一种非线性控制，以满足复杂得、不确定性的过程控制的需要。模糊控制系统结构图如图2-4所示：图2-4模糊控制器方框图-完整版学习资料分享一-由于模糊控制不需要知道被控对象精确的数学模型，且其鲁棒性能较强，所以得到广泛应用。3、FUZZy-PID控制模糊控制和经典PID进行不同形式的结合构成复合模糊PID控制器3。这种控制算法的特点是根据偏差的大小采用不同的控制算法。当温度偏差较大时采用FUZZy控制，可以加快响应速度，当温度偏差较小进入稳态过程后切换到PlD控制，消除静差，提高控制精度。供热模糊PlD控制器是在普通模糊控制的基础上，增加一个常规的PlD控制器从而构成了一个混合PlD模糊控制器，
31、同时增加了一个系统常规库B,用于对常规PID控制器得参数进行模糊调节。通过规则库B对PlD控制器得积分参数在线调节，间接调整了系统控制规则，并对由于模糊化使常规模糊控制器丢失的信息进行了补偿，因此可增强控制系统的鲁棒性、自适应能力、提高系统的控制精度，避免了普通PID模糊控制器在模糊控制与常规的PlD控制器之间切换时产生的“毛刺”，使系统性能得以提高和完善。因此，在现行的集中供热中模糊PID控制器被广泛应用。对以上控制算法小结：PID控制结构简单，参数调整方便等优点，而PID控制的性能取决于参数的整定情况，对那些对象模型复杂和难以确定精确模型的控制系统，具有很大的局限性，而且它的快速性和超调量
32、之间的矛盾关系，使它不一定能满足调节时间短、超调小的技术要求。模糊控制鲁棒性好，无需知道被控对象的数学模型，且在快速性方面有着自己的优势，但模糊控制易受模糊规则有限等级的限制而引起稳态误差。模糊PlD控制可以实现自动对PID参数的最佳调整，应用在具有明显的纯滞后、非线性、参数时变类似于温度这样特点的控制对象可以获得很好的控制性能。大量的理论研究和实践也充分证明了用模糊自整定PID控制温度是一个非常好的解决方法。它不仅能发挥模糊控制的鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的特点，又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度。因此在温度控制器设计中，采用PlD参数模糊自整定复合控制，实现PlD参数
33、的在线自调整功能，可以进一步完善PlD控制的自适应性能，在实际应用中也取得了较好的效果。因此，系统采用模糊PlD控制算法。2.2.6补水控制方案确定为了保证供热系统正常运行，需采取定压补水控制。供热系统定压补水控制的原理图，如图2-5所示。当供热系统中膨胀水量小于漏失水量时，需对供热系统进行补水，否则难以维持供热系统的定压点压力，供热系统无法正常工作，因此深入研究供热系统定压补水方法有助于提高供热系统运行的可靠度。供热系统定压补水的控制原理当供热系统漏水时系统压力降低，定压点的压力传感器将此信息（电压信号）传给比较器，压力调节器根据比较器输出的偏差信号启动执行器（补水泵）向供热系统补水，使定压
34、点的压力升高，压力偏差逐渐减小，当压力偏差为0（即测量值等于给定值）或很小时，补水泵停止运行。压力调节器为自力式压力调节阀或电接点压力表113压力测量值压力 干扰量图2-5供热系统定压补水控制原理图1.比较器2.压力调节器3.执行器4.调节对象5.压力传感器1、补水定压的原理及方式补水定压的原理是利用循环泵入口处网路回水的压力控制阀门开度，当压力过低时，启动补水泵，阀11开大，增加进入网路的补水量，使压力回升到要求的压力；当压力过高时，阀H关小，减少进入网路的补水量，使压力下降到规定值。始终保持系统压力在规定的范围，保持补给水泵补给的水量与系统的泄漏水量相适应，从而维持系统动水压曲线的位置，达
35、到整个网路稳定运行。热水采暖系统定压方式有：高架水箱定压;补给水泵定压；惰性气体（氮气）定压；蒸气定压。其中氮气定压、蒸气定压因需消耗氮气、蒸气，设备也较复杂，多用在供水温度较高的供热系统中，低温热水采暖常采用补给水泵定压方式。如图2-6所示。图2-6补给水泵补水定压工作原理示意图1一除污器；2网路循环水泵；3换热器；4软化水箱；5一补给水泵；6分水器；7集水器；8止回阀；9压力表；10一热用户；11补给水控制阀2、补给水泵补水定压存在的问题,换热站采用补给水泵补水定压存在以下几方面的问题：系统调整频繁。突发性事故多。为避免事故的再次发生，除加强运行人员的工作责任心外，对系统的补水定压方式作一
36、些改进是十分必要的。3、换热站补水定压的工作原理和改进方案I(1)工作原理当系统初运行时，系统注水靠初运行补水泵将软化水补入系统，直至系统充满，并达到规定的压力范围内，然后启动循环泵正常运行。系统正常运行后，关闭初运行补水泵，由压力控制器(14)控制恒压点的压力值在规定的范围之内。若恒压点的压力下降到规定压力的下限时，压力控制器(14)接通，发出信号，常闭电磁阀(4)打开，喷射补水环路接通，这时，循环水泵出口处的一小部分高压水经冲射水管(3)进入水射击器(1),产生喷射作用，经引射水管(12)抽吸软化水箱(11)内的软化水,在水射器内混合后，通过逆止阀(8)经补水管(7)补入系统；当恒压点压力
37、达到规定压力上限时，压力控制器(14)断开，电磁阀(4)关闭，切断喷射补水环路,停止补水。压力控制器与循环水泵电气连锁，即只有启动循环水泵，压力控制器才通电，处于工作状态。如果电磁阀(4)失灵，可关闭截止阀(5)根据回水管上的压力显示，手动控制旁通阀(6)进行补水。(2)改进方案通过参考有关资料和分析思考，对换热站提出了由原来的补水泵补水定压改为水喷射器自动补水定压主要由水喷射器、电磁阀、逆止阀及压力控制器组成。由补给水泵补水定压改进为水喷射泵自动补水定压，除能消除补水泵定压存在的不足，还具有如下优点:能避免因启动频繁而引起的系统运行不稳定。自动调节，减少了突发性事故。结构方面，更简单、紧凑、
38、制作安装容易，占地面积小，节省基建投资。维护方面，维修量少，无运转部件，不需备用设备及备品备件。图2-7采用水喷射器自动补水定压方式的热水供暖示意图1水射器；2循环水泵；3冲射水管；4电磁阀；5截止阀；6一旁通截止阀；7补水管；8一逆止阀；9安全阀；10初运行补水泵；11软化水箱；12一引射水管；13初运行吸水管；14一压力控制器；15一补水控制截止阀；16一换热器；17一分水器；18除污器；19一集水器；20一供热用户第三章硬件电路设计3.1硬件电路的基本组成本系统的关键是单片机对供热蒸汽管道、供水管道、回水管道的温度、压力、流量、热流量等参数的测量与控制，并将测量数据通过光电隔离20mA通
39、讯电流环传送给工控机；热水流量仪负责对主要管道末端供水、回水的温度、压力、流量及热量进行监测，并将数据传送给单片机，因此需要控制器、数据采集与处理电路，数据传输和通讯电路，报警电路，硬件接口电路，包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、A/D转换器、D/A转换器、主机、显示器和键盘、执行器、电源等。以下是对部分组成器件的作用简要说明。传感器和执行器传感器将供热系统的运行参数和故障信息转换为电信号，包括温度、流量、压力、系统最不利点压力值等。执行器直接操作热力站系统中各种泵、阀、电机等。信号转换模块将传感器信号调理为标准的模拟量和数字量输入送给微机并将微机输出信号进行功率放大后驱动执行器。主机主
40、机实时测量出供热系统各运行参数并且控制执行器做出正确动作，要求抗干扰能力强，能够长期不间断地稳定运行。通讯由于各热力站遍布于整个供暖区域，必须考虑与管理调控中心通讯功能，远程数据通信比较可行的方法有InternCt或者使用Modem通过电话线直接进行串行通信。从实时性和安全性考虑，选用后者。总的来说，系统主要分为前向通道、单片机系统和后向通道。3.2前向通道设计3.2.1温度传感器供热控制系统中需要检测室外温度、一次热网供回水温度、二次热网的供回水温度。所以测温元件采用性能稳定、寿命长、互换性好的标准伯电阻温度传感器。因此本设计采用了温度传感器PtlOOo1、温度传感器PtlOO的工作原理金属
41、钳具有电阻温度系数大，感应灵敏；电阻率高，元件尺寸小；电阻值随温度变化而变化基本呈线性关系；在测温范围内，物理、化学性能稳定，长期复现性好，测量精度高，是目前公认制造热电阻的最好材料。但伯在高温下，易受还原性介质的污染，使钳丝变脆并改变电阻与温度之间的线性关系，因此使用时应装在保护套管中。-完整版学习资料分享一-利用钳的此种物理特性制成的传感器称为钳电阻温度传感器，通常使用的钳电阻温度传感器有Ptlo0,电阻温度系数为0.0039/C,(TC时电阻值为IO0。，电阻变化率为0.385IQ/oCo粕电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200C650C)最常用的一种温度检
42、测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。在IEC75国际标准，温度系数7CK=0.003851,P00(E0=100Q)、PflOOO(RO=1000)为统一设计型钻电阻。PtlOO传感器是利用钳阻的阻值随温度变化而变化,并呈定函数关系的特性来测温的。其温度/阻值对应关系为：(1) -200VtV(TC时，OO=1001+Ar+Br+Cr2(r-100)(2) 0CWtW850C时，R叩OO=100(I+4+8产)2、PtlOO的主要技术参数 测温范围：-200+850C; 允许偏差值：A级+/-(0.15+0.002t),B级+/-(030+0.005111); 热响应时间V
43、30s; 最小置入深度2200mm; 允通电流W5mA;3.2.2压力传感器在集中供热系统中，回风管道内必须按照要求安装过滤网，以滤除供热现场带走的灰尘。通过对过滤网两端的压差的测量，可及时了解过滤网的通风状况，以解决是否进行清洁。在本次设计中选用的是欧德1151系列电容式差压变送器，该传感器是北京欧德仪表科技有限公司生产的，1151系列电容式差压变送是以微处理器为核心的压力传感仪表，是基于传统1151的元件的两线制智能变送器。1151系列压力/差压变送器,可配31/2位数字LCD液晶显示器作现场输出指示,也可配指针式电流表0100%作现场输出指示。(1)、性能特点(1)就地按键调整零点和量程
44、；(2)量程比15:1或10:1；(3)阻尼可调；(4)输出电流开平方功能；(5)具有自诊断及故障输出报警功能；(6)带有EEPROM非易失性存储器不怕断电丢失数据。(2)、技术指标测量介质：液体、气体和蒸气测量范围：详见型号表供电电源：1245VDC,带LCD数字显示器为15-45VC,一般为24VDC输出信号：420mA负载特性：载电阻RLW50（Vs-12）C,其中VS为供电电源电压指示表：电流表线性指示0100%和平方根指示010,或31/2位LCD液晶显示百分数或测量值防爆：a.隔爆型：d11BT5b.本质安全型:iallCT6量程和零位：外部连续可调正负迁移：差压变送器：最大正迁移
45、量为500%；最大负迁移量为600%压力变送器：最大正迁移量为500%；最大负迁移量不大于大气压绝对压力变送器：最大正迁移量为500%；无负迁移环境温度范围：一般变送器：一25C75C带现场显示器：-1570过载压力：不超过规定压力的1.15倍湿度：相对湿度为0100%容积变化量：V0.16cm3阻尼（阶跃响应）:在0.2s到L67s之间可调启动时间：2s,不需要预热精度：0.2%,0.25%,0.5%,具体见型号规格表稳定性：六个月内不超过变送器精度温度影响：在最大量程时，每10C变化量静压影响：在最大量程时的影响振动影响：在任意轴向上，振动频率为200时，误差为测量范围上限的0.05%g,
46、量程代号2为0.25%g电源影响：小于输出量程的0.005%/V负载影响：供电恒定时负载变化没有影响安装位置影响：最大可产生0.24kPa的零点误差，通过调零消除，对量程没有影响排气/排液阀、法兰和接头：见订购指南灌充液：硅油或惰性油螺栓：碳钢镀格壳体材料：低铜铝合金引压连接件：在压力容室上的和外界连接用的螺栓孔为1/4NPT,中心距54；接头1/2NPT或M20XL5阳螺纹球锥面密封,带接头时中心距50.8、54、57.2mm（NPT锥管螺纹符合GB/T1271691）电气接口：M201.5重量：约5kg（不带附件）-完整版学习资料分享一-3. 2.3流量传感器在供热系统中，必须对每台热风机
47、组的循环水流量进行计算。本设计采用天津产LWGY-80式涡轮流量计叫传感器用插入杆将一个较小的切向式涡轮头插到大口径管道的预定深度处，流体流动时推动涡轮头的切向式叶轮旋转，使磁阻式传感元件发出电脉冲流量信号，流量信号输入工控机。这种传感器精度高，稳定可靠，维护工作量小。该传感器是深圳市波特传感仪器仪表有限公司生产的。、LWGY-80DE特点：压力损失小，叶轮具有防腐功能；具有较高的抗电磁干扰和抗震动能力，性能可靠工作寿命长；采用先进的超低功耗单片微机技术，整机功能强，功耗低，性能优越，具有非线性精度补偿功能的智能显示器。修正公式精度优于0.02%；仪表系数可由按键在线设置，并可显示在LCD屏上，LCD屏直观清晰，可靠性高；用EEPROM对累积流量、仪表系数进行掉电保护。保护时间大于10年。1.wGY涡轮流量传感器与显示仪表配套组成涡轮流量计。传感器具有精度高，重复性好，寿命长操作简单等特点。可广泛应用于石油，化工，冶金，造纸等行业测量液体的体积瞬时流量和体积总量。(2)、主要技术参数： 准确度：0.5级，LO级;使用条件： 测量范围：10-100m7h 最大工作电压：2.5Pma 介质温度：-20+120 环境温度：-20+50 传输距离：传感器至显示仪表的距离可达50Om 防爆等级：dIIBT4
