基于8086的锅炉的液位和温度调节系统

基于8086的锅炉的液位和温度调节系统

李潇126040109

一、系统方案：

1）温度的控制方案：

由于温度和热电阻的加热很难建立起一个比较明确的数学关系，且温度的受外界影响比较大。所以在确定温度的控制方案的时候选择PID闭环算法，由于采用闭环，所以有比较强的抗干扰能力，而PID算法本生可以解决数学模型比较难于建立的情况，所以PID算法是次系统的一个比较理想的选择。而为了更快的实现调节，同时也为了避免PID算法在计算过程中出现积分饱和的情况，所以选择积分分离的PID算法来控制温度。

2）液位的控制方案：

液位的控制一般都是通过的是阀门来控制进水或者出水，从而控制锅炉的液位。而一旦阀门打开那么一般就可以确定进水或者出水的流量大小。且锅炉的形状一般比较规则，所以就能够很好的计算出要达到相应的液位所需要的打开阀门的时间。所以要实现液位的控制，在一般要求的情况下，可以选择开环控制。

3）温度的测量方案：

要实现一个温度传感器的设计，方案很多，也很简单。在要求不高的情况下可以利用二极管的导通压降和温度呈线性的关系来实现。

4）液位的测量方案：

实现液位的测量方法很多，鉴于成本和和精度的折中考虑，可以制作一个电容式液位传感器。

二、系统的硬件选择：

AD574，DA1210,多路开关，8086芯片，温度传感器、液位传感器、采样保持器。

1）AD574转换器

在本设计中，我采用了AD574转换器，它可以将多路转换器输入的模拟量进行A/D转换。AD574是美国Analog Device公司生产的12位逐次逼近式模数转换器。

原理框图以及控制信号真值表如下:

图6 AD574原理框图

表2 AD574控制信号真值表

CE /CS R/C 12/ /8 A0 操作

0 X X X X 无操作

X 1 X X X 无操作

1 0 0 X 0 启动12位转换器

1 0 0 X 1 启动8位转换器

1 0 1 5V X 12位并行输出

1 0 1 接地0 高8位输出

1 0 1 接地 1 低4位输出

2）DA1210转换器

选用DACl210是双列直插式24引脚集成电路芯片。内部有输入寄存器和DAC 寄存器两个缓冲输入寄存器，一个精密硅-镉R-2R T形网络和12个CMOS电流开关；是电流相加型D/A转换器。

引脚功能：

DI

0～DI

11

：转换数据输入接口线。

BYTE1/BYTE2：字节顺序控制。当此控制端为高电平时，输入锁存器中的12个单元都使能。当为低电平时，只使能输入锁存器中的最低4位。

CS：片选信号输入线，低电平有效。

WR

1

：写入1，用于将数字数据送到输入锁存器，低电平有效，输入锁存器中的数据被锁存。12位输入锁存器分成2个锁存器，一个存放高8位的数据，而另一个存放低4位，具体由BYTE1/BYTE2控制

WR

2

：写入2，将使能XFER ，低电平有效。

XFER：传输转换控制线，低电平有效，与WR

2

结合时，能将输入锁存器中12个单元的数据都同时转移到DAC寄存器中。

原理图如下：

图7 DAC1210原理图

三、系统部分参数分析计算：

1）温度相关参数：

由于采用二极管导通压降和温度关系的原理来制作的温度传感器，所以最后

可以得到温度T=K

t *U

data

,其中U

data

,为AD574在温度采集通道采集回来的数据，而

K

t

则为相应的比例系数，T即为实际锅炉的温度，而关于温度控制周期一般选择15~20s,所以这里选择15s。

2）液位相关参数：

H=k

h *U

data1

，其中U

data1

为AD574在液位采集通道采集回来的数据，k

h

为相应的

液位比例系数，而关于控制周期的选择，许多文献一般建议优先选择7s，所以这里选择控制周期为7s。

四、硬件系统的框图：

8086I/O

接

口

电

路

D

A

1

2

1

多

路

开

关

A

D

5

7

4

保持器1

保持器2

保持器3

保持器4

温度采集通道

液位采集通道

信号转换放大1

信号转换放大2

信号转换放大3

信号转换放大4

执行器1

执行器4

执行器3

执行器2

锅

炉

采样保持器1

采样保持器2

上述执行器1、2分别接上加热器和制冷器，而执行器3、4分别接上进水阀门和出水阀门。

五、程序框图：

选择AD 采集通道使能AD 启动AD 转换

转换结束？

保存AD 转换值

结束

开始N

Y

开始使能DA 开始转换

结束开始

结束调节温度子程序调节液位子程序

调节温度？

调节液位？

Y

N

N

Y 开始

AD 采集子程序

标度变换

与设定比较

误差小于要求？PID 数字控制器，并选择制冷或加热DA 子程序，输出

控制量

结束

Y

N

开始

与设定比较

第一次进入PID

误差初值赋为0

采集相应的温度

积分系数设置为0

误差大于门限值？

进行PID 运算

保存误差结果

调用DA 模块输出

控制量

误差允许范围内？

结束

Y

N

开始

液位采集

误差是否达到要求？

有误差求出阀门打

开时间输出一个电平控制

对应阀门

延时

延时时间到？

结束

Y

N

N

Y AD 转换子程序DA 转换子程序

温度调节子程序液位调节子程序

总体设计