基于单片机的锅炉汽包水位控制系统

于秀娜 张茜铭

摘 要：本文分析了汽包水位对象的动态特性和传统的控制技术，采用以水位为主信号，给水量为副回路反馈信号，蒸汽量为前馈信号的三冲量控制系统。其中微机负责信号的采集以及PID等计算，将汽包水位控制在一定范围内。设计中采用8098单片机为核心，用8279作为8098与外设LED显示器及拨码盘的接口，在电路设计时考虑到系统的可扩展性和通用性，使本硬件系统能适用于多种场合。

关键词：锅炉；单片机；水位控制

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。

1 锅炉汽包水位控制方案选取

1.1 控制方案的选取

汽包水位控制系统根据锅炉的容量、负荷变化的速度及调节精度的要求，通常有位式控制系统、单冲量控制系统、双冲量控制系统、三冲量控制系统等。

三沖量锅炉汽包给水自动控制系统，是以汽包水位H为主控信号，蒸汽流量D为前馈控制信号，给水流量W为反馈控制信号组成的控制系统。相对单冲量和双冲量控制系统，其控制品质最好，能有效地满足系统对快速性、稳定性、准确性的要求，能有效地避免“虚假水位”现象。

1.2 锅炉汽包水位串级三冲量控制系统

串级系统比三冲量系统多用了一个调节器，它有一个明显的优点就是对信号的静态配合要求不那么严格，无需顾及因蒸汽压力变化或锅炉排污量变化而引起配比关系的改变，这是因为主调节器能自动校正信号配合不准所引起的误差，所以给系统的整定带来方便。

1.3 控制器的选取

在串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，对于它们的选型即调节动作规律的选择也有不同考虑。副调节器的任务是要快动作以迅速抵消落在副环的二次扰动，而且副参数并不要求无误差，所以一般都选P调节器，也可以采用PD调节器，但是这增加系统的复杂性，而效果并不很大。对于锅炉水位的控制有很多的外界干扰，主调节器在本设计中所选的主调节器为PID调节器，副调节器采用PI调节器，为了解决“虚假水位”这一难点，引入了微分补偿调节器。

2 系统硬件设计

本设计硬件部分采用MCS-96系列的8098单片机为核心，外部扩展了程序存储器和数据存储器，用8279组成键盘控制器和LED显示器，用来输入水位、给水流量和蒸汽流量的给定值、上下限值、PID参数和显示水位、给水流量和蒸汽流量的当前值或PID参数。用A/D转换对水位、给水流量和蒸汽流量进行数据采集处理；PWM口输出经滤波后完成D/A转换，输出一个标准电信号来驱动电动阀，从而通过阀门来控制锅炉汽包水位。

3 系统软件设计

作为直接控制级的计算机来说，对程序语言最重要的要求是实时性要好，尤其是多回路分时控制时更是如此。汇编语言的另一个突出有点占用内存量小，有利于简化硬件系统。因此，一般都采用汇编语言写程序，本控制系统的软件全部采用汇编语言编写，为了使用方便，程序设计中采用了模块化的结构形式，即子程序形式（各功能模块以子程序的形式出现）。

4 结论

汽包水位作为锅炉控制系统的一部分，是正常运行的主要指标之一。采用三冲量调节，它的系统控制品质最好，能有效的满足系统对快速性、稳定性、准确性的要求，由于引入了水位，蒸汽流量，给水流量三个参量，大大的消除了“虚假水位”对系统的影响。

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