摘 要

锅炉是一种将其它能量转换成热能的设备，其它能量包括燃料的化学能，电能，能量最终储存在蒸汽，高温水里。它运用燃料释放热能，通过设备的能量转换，最终升高蒸汽的温度或压强。锅炉是十分重要的工业设备，随着全世界范围的工业技术的发展与革新，对锅炉设备的需求也日益增加，尤其是技术较为先进，设备构造比较成熟的锅炉。对于锅炉自动控制系统来说，最重要的就是能量转化效率，而能量转化效率取决于控制系统优良。因此，锅炉自动控制系统的设计和自动化程度是非常重要的。另外，为了遵循和践行可持续发展观，在保证高控制效率的同时，还要坚持安全环保的原则。经过研究与对比，使用单片机作为控制核心的锅炉自动控制系统能够达到设计目的。单片机是一种功能十分强大的高集成度的芯片，具有完整计算机系统所具有的功能。它具有体积小，性价比高，成本低，可靠性强，安全性高的优点。配合上简单的电路组成，能够实现多种功能，具有很强的通用性，十分适合用在中小型的自动控制系统中。然而对于我们国家而言，仍存在许多设备简陋，控制技术较为落后的锅炉系统，而大部分技术先进的锅炉系统比较依赖进口。因此，加大研究力度，运用所学知识，使用集成度高的单片机并自主设计控制效率和高性价比的锅炉自动控制系统就显得至关重要。

关键词：锅炉；自动控制系统；单片机

Abstract

Boiler is an energy conversion device, the input energy to the boiler fuel in the chemical energy, power, boiler output with a certain heat of steam, high temperature water or organic heat carrier. It is a kind of heat energy which is used to release the heat energy after the combustion of the fuel or the waste heat in the production process to the water in the container so that the water reaches the required temperature or a certain pressure steam. Boiler is a very important industrial equipment, with the world of industrial technology development and innovation, the demand for boiler equipment is also increasing, especially the more advanced technology, equipment, more mature structure of the boiler. For the boiler system, the most important is the energy conversion efficiency, and energy conversion efficiency depends on the control efficiency. Therefore, the design and automation of the boiler control system is very important. In addition, in order to follow and practice the concept of sustainable development, while ensuring high control efficiency, but also adhere to the principle of safety and environmental protection. After research and comparison, the use of single-chip as a control of the core of the boiler automatic control system to achieve the design purpose. Single-chip microcomputer is a very powerful and highly integrated chip, with a complete computer system has the function. It has the advantages of small size, high cost performance, low cost, high reliability and high security. With a simple circuit, can achieve a variety of functions, with a strong versatility, very suitable for use in small and medium-sized automatic control system.However, for our country, there are still a number of poorly equipped, control technology is relatively backward boiler system, and most of the advanced technology of the boiler system is more dependent on imports. Therefore, to increase research efforts, the use of knowledge, the use of high integration of single-chip and independent design control efficiency and cost-effective boiler automatic control system is essential.

Key words: boiler; automatic control system; single-chip

目 录

第1章 设计背景 1

1.1 国内外发展历史，现状及趋势 1

1.2 研究的目的及意义 2

第2章 锅炉生产工艺介绍 4

2.1 锅炉设备组成 4

2.2 工作原理 5

2.3 本章小结 6

第3章 控制系统的设计 8

3.1 控制系统组成 8

3.2不同控制系统的比较与选择 9

3.3 单片机的选择 9

3.4 本章小结 11

第4章 硬件电路设计 13

4.1 电源电路的设计 13

4.2 显示电路的设计 13

4.3 输入接口电路设计 14

4.4温度检测电路设计 15

4.5 功能输出电路设计 16

4.6 报警电路的设计 17

4.7 液位控制电路 18

4.8 压力检测电路 19

4.9 本章小结 20

第5章 总结与心得 21

5.1 设计总结 21

5.2 心得体会 21

参考文献 24

致 谢 25

第1章 设计背景

1.1 国内外发展历史，现状及趋势

上世纪三四十年代，人们开始对锅炉控制系统进行研究，当时由于技术缺陷，控制手段为仪表手动控制。到了五十年代，欧美和苏联等先进国家都开始对其进一步研究。然而由于知识的局限性，大多数的锅炉只是根据仪表检测到的工艺参数进行手动控制，而非自动控制。进入上世纪六十年代，人们意识到了自动控制对于控制效率的重要性，但是由于自动控制理论发展不成熟，只能采用仪表检测报警为主，控制为辅的手段进行控制。到了上世纪七十年代，控制理论开始了质的飞越和发展，计算机技术也每天都在革新，锅炉系统开始向全自动控制系统的趋势发展。到了二十世纪，随着控制技术和计算机技术的不断发展，将计算机技术应用于锅炉系统的方法被人们普及与应用，许多发达国家都自主研发出了先进的用计算机控制的全自动锅炉系统。现在，在欧美等发达国家，基本普及了计算机自动控制，而且采用了最优控制，多变量频域，模糊控制等方法，提高了能量转换率，而且对环境十分友好。

我国的锅炉系统的自主研究起步很晚。上世纪八十年代以前，由于经济条件有限，中小型企业的锅炉控制技术大部分停留于全手动控制，而大企业虽然有自动控制，但是控制效率低，对环境污染严重是一个非常严重的问题。到了八十年代中后期，由于锅炉技术差距过大，我国开始引进国外的技术，锅炉的计算机控制开始有了发展开端。进入九十年代以后，我国已经能根据引进的先进技术，自主设计开发锅炉系统，但是由于控制技术单一，经验不足，没有带来很多经济上的利益，计算机锅炉系统的研究受到打击。进入了二十世纪以来，我国本着降低能耗，安全环保的原则，进一步改善锅炉系统的操作情况，同时运用了初步发展的人工智能理论和性能日益强大的计算机技术，新一代锅炉控制系统的开发与应用正在步入正轨。但是与发达国家相比，我国仍存在锅炉控制技术相对落后，先进技术的锅炉应用率较低的不足。因此，运用所学知识，自主设计性价比和控制效率达到较高水平的环保型全自动锅炉对于我国的锅炉产业至关重要。