基于单片机的锅炉温度控制

1 引言

随着工业技术的不断发展，温度控制在国民经济和生活中的作用显著提升。在工业生产的过程当中，有很多极为重要的被控参数，温度即是其中最重要的参数之一，在众多的工业生产中，所需温度的控制效果直接影响到锅炉以及工作人员的安全，还直接的影响到工艺生产产品的质量。在不同的生产过程当中，由于所需温度的不同、控制所需的精度也不同，则采用的测控元器件元件、温度控制方法也将有所不同，随着科学技术的不断地发展，温度控制系统技术得到了巨大的发展，自动控制技术越来越显示出其优越性。

当今社会中伴随着集成电路技术的不断的发展，单片机的种类不断地增多，功能也不断的增强，涌现除了大量的高性能的单片机。单片机在工业生产中自动化和测控领域中的应用不断增加，因为单片机有许多显著的优点，如今的单片机不仅功能强大，而且体积越来越小，开发周期也越来越短，在各行各业在温度控制系统中起到无法替代的核心作用的就是各种各样的单片机。在工业生产中很多地方温度控制系统中都运用到了电阻加热的原理，例如钢铁厂用于融化金属的电阻炉、电热锅炉等。鉴于温度控制在各行各业的生产过程中的重要性，以及单片机技术的不断发展和众多的优越性。根据以上这些思想本文设计一种工业锅炉的温度控制系统，这种锅炉温度控制系统系统在当今工业生产过程中具有非常重要的意义。

1．1 论文研究的背景和意义

锅炉是一种重要的能量转换设备,随着工业的不断发展，锅炉在各行各业当中的应用也显著增加，锅炉在运行时可以将电能、化学能等能量形式转化成有热量的蒸汽、高温液体等,通过复杂的物理化学变化以及一系列能量的传输过程实现锅炉的正常运转。在实际的生产过程当中温度控制系统的运行具有很大的难度，究其原因就是因为温度控制系统是一个具有多变、时变以及非线性变化的复杂系统,因此在实际的生产过程中选择适合的温度控制锅炉的方法很重要,当通过温度控制系统能够是锅炉稳定运行时，不仅仅对锅炉的稳定性有极大的提高，而且也极提高了工作人员的安全性，具有十分重大的意义。锅炉运行温度的控制直接关系到锅炉的生产效率、性能指标,同时锅炉以及工作人的安全性产生了巨大的影响。过高或过低的工业锅炉温度,不仅仅对锅炉和工作人

员安全性造成影响，还对锅炉的稳定性造成影响，压力不符合标准,导致系统不稳定甚至锅炉的损坏和事故的发生，此外，还会影响到生产产品的质量。虽然锅炉的温度控制系统有了很大的进步，但是时至今日仍然存在许多的难题，由于实际生产过程当中的锅炉温度控制系统中存在时变性,多变量,大滞后,非线性等特点,参数具有不确定性和时变性,在现实生活中很难建立起精确的数学模型,而能够精确的控制锅炉温度对锅炉的稳定性,安全性以及节能环保具有相当重要的意义。

锅炉发展的历史久远,应用十分广泛,发展至今种类繁多,广泛应用于社会生活当中各个工业生产以及生活的各个领域,由于我国工业发展滞后于发达国家，虽然锅炉温度控制系统的研究在我国起步很晚，但是发展迅猛,并且部分产品的技术性能已经达到国际相近水平,尽管如此,国大部分的锅炉的温度控制系统的成熟度不够高，大部分的锅炉温度控制系统还停留在比较落后的阶段，自动化程度较低,只能通过手动控制来改变仪器仪表，只有部分产品采用先进的控制系统,锅炉的效益基本都不高,要想达到国外县先进水平，国的研究水平还要加大力度。因此,为了提高国锅炉温度控制系统的信息化、自动化以及节能减排，加强对锅炉温度控制系统的研究具有十分重要的意义。

1．2 锅炉温度控制技术的发展状况

随着科技的不断发展，国各行业不断兴起，国各行各业在锅炉温度控制技术方面需求越来越大,温度控制系统的应用的领域日渐增多，但国总体发展水平仍然低于西方工业生产技术发达的先进国家。目前, 我国还十分的落后于发达国家，在这方面总体技术水平处于相对来说很落后的时代, 在国的温度控制系统技术相对成熟产品主要常规的PID 控制器和以“点位”控制为主。国的这些产品在控制比较复杂的大规模温度系统控制有很大的困难，只能适应与一般温度系统控制。对于那些能够用于较高场合的智能化自动控制器以及自动控制仪表来看，国的技术还明显的低于发达国家，然而在国外已经有了许多成熟的产品，能够自定义各个参数，并形成了商业化的仪表。由于国对于锅炉温度控制系统技术的滞后，经常需要工作人员根据实际经验去设定参数，根据目前国的温度控制方面的技术来看还不能开发出技术相对完善可靠的自整定软件。

随着科学技术的不断的发展,国外的技术也在不断地提高，美国、德国等发达国家在温度控制系统方面都取得了十分显著的成果，这些巨大的成果主要体现在控制系统的智能化、自动化、参数自整定等方面，已经生产出了一批高性能、商业化的温度控制系统, 这些系统被用在实际生产生活中的各个领域。它们主要具有如下的特点:

一、是它们能够应用于各种复杂的工业控制过程当中具有大滞后以及惯性很大的温度控

制系统的控制;

二、是它们能够建立一些特殊的温度控制系统，而这些温度控制系统是很难在现实生活

当中用来试验的，因为这些系统很难通过数学模型建立。

三、是它们能够适应于一些工业温度控制系统中，这些受控的温度控制系统工作过程参

数是不断变化的;

四、是在现代大部分工业生产过程当中所应用的温度控制系统采用了大量的先进科学技

术以此来适应与广大的工业生产过程，例如自动控制、自动检测、模糊控制等理论及微机技术, 控制方面采取了先进的算法;

五、是温度控制系统中的仪器仪表具有参数自整定功能。有的还具有自学习功能,能够

根据历史经验及控制对象的变化情况, 可以实时的自动调整相关仪器仪表的控制参数, 以此来达到温度控制系统最合理控制;

六、是它们具有很多突出的特点，这些突出的特点包含了控制精度高、性价比高等。如

今的仪器仪表都在向着更高性、更完善能的方向发展。

1．3 本课题研究的主要容

本设计主要利用单片机技术、采集温度、温度的执行等知识制作一个工业锅炉的温度控制系统。本设计涉及了计算机、电子、通信以及软件学等相关专业的知识，所涉及到的专业知识比较广泛。此次设计中要求可以实时监测并显示当前温度，可以实现温度的升高和降低，当超限后可以实现报警，温度控制设定波动围小于±5%，测量精度小于±5%，控制精度小于±2%。

a 收集资料，研究并设计出总体方案。

b 根据方案和设计要求完成工业锅炉温度控制系统的模型并确定各部分参数。

c 根据方案和设计要求设计出工业锅炉温度控制系统硬件电路中所包含的各个模块。

d 根据流程图进行程序编写，并对各模块进行编程、调试，再对整体系统进行调试。

2 系统分析及总体设计方案