摘要：隨著科技的進步，溫度控制技術(shù)也日趨完善，但由于控制對象具有復(fù)雜性等特點，在溫度控制技術(shù)的應(yīng)用上存在部分問題。本文針對以上現(xiàn)狀，對電熱鍋爐進行溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究，實現(xiàn)溫度的自動化調(diào)控，提高鍋爐的運行效率，節(jié)省人工。

關(guān)鍵詞：電熱鍋爐 溫度控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5336（2015）06-0000-00

電熱鍋爐是機電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，可以將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能，具有自動化程度高體積小、運行安全可靠、供熱穩(wěn)定、無污染、噪聲小、熱效率高等優(yōu)點，是理想的節(jié)能環(huán)保型供暖設(shè)備。但溫度的控制效果不太好，容易發(fā)生輸出控制量的振蕩以及系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定的現(xiàn)象。針對傳統(tǒng)的溫度控制方法存在不足，可以對設(shè)計一種模糊PID溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的有效控制。

1溫度控制系統(tǒng)的工作原理及硬件設(shè)計

1.1工作原理

溫度控制系統(tǒng)由控制面板、CPU主板、驅(qū)動板組成?？刂泼姘灏ǎ汗δ苤甘竞惋@示器件、控制按鍵、各種信號燈；CPU主板的功能包括可以實現(xiàn)壓力及溫度信號的采集、算法控制、控制量輸出、濾波、報警輸出、電源保護等；驅(qū)動板可以將主板輸出的控制量加以轉(zhuǎn)換后驅(qū)動繼電器，實現(xiàn)控制交流接觸器的通斷來實現(xiàn)加熱管的投切。

溫度控制系統(tǒng)的核心溫度控制器采用87C51單片機，該單片機具有內(nèi)部功能模塊多且需要擴展的外圍電路少等優(yōu)點。該控制系統(tǒng)還采用可編程芯片來實現(xiàn)譯碼輸出，用以對硬件譯碼電路來進行簡化。電熱鍋爐的溫度控制系統(tǒng)采用87C51單片機作為核心芯片，利用溫度傳感器檢測到鍋爐內(nèi)的實時溫度，將溫度數(shù)據(jù)傳送給核心芯片，芯片將接收到的溫度數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)設(shè)定的溫度值進行比較分析，經(jīng)過合理的控制算法處理后得到控制信號，計算出控制信號的占空比，通過輸出電路來實現(xiàn)繼電器的控制通斷情況，以達到鍋爐自動控制溫度的目的。

1.2硬件設(shè)計

（1）溫度檢測電路設(shè)計。 由于本次溫度控制設(shè)計的主體是電熱鍋爐，爐內(nèi)介質(zhì)為水并且水溫在0-100℃，所以選擇接觸式測溫。接觸式測溫是根據(jù)被測物體的熱平衡原理，測溫元件接觸被測對象，通過傳導(dǎo)與對流實現(xiàn)熱平衡，測溫元件會表示出被測物體的溫度，可以選擇壓力表式溫度計、固體膨脹式溫度計、液體膨脹式溫度計等電阻溫度計。（2）加熱控制電路設(shè)計。熱電鍋爐的溫度控制設(shè)計中采用固態(tài)繼電器為系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，固態(tài)繼電器利用半導(dǎo)體器件中開關(guān)三極管或雙向可控硅等電子元件的開關(guān)特性達到無火花無觸點的通斷電路，是一種無觸點開關(guān)，由輸入電路、輸出電路和驅(qū)動電路組成。本次鍋爐溫度控制系統(tǒng)的加熱電路是通過控制固態(tài)繼電器的占空比來控制鍋爐的通斷電，實現(xiàn)對加熱電阻絲的控制。（3）存儲模塊設(shè)計。本次溫度控制設(shè)計采用SDRAM存儲器，本類存儲器可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，并具有讀寫功能。溫度控制系統(tǒng)中程序的運行空間、堆棧區(qū)以及數(shù)據(jù)都存儲在SDAAM中。（4）通訊模塊設(shè)計。通訊模塊包括三部分，一是串口電路，串口電路采用RS232唇口電路來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的下載，其主要任務(wù)是：提供接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號線；進行串-并轉(zhuǎn)換；進行TTL和ETA電平間轉(zhuǎn)換；進行錯誤檢測；控制數(shù)據(jù)的傳輸速度等；二是以太網(wǎng)接口電路，該接口電路是用來實現(xiàn)和PC機的通訊，完成數(shù)據(jù)交換和文件傳輸；三是JTAC電路，該電路用來進行系統(tǒng)程序的調(diào)試。（5）電源模塊設(shè)計。電鍋爐的溫度控制系統(tǒng)中采用抗干擾性強的可靠供電電源。模擬量擴展板供電采用±12V與5V電源，數(shù)字量擴展板供電采用12V與5V電源，核心板供電采用5V、3.3V、1.25V電源。（6）顯示模塊設(shè)計。為實現(xiàn)控制過程的可視化，系統(tǒng)采用圖形點陣液晶顯示器，該顯示器是通過液晶控制透光度技術(shù)來實現(xiàn)色彩的展現(xiàn)以及顯示字符、漢字及圖像，特點是電壓低、功耗低、質(zhì)量輕、體積小，熱電鍋爐采用該顯示器實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的實施顯示，達到對數(shù)據(jù)的動態(tài)化檢測。（7）PWM輸出模塊設(shè)計。PWM—脈寬調(diào)制，就是我們通常所說的波形，該輸出模塊是利用微控制器的數(shù)字輸出控制模擬電路的一種技術(shù)。（8）報警電路設(shè)計。電鍋爐的溫度控制系統(tǒng)中選用蜂鳴報警器，當(dāng)溫度超過了系統(tǒng)設(shè)定的允許范圍，報警器就會發(fā)出鳴音報警，音量與人為關(guān)閉報警器的時間成正比。

2溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

整個控制系統(tǒng)的靈魂就是系統(tǒng)軟件，控制系統(tǒng)的性能取決于軟件編寫的好壞。

（1）主程序設(shè)計。主程序需要負(fù)責(zé)初始化和子程序的調(diào)用，其功能是在熱電鍋爐的運行中通過調(diào)用子程序來實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)，主程序是整個溫度控制程序的中心，負(fù)責(zé)執(zhí)行程序的初始化，設(shè)置輸入值和采用周期，對采樣程序進行調(diào)用。（2）控制器的設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)的性能由調(diào)節(jié)器設(shè)計的好壞來決定。常用的溫度控制方案有模糊控制和PID控制兩種，模糊控制適用的控制對象具有數(shù)學(xué)模型難以確定、非線性、滯后性的特點，其控制精度不高、控制效果粗糙；PID控制適用性強、控制精度高，但是受燃料及環(huán)境溫度的影響大，不容易建立精確的數(shù)學(xué)模型以及選擇控制器最佳的參數(shù)。本次熱電鍋爐的控制器設(shè)計采用模糊控制與PID控制結(jié)合的方式，實現(xiàn)高精度、適應(yīng)性強、控制靈活的優(yōu)點。（3）仿真實驗。對設(shè)計的模糊PID控制器進行仿真實驗，通過實驗看出，模糊PID控制比單純的PID控制響應(yīng)速度快，模糊PID控制在240秒左右達到穩(wěn)定，而單純的PID控制在340秒左右才達到穩(wěn)定，這可以看出模糊PID具有震蕩小、穩(wěn)態(tài)誤差小、超調(diào)小等優(yōu)勢[2]。

3結(jié)語

通過電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，減少了電能以及煤炭的消耗量，提高了電鍋爐的熱效率，節(jié)約自愿的同時減少了對環(huán)境的污染，體現(xiàn)了經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保型社會的發(fā)展意義。但是隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，此次熱電鍋爐的溫度控制系統(tǒng)會在發(fā)展中逐漸顯示出缺點，設(shè)計人員要及時掌握這些缺點，不斷地進行技術(shù)創(chuàng)新，更好的適應(yīng)社會的發(fā)展。

參考文獻

[1]高麗媛.基于嵌入式的模糊PID鍋爐溫度控制系統(tǒng)的研究[D].中北大學(xué)，2013.

收稿日期：2015-02-23

作者簡介：劉文超（1985—），男，漢族，湖北黃岡人，本科學(xué)歷，電氣工程師，研究方向：電氣自動化控制與應(yīng)用。