基于89S51单片机的锅炉给水控制系统
软件 2011年第 32卷第 1期 ：75～78页 software 国际 IT传媒 品牌
基于 89S51单片机的锅炉给水控制系统木
张 瑞 夏路易
(太原 理工 大学信 息工 程学 院 太原 030024)
(太 原 理工大 学信 息工 程学 院 太原 030024)
摘 要 锅炉是 现代 工业、企 业、事业单位 工作和生产的动力之源 ，为确保安全 ，稳定 生产 ，锅 炉的 自动控制是 十分重要的。
而汽包水位 是锅炉运行 中一个 非常重要 的被 控变量，保证水位在给定范围 内对整个机 组运行 的安全性和经 济性有着重要意义．本文
针对大容量，高参数的锅 炉，通过分析锅 炉给水 系统的控制任务和汽包水位的动态特性，以及 常用 的控制方案，提 出了基于 89S51
的水位控制系统，并根据控制要求设计 了软件方案。通过对水位 的实时监控和调 节，将 汽包水位控 制在工 艺允许 的范 围之 内。本
系统控制精度 高，可操作性强 ，安全性高。
关键词 锅炉给水；汽包 水位 ；89S51单片机
中图分类 号 TP29 文 献标 识码 A doi：10．3969／3．i ssn．1003—6970．2011．01．019
Application of 89S51 Single Chip Com puter in W ater-Supply Control System of Boiler
Zhang Rui Xia Lu。yi
(~iyn an University OfTechnology,Taiyuan 030024，China)
(Taiyuan University OfTechnology,Taiyuan 030024，China)
[Abstract】Theboileristhe source ofpowerof running andproductingformodem industry．enterprise andinstitutions．The auto—controlisquiteimportantto ensue
the production and security And the steam bag water level is one of the importan t variables to be controlled in the whole running process of the boiler．W hat’ s
more，ensuring water level in the given range takes an important part for the salty an d economy of the set。 For the high capacity and parameter boilers，through
an alyzing the control assignment of water-supply system of boiler and the dynamic charateristics of steam bag water level，this paper design s a water level control
system based on 89S5 1 single chip computer and software project based on the need of the contro1．Th e system Can control steam bag water level in the technological
ran ge through real—time monitoring an d regulating the water level，an d offer high accuracy，operability and security．
[Key words]water-supply ofboiler,；steam bag water level；89S51 single chip computer
的范围内变化 。
0 引 言 (2)保证给水流量的稳定性。
汽 包水位是锅炉运行 中的一个 重要 的监控参 数，它间接地
表示了锅炉 负荷和给水 的平衡关系 。汽包水位过 高，影响汽包
内汽水 分离装置 的正常工作 ，造成 出口蒸汽 中水分过 多，结果
是过热器受热面结垢导致过热器烧坏 ，影响机组运行 的安全性
和经济性 ：汽包水位过低 ，可能是锅炉水循环工况破坏 ，是水
冷壁管供水不足 而烧坏【1J【 。可见，对 于高参数 ，大容量的锅炉 ，
给水系统采用 自动控制室必不可少的 。控制汽包水位在正常的
范 围内，可 以保证锅炉的安全运行 ，进而减轻工作人员的劳动
强度 。
1 给水 系统 的控制任务及对象 的动态特性
1．1 给水控制系统的控制任务
(1)通过控制锅炉给水流量的大小，来保证汽包谁在 正常
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1．2 汽包水位 的动态特性
影响汽包水位变化的因素『l】i 主 要；蒸汽流量 D，给水 流量
w ，汽 包 压 力等 。
(1)给水流量 w扰动下的水位特 性
由响应 曲线 图 l可知，水位的特性 是有 延迟 ，惯性 ，无 自
平衡能力。
其传递 函数[ 】为：
G ow(s) H )
一 = 一
) sO+rs)
其 中： —— 水位响应速度
— — 延迟时问
软件 2011年第 32卷第 1期 张瑞等 ：基 于 89S51单 片机 的锅炉给水控 制系统
H
图 1给 水流量 w 扰 动下 的水位 特性
H— — 实际水 位 的响应 曲线 ；
H1—— 仅考 虑锅炉 贮水 量变 化的 水位 响应 曲线；
H2_— _仅考 虑锅炉 内工 质容积 溶剂 变化 引起 的水位 变化 曲线 。
(2)蒸汽流量 D作用下的水位特性
由响应 曲线 图 2 可知 ，水位 的特 性有两部分 叠加 而成：
H=HI+H2
．
。 其传递函数【 为：
G = 一
其 中：K2——H2的放大倍数
T2——-H2的时间常数
H
_?? 、 ＼
图 2蒸 汽流 量 D 作用 下的水 位特 性
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H— —实 际水 位的 响应 曲线 ；
H1— 仅考 虑锅炉 贮水 量变化 的 水位 响应 曲线 ：
H2— —仅 考虑 锅炉 内工 质容积 溶剂 变化 引起 的水 位变化 曲线 。
2 给水控 制方 案
根据 以上对汽包水位在各种干扰下动态特 性的分析 ，水位
控制系统通常采用如 图 3的三冲量的 串级控制 系统【l】{ 】【5J。这三
冲量分别是：汽包 水位 H，蒸汽流量 D，给水流量 W。其 中，
汽包水位 H为主被调量，PI1为主调节器，来消除水位的偏差。
PI2为副调节器 ，蒸汽流量 D 为前馈信号 ，用来消除虚假水位
对系统的影响。给水流量 w 为辅助 被调量 ，可以快速消 除给水
测 的扰动 。根据三冲量的综合作用，来调节给水阀的开度 ，从
而将水位控制在设定值。
图 3水位 三冲 量 的串级 控制 系统
H一 水位测量值 ；HO一 水位 设定值 ；w一给水流量；I)_一蒸
汽 流量 。
3 89S51单片机水位控制 系统 的实现
3．1 硬件实现
硬件部分包括控制器 89S51~ ，输入模块，输 出模块，键 盘
显示模块 。
3．．1．1输入模块
如图 4所示 ，输入通道采用 ADC0809 对汽包水位，蒸汽流
量 ，给水流量进行采样，将采样数据转化 为数字量 ，在 89S51
通过译码器 74LS138[ 】选通扩展 I／0芯片 8255A后，其 PO口作
为输入 口接 收由 8255A[ 输入 的数字量。
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图 4辅 八 模 块
3—1-2输 出模块
如 图 5所示 ，89S51通过译码器选通 DAC0832t 后 ，P0口
作为输 出口输 出控制信号 ，DAC0832将控制信号转化为电压信
号 ，来控制给水调节 阀，从而调节给水流量 ，进而将汽包水位
控制在设定值。
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3．2 软件设计
软件部分主要包括主程序和 中断服务程序。
3．2．1主程序
主程序包括 89S5 1的初始化，8255A的初 始化 ，ADC0809和
DAC0832的启动，以及 PID控制算法 ，流程 图如 图 6。
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图 6主程 序流 程 图
3．2．2中断处理程序
中断处理程序主要是 ADC0809的转换程序，采取 3个通道
的分时转换 。8255A的 C口的 PCO，PC1，PC2连接 ADC0809的
地 址线 A，B，C，选 通要转换的通道。PC7连接 转换结束信号
EOC，通过检测 PC7是否为 1来判断是否转 换结束 。流程图如图
7。
图 7 中断处 理程序 流程
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软件 2011年第 32卷第 1期 张瑞 ，夏路 易：基 于 89S51单 片机的锅炉给水控 制系统
4 结束语
本文针对大容量，高参数 的锅 炉，通过对给水系统控制任
务和控制对象动态特性的分析 ，采用 89S51单片机作为控制器 ，
ADC0809接收传感器送来的三冲量，传换成数字量 ，通过 I／O
接 口芯片 8255A 发送 到 89S51，控制器经过 PID控制算法得到
控制信号，DAC0832将来 自 8255A 的控制信号转化为 电压信
号 ，来驱动执行机构 ，改变水位的大小。采用 89S51单片机使
该水位控制系统可 以保证 系统 的安全运行 ，减轻 了运行人员的
工作强度。
参考文献
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[6]罗万金，电厂热工过程 自动调节 [M]．北京：水利电力出版社，1991．
作者简介：张瑞 (1986? )，女，硕士研究生，，主要研究领域为控制理
论与控制]二程 ，研究方向为单片机与嵌入式系统的开发，熟练掌握 5l单片
机的原理，能够用 Protcl软件来进行硬件 电路板的连接，并用 Keil．C51软
件进 行 软件 的编程 。
我 国成功研发全球 首款商用 40纳米手机芯片
展讯通信有限公司 1月 19日在北京发布全球首款商用 40纳米手机芯片，这标志着我国在半导体 自主研发领域再次取得重大突破。工业和信息化部
副部长杨学山表示，这是我国半导体产业具有里程碑意义的事件 ，是产业上下游形成 ～个可持续发展产业链的有效探索。
据介绍，40纳米仅为普通 A4纸厚度的 1750分之一，对于芯片设计而言，纳米数越小则意味着技术越为先进。目前世界主流量产的手机芯片普遍
采用 65纳米技术，此次展讯通信研发成功的 4O纳米手机芯片，可以在更小的芯片集成更多的电路，具有高性能、低功耗、高集成度、低成本等四大优势。
展讯董事长兼首席执行官李力游在 40纳米手机芯片报告会上说，6年前展讯通信 曾在北京发布全球首款 TD--SCDMA手机芯片，当时采用的是 18
0纳米的芯片技术。40纳米手机芯片的研发成功，是我国手机芯片设计水平首次超过世界一流半导体公司，说明中国本土的芯片设计企业已经达到世界顶
尖水平，这也是中国制造向中国创造转型升级的又～成功范例。
目前，基于展讯 40纳米手机芯片开发的多模手机己通过工信部电信管理局进网测试和中国移动入库测试，产品完全达到商用标准。北京天语朗通
通信设备股份有限公司、青岛海信通信有限公司等国内手机生产商也己开始订货，并着手推出使用该款芯片的TD手机。青岛海信总经理杨文琳说，40纳
米手机芯片的推出将有效降低 TD—SCDMA的终端价格 ，使未来的 TD手机具有更强性价 比。
据了解，4O纳米手机芯片的研发工作得到工信部和科技部的支持。中国半导体行业协会常务副理事长许金寿表示，软件和集成电路产业是国家战略
性新兴产业，是国民经济和社会信息化的重要基础 。此次40纳米手机芯片成功研发是我国软件和集成电路产业打通产业生态链、共建产业价值链进行技术
创新 的有益 尝试 。
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