煤矸石电厂除氧器自动监测控制装置设计与应用

张 博 付永平

(1.淄博矿业集团公司非煤产业部，山东 淄博 255120；2.山东东华水泥有限公司发电车间，山东 淄博 255144)

煤矸石电厂除氧器自动监测控制装置设计与应用

张 博1付永平2

(1.淄博矿业集团公司非煤产业部，山东 淄博 255120；2.山东东华水泥有限公司发电车间，山东 淄博 255144)

针对某煤矸石资源综合利用电厂除氧器水位、水温监测控制技术存在的除氧效果不稳定、水位控制自动化水平低、监测装置故障率高等缺陷，利用单片机自动控制技术设计研发除氧器水温、水位监测控制装置，提高自动控制水平和控制精度。应用实践表明，该电厂除氧器监测控制系统原有问题得到有效解决，锅炉给水质量有了很大改善，故障停炉频次有所减少。

煤矸石电厂；除氧器；自动监测控制系统

1 自动监测控制系统功能框图设计

根据该电厂锅炉给水运行技术要求，除氧器自动监测控制系统设计必须满足以下功能：除氧水温度实时监测，除氧水水位实时监测，除氧水水位下限自启动补水及上限自停止补水，水位、水温数字显示，水位、水温超限报警，水温过低辅助加热自启动等。根据上述功能设计控制系统功能框图，如图1所示。

图1 监测控制系统功能框图

2 各监测功能模块设计

2.1 单片机模块

根据除氧器监测控制系统的功能要求，本设计采用AT89S52单片机，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0 Hz静态逻辑操作，支持2种软件，可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。单片机设有Vcc、GND、P0口、P1口、P2口、P3口、RST、ALE/PROG、EA/VPP、PSEN、XTAL1、XTAL2等主要引脚。Vcc：电源。GND：地。P0口：1个8位漏极开路的双向I/O口。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。P1口：1个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱TTL逻辑电平。P2口：1个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作口使用。P3口：1个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作口使用。RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

2.2 水温监测模块

水温监测模块选用数字温度传感器DS18B20，外形与管脚排列如图2所示(I/O为数字信号输入/输出端，GND为电源地，Vcc为外接供电电源输入端)。

图2 外形和管脚排列

DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。测温范围-55～+125 ℃，在-10～+85 ℃时精度为±0.5 ℃。可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5 ℃、0.25 ℃、0.125 ℃和0.062 5 ℃，可实现高精度测温。当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前、高位在后，数据格式以0.062 5 ℃/LSB形式表示。当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的2个8 bit的RAM中。如果测得的温度大于0，只要将测到的数值乘于0.062 5即可得到实际温度；如果温度小于0，测到的数值需要取反加1再乘于0.062 5，即可得到实际温度。

2.3 水位监测模块

采用ZP3200分体投入式液位变送器。该变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。经过温度补偿和线性校正，转换成4～20 mA标准电流信号输出。传感器部分直接投入到除氧器中，变送器部分可用法兰或支架固定。为使单片机能对电流信号进行处理，需将被测量的4～20 mA模拟信号转化为数字信号。其实现方式是先将4～20 mA电流信号转化为0～5 V电压信号，然后将得到的电压信号再经A/D转换成数字信号，A/D转换电路选用ADC0809。74LS373是三态输出8位锁存器，用于稳定采集到的水位输入信号。单片机的P2口用来接收水位信号，在内部软件的作用下与设定的水位值比较，控制外设补水箱电磁阀的开启与关断，还可以输出到显示接口，用于实时显示采集到的水位信号。

2.4 显示电路模块

采用LED数码管作为数字显示组件，本设计采用的是共阳极LED数码管。本设计中要显示温度与水位，温度范围为90～150 ℃，精度为1 ℃，用三位数码管显示；水位采用满水位的百分制显示，显示范围为20%～99%，采用两位数码管显示。所以本设计中选择五位数码管显示。温度、水位采集信号通过单片机的P0口传输到8255，在单片机的控制下，通过软件作用，由PA口选择数码管显示段码，由PB0～PB4来选择位码，ULN2003作为驱动。

2.5 声光报警电路模块

本设计采用光电耦合器、中间继电器实现单片机与报警电路的连接。光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电—光—电的转换。通过光电耦合器实现数字电路与实际交流电路之间的光电隔离。当水位超限时，报警电路被驱动，蜂鸣器报警，同时，发光二极管发出警示。硬件连接如图3所示。

图3 声光报警电路

2.6 自动上水模块

压力传感器采集的信息被单片机接收后与设定值进行比较，产生的差动信号驱动继电器线圈得电，电磁阀得电，阀门打开，除氧水箱开始进水；当压力传感器再次测得的信号与设定的水位值相同后，单片机关闭控制信号，继电器线圈失电，电磁阀复位，关闭进水阀，从而实现了水位的自动控制。接口连接电路如图4所示。S8050使用其放大功能驱动继电器控制电磁阀的动作，其工作温度范围为-55～150 ℃。

图4 自动上水接口图

2.7 键盘设定

3个独立式按键的作用分别为：复位、温度设定、水位设定。P1.4实现复位，使水位温度回到最小值。P1.5、P1.6分别通过读入按键信号来确定水温、水位设定值。如图5所示。

图5 键盘设置

2.8 复位设定与看门狗设置

看门狗通过程序实现。复位电路如图6所示。

图6 复位电路

复位后PC=0000H，指向了程序存储器0000H地址单元，使CPU从首地址0000H单元开始重新执行程序。复位不影响内部RAM中的数据。此外，在系统工作异常等特殊情况下，也可以人工使系统复位。复位是由外部复位电路来实现的，按功能可以分为上电自动复位和人工复位两种方式。

3 结语

通过对该电厂除氧器监测控制系统进行设计改造，除氧器监测控制自动化水平显著提高，除氧水温稳定在104 ℃左右，锅炉给水含氧量显著下降，水冷壁、过热器等受热面氧腐蚀程度明显减轻，提高了锅炉安全稳定运行水平，年可节约各类维修费用数万元。

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[5]董传岱，于云华.数字电子技术[M].东营：石油大学出版社，2003

2014-06-12

张博(1978—)，男，山东淄博人，工程师，从事机电技术管理工作。