產(chǎn)品詳情
達(dá)冠系列兩級燃燒氣體生物質(zhì)燃燒機程控器的研究
陋著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以各種可燃燒氣體為燃料的燃燒機在各種需要熱源的場合得到廣泛應(yīng)用，各類氕體燃燒機工作時，均須實現(xiàn)燃燒機啟動和停止時序化、燃燒過程調(diào)節(jié)自動化以及和聯(lián)鎖保護(hù)自動化等三方面功能，并且當(dāng)自動調(diào)控系統(tǒng)失靈時還有手動功能，目前進(jìn)口的氣體燃燒機程控器（如瑞士的LANDISY R，美國的Honeywell)均采用機械電子控制方式，通過組合凸輪實現(xiàn)順序控制，并由順序控制系統(tǒng)控制其內(nèi)部的火焰繼電器，當(dāng)在燃燒過程中火焰熄滅或火焰不正常時，火焰繼電器斷開，使燃燒機處于故障停機狀態(tài)，這種程控器具有可靠性高和安全性好等優(yōu)點，但由于采用機械電子控制方式，故成本較高，適應(yīng)性差，且不能對故障進(jìn)行有效診斷與，
隨著單片機技術(shù)的迅速發(fā)展，用簡單的單片機系統(tǒng)取代結(jié)構(gòu)復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)是電子技術(shù)及計算機技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，因此作者選定單片機系統(tǒng)作為氣體燃燒機程控器的硬件，再配以模塊化、結(jié)構(gòu)化的控制軟件，以實現(xiàn)對各類氣體燃燒機安全啟動及燃燒過程的實時有效控制，基于以上原理研制了RGK- A型全自動氣體燃燒機程控器以取代瑞士LAN DIS產(chǎn)LGK16. 322型程控器．
1 硬件的組成
根據(jù)全自動氣體燃燒機的控制要求，RGK-A型程控器采用89C 51微處理器作為控制系統(tǒng)的核心部件，再配以輸入與輸出接口電路，構(gòu)成一個較小的單片機系統(tǒng)，由于89C51本身片內(nèi)有8K EPROM，還有4個I／0口[1]，因此完全能滿足程控器的硬件要求．
程控器的輸入量多為開關(guān)量，這些開關(guān)量經(jīng)過信號處理和光電隔離后即進(jìn)入單片豐幾[2]，其構(gòu)成為開關(guān)量信號一信號處理一光電隔離一進(jìn)入單片機，
從圖1中還可以看到．程控器的輸出端多為交流電動機、雙重電磁閥等感性負(fù)載，它們的控制器件為觸點式繼電器，為了驅(qū)動這些感性負(fù)載，從單片機中輸出的信號必須經(jīng)過光電隔離、信號放大及繼電器驅(qū)動等多個環(huán)節(jié)后才能驅(qū)動負(fù)載工作舊，
輸出接口的構(gòu)成：輸出信號一光電隔離一信號放大一繼電器組一驅(qū)動，
從圖2中可以看出，輸出接口的繼電器選用JZC6F，該繼電器線圈額定電壓為直流12 V，內(nèi)阻約400 Q．選用SN7407六同相驅(qū)動器驅(qū)動該繼電裂3]．由于SN7407的每個同相器吸入電流達(dá)40 m.V風(fēng)機
點火風(fēng)門電機其輸出晶體管集電極的耐壓達(dá)30 V，因此完全可以勝任此型號繼電器的驅(qū)動要求，
該程控器不僅具有報功能，而且可對不同的故障分別予以顯示，以方便查找和排除氣體燃燒機在啟動和運行過程中出現(xiàn)的故障，氣體燃燒機一旦發(fā)生故障，雙重電磁閥立即關(guān)閉，同時程控器停止運行并顯示故障位置，通過顯示器上的不同符號顯示各種情況下的故障形式，其中該顯示器采用一位共陽極LED教字顯示器，靜態(tài)驅(qū)動方式，其驅(qū)動電路如圖3所示，
由于本系統(tǒng)的硬件組成較為簡單，在輸入輸出環(huán)節(jié)上采取了光電隔離雙重抗干擾措施，所以系統(tǒng)工作穩(wěn)定．特別適于工業(yè)控制現(xiàn)場使用，
根據(jù)氣體燃燒機啟動過程的時間順序要求及氣體燃燒機進(jìn)入運行階段的功率調(diào)節(jié)和火焰監(jiān)視進(jìn)行程控器軟件的設(shè)計，其啟動時序和功率調(diào)節(jié)如圖4所示，
在圖4中，AB段是氣體燃燒機的啟動階段，氣體燃燒機啟動前必須確保溫度或壓力監(jiān)控開關(guān)合上，風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)且無火焰信號，啟動時，首先是風(fēng)機和伺服電機啟動，同時伺服電機將風(fēng)門全部打開進(jìn)行預(yù)清掃，預(yù)清掃時間ti= 36 s．與此同時，空氣壓力開關(guān)開始檢測鼓風(fēng)情況，當(dāng)確認(rèn)鼓風(fēng)正常后，風(fēng)門關(guān)至點火位置，點火棒點火，雙重電磁閥開始釋放燃?xì)猓細(xì)鈴牡y輸出，若點火不成功-2 s安全點火時間內(nèi)，雙重電磁閥立即關(guān)閉，氣體燃燒機停止啟動，點火成功后，點火變壓器從雙重電磁閥打開噴氣開始持續(xù)點火4 s(t3=4 s)后關(guān)閉，此時，氣體燃燒機啟動完成，進(jìn)入功率調(diào)節(jié)階段即圖示BC段，功率調(diào)節(jié)階段主要是根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)開關(guān)的狀態(tài)來確定是低負(fù)荷還是滿負(fù)荷，并據(jù)此來調(diào)節(jié)風(fēng)門位置，以確保在空燃比下運行，達(dá)到充分燃燒和節(jié)約能源的目的．CD階段是氣體燃燒機的受控關(guān)閉階段，茌氣體燃燒機運行期間，若收到超溫超壓或停機信號時，氣體燃燒機即進(jìn)入受控關(guān)閉階段，此時關(guān)閉雙重電磁閥，風(fēng)門開至點火位置，進(jìn)入后清掃狀態(tài)，歷時t4=12 s后，氣體燃燒機停止運行，等待下一次啟動，
根據(jù)上述啟動時序和功率調(diào)節(jié)以及對火焰、溫度或壓力等方面的監(jiān)控要求，設(shè)計了該程控器的軟件，該軟件采用M CS 51匯編程序語言編寫，其主程序流程框圖如圖5所示，
該軟件主要包括以下內(nèi)容．
1)主程序：完成氣體燃燒機啟動和運行的監(jiān)控，主要包括初始化、I/O口的設(shè)置、定時器設(shè)置[4]、中斷設(shè)置及對采樣信號和判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)處理．
2)采樣模塊：完成對輸入信號的采集和消除機械抖動．
3)判斷模塊：完成對燃?xì)鈮毫?、燃?xì)庑孤?、空氣壓力和火焰的監(jiān)控，判斷是否停機．
4)故障報模塊：完成對燃?xì)鈮毫?、燃?xì)庑孤?、空氣壓力及火焰的故障處理?br />
3 系統(tǒng)的抗干擾措施
全自動左于體燃燒機程控器屬于審子控制裝置，因此在使用過程中不可避免地受到外界的干擾，為了保證程控器的穩(wěn)定可靠運行，采取了以下抗干擾措施．
1)消除和抑制干擾源，白于程控器的輸入信號大部分都是一些開關(guān)量信號，在開關(guān)閉合或斷開過程中不可避免地存在抖動，形成‘毛刺”形干擾，容易造成程控器的誤動作，因此在軟件上采取了“去抖同一組信號輸入時，進(jìn)行多次采集并延時，避開開關(guān)抖動過程，待信號穩(wěn)定后再進(jìn)行處理，此外，程控器的輸出端主要是點火變壓器、接觸器、雙重電磁閥、交流電動機等感性負(fù)載這些感性負(fù)載的控制器件是觸點式繼電器，當(dāng)其斷開或接通負(fù)載供電電源日寸，都會在電感線圈的兩端產(chǎn)生高于電源電壓數(shù)倍到數(shù)十倍的反向電動判q．如此之高的沖擊電壓不僅使觸點間產(chǎn)生電擊穿，而且對單片機控制系統(tǒng)產(chǎn)生極為有害的高頻電磁輻射干擾，為了抑制這種干擾，在電路上設(shè)置了RC網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示，實踐證明，該網(wǎng)絡(luò)對抑制火花及反電勢造成的干擾效果顯著，第3期
2)切斷干擾源與受感電路的通道．在單片機的前向和后向通道中采用了光隔離器通過電光和光電轉(zhuǎn)換來傳遞信號，在電氣上隔離了信號的發(fā)送端和接LI5U~,有效地抑制了系統(tǒng)的噪聲和接地回路的干捌．
3)提高受感電路的抗干擾能力．RGK A型程控器采用的89C51 CMOS芯片，具有低功耗、使用電壓范圍寬(4～6 V)、噪聲容限高和抗干擾能力強等優(yōu)點，在直流電源的設(shè)計上采取了橋式整流電容濾波穩(wěn)壓電路，當(dāng)外部電源電壓在22 0V±15%范圍內(nèi)波動日寸，亦能輸出穩(wěn)定的SV電壓以供單片機系統(tǒng)穩(wěn)定運行，在電路板上采取了加粗接地線、在供電端加電解電容濾波、大電流和小電流電路分開制版和版間加屏蔽層等一系列抗干擾措耐8．
4結(jié)論
綜上所述，用單片機控制系統(tǒng)取代機電式順序控制系統(tǒng)不僅能完全滿足氣體燃燒機啟動和運行過程控制要求，而且制造成奉低，與機電式程控器相比具有價格優(yōu)勢．制造一臺RGK-A型程控器所需費用僅為
購買一臺瑞士LANDIS產(chǎn)LGK16. 322型程控器的20%左右，為國產(chǎn)機電式程控器價格的40%左右，另外，單片機控制系統(tǒng)具有低壓啟動和久壓保護(hù)功能，加上完備的抗干擾措施，故可靠性較蒜其平均無故障
陋著我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以各種可燃燒氣體為燃料的燃燒機在各種需要熱源的場合得到廣泛應(yīng)用，各類氕體燃燒機工作時，均須實現(xiàn)燃燒機啟動和停止時序化、燃燒過程調(diào)節(jié)自動化以及和聯(lián)鎖保護(hù)自動化等三方面功能，并且當(dāng)自動調(diào)控系統(tǒng)失靈時還有手動功能，目前進(jìn)口的氣體燃燒機程控器（如瑞士的LANDISY R，美國的Honeywell)均采用機械電子控制方式，通過組合凸輪實現(xiàn)順序控制，并由順序控制系統(tǒng)控制其內(nèi)部的火焰繼電器，當(dāng)在燃燒過程中火焰熄滅或火焰不正常時，火焰繼電器斷開，使燃燒機處于故障停機狀態(tài)，這種程控器具有可靠性高和安全性好等優(yōu)點，但由于采用機械電子控制方式，故成本較高，適應(yīng)性差，且不能對故障進(jìn)行有效診斷與，
隨著單片機技術(shù)的迅速發(fā)展，用簡單的單片機系統(tǒng)取代結(jié)構(gòu)復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)是電子技術(shù)及計算機技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，因此作者選定單片機系統(tǒng)作為氣體燃燒機程控器的硬件，再配以模塊化、結(jié)構(gòu)化的控制軟件，以實現(xiàn)對各類氣體燃燒機安全啟動及燃燒過程的實時有效控制，基于以上原理研制了RGK- A型全自動氣體燃燒機程控器以取代瑞士LAN DIS產(chǎn)LGK16. 322型程控器．
1 硬件的組成
根據(jù)全自動氣體燃燒機的控制要求，RGK-A型程控器采用89C 51微處理器作為控制系統(tǒng)的核心部件，再配以輸入與輸出接口電路，構(gòu)成一個較小的單片機系統(tǒng)，由于89C51本身片內(nèi)有8K EPROM，還有4個I／0口[1]，因此完全能滿足程控器的硬件要求．
程控器的輸入量多為開關(guān)量，這些開關(guān)量經(jīng)過信號處理和光電隔離后即進(jìn)入單片豐幾[2]，其構(gòu)成為開關(guān)量信號一信號處理一光電隔離一進(jìn)入單片機，
從圖1中還可以看到．程控器的輸出端多為交流電動機、雙重電磁閥等感性負(fù)載，它們的控制器件為觸點式繼電器，為了驅(qū)動這些感性負(fù)載，從單片機中輸出的信號必須經(jīng)過光電隔離、信號放大及繼電器驅(qū)動等多個環(huán)節(jié)后才能驅(qū)動負(fù)載工作舊，
輸出接口的構(gòu)成：輸出信號一光電隔離一信號放大一繼電器組一驅(qū)動，
從圖2中可以看出，輸出接口的繼電器選用JZC6F，該繼電器線圈額定電壓為直流12 V，內(nèi)阻約400 Q．選用SN7407六同相驅(qū)動器驅(qū)動該繼電裂3]．由于SN7407的每個同相器吸入電流達(dá)40 m.V風(fēng)機
點火風(fēng)門電機其輸出晶體管集電極的耐壓達(dá)30 V，因此完全可以勝任此型號繼電器的驅(qū)動要求，
該程控器不僅具有報功能，而且可對不同的故障分別予以顯示，以方便查找和排除氣體燃燒機在啟動和運行過程中出現(xiàn)的故障，氣體燃燒機一旦發(fā)生故障，雙重電磁閥立即關(guān)閉，同時程控器停止運行并顯示故障位置，通過顯示器上的不同符號顯示各種情況下的故障形式，其中該顯示器采用一位共陽極LED教字顯示器，靜態(tài)驅(qū)動方式，其驅(qū)動電路如圖3所示，
由于本系統(tǒng)的硬件組成較為簡單，在輸入輸出環(huán)節(jié)上采取了光電隔離雙重抗干擾措施，所以系統(tǒng)工作穩(wěn)定．特別適于工業(yè)控制現(xiàn)場使用，
根據(jù)氣體燃燒機啟動過程的時間順序要求及氣體燃燒機進(jìn)入運行階段的功率調(diào)節(jié)和火焰監(jiān)視進(jìn)行程控器軟件的設(shè)計，其啟動時序和功率調(diào)節(jié)如圖4所示，
在圖4中，AB段是氣體燃燒機的啟動階段，氣體燃燒機啟動前必須確保溫度或壓力監(jiān)控開關(guān)合上，風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)且無火焰信號，啟動時，首先是風(fēng)機和伺服電機啟動，同時伺服電機將風(fēng)門全部打開進(jìn)行預(yù)清掃，預(yù)清掃時間ti= 36 s．與此同時，空氣壓力開關(guān)開始檢測鼓風(fēng)情況，當(dāng)確認(rèn)鼓風(fēng)正常后，風(fēng)門關(guān)至點火位置，點火棒點火，雙重電磁閥開始釋放燃?xì)猓細(xì)鈴牡y輸出，若點火不成功-2 s安全點火時間內(nèi)，雙重電磁閥立即關(guān)閉，氣體燃燒機停止啟動，點火成功后，點火變壓器從雙重電磁閥打開噴氣開始持續(xù)點火4 s(t3=4 s)后關(guān)閉，此時，氣體燃燒機啟動完成，進(jìn)入功率調(diào)節(jié)階段即圖示BC段，功率調(diào)節(jié)階段主要是根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)開關(guān)的狀態(tài)來確定是低負(fù)荷還是滿負(fù)荷，并據(jù)此來調(diào)節(jié)風(fēng)門位置，以確保在空燃比下運行，達(dá)到充分燃燒和節(jié)約能源的目的．CD階段是氣體燃燒機的受控關(guān)閉階段，茌氣體燃燒機運行期間，若收到超溫超壓或停機信號時，氣體燃燒機即進(jìn)入受控關(guān)閉階段，此時關(guān)閉雙重電磁閥，風(fēng)門開至點火位置，進(jìn)入后清掃狀態(tài)，歷時t4=12 s后，氣體燃燒機停止運行，等待下一次啟動，
根據(jù)上述啟動時序和功率調(diào)節(jié)以及對火焰、溫度或壓力等方面的監(jiān)控要求，設(shè)計了該程控器的軟件，該軟件采用M CS 51匯編程序語言編寫，其主程序流程框圖如圖5所示，
該軟件主要包括以下內(nèi)容．
1)主程序：完成氣體燃燒機啟動和運行的監(jiān)控，主要包括初始化、I/O口的設(shè)置、定時器設(shè)置[4]、中斷設(shè)置及對采樣信號和判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)處理．
2)采樣模塊：完成對輸入信號的采集和消除機械抖動．
3)判斷模塊：完成對燃?xì)鈮毫?、燃?xì)庑孤?、空氣壓力和火焰的監(jiān)控，判斷是否停機．
4)故障報模塊：完成對燃?xì)鈮毫?、燃?xì)庑孤?、空氣壓力及火焰的故障處理?br />
3 系統(tǒng)的抗干擾措施
全自動左于體燃燒機程控器屬于審子控制裝置，因此在使用過程中不可避免地受到外界的干擾，為了保證程控器的穩(wěn)定可靠運行，采取了以下抗干擾措施．
1)消除和抑制干擾源，白于程控器的輸入信號大部分都是一些開關(guān)量信號，在開關(guān)閉合或斷開過程中不可避免地存在抖動，形成‘毛刺”形干擾，容易造成程控器的誤動作，因此在軟件上采取了“去抖同一組信號輸入時，進(jìn)行多次采集并延時，避開開關(guān)抖動過程，待信號穩(wěn)定后再進(jìn)行處理，此外，程控器的輸出端主要是點火變壓器、接觸器、雙重電磁閥、交流電動機等感性負(fù)載這些感性負(fù)載的控制器件是觸點式繼電器，當(dāng)其斷開或接通負(fù)載供電電源日寸，都會在電感線圈的兩端產(chǎn)生高于電源電壓數(shù)倍到數(shù)十倍的反向電動判q．如此之高的沖擊電壓不僅使觸點間產(chǎn)生電擊穿，而且對單片機控制系統(tǒng)產(chǎn)生極為有害的高頻電磁輻射干擾，為了抑制這種干擾，在電路上設(shè)置了RC網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖6所示，實踐證明，該網(wǎng)絡(luò)對抑制火花及反電勢造成的干擾效果顯著，第3期
2)切斷干擾源與受感電路的通道．在單片機的前向和后向通道中采用了光隔離器通過電光和光電轉(zhuǎn)換來傳遞信號，在電氣上隔離了信號的發(fā)送端和接LI5U~,有效地抑制了系統(tǒng)的噪聲和接地回路的干捌．
3)提高受感電路的抗干擾能力．RGK A型程控器采用的89C51 CMOS芯片，具有低功耗、使用電壓范圍寬(4～6 V)、噪聲容限高和抗干擾能力強等優(yōu)點，在直流電源的設(shè)計上采取了橋式整流電容濾波穩(wěn)壓電路，當(dāng)外部電源電壓在22 0V±15%范圍內(nèi)波動日寸，亦能輸出穩(wěn)定的SV電壓以供單片機系統(tǒng)穩(wěn)定運行，在電路板上采取了加粗接地線、在供電端加電解電容濾波、大電流和小電流電路分開制版和版間加屏蔽層等一系列抗干擾措耐8．
4結(jié)論
綜上所述，用單片機控制系統(tǒng)取代機電式順序控制系統(tǒng)不僅能完全滿足氣體燃燒機啟動和運行過程控制要求，而且制造成奉低，與機電式程控器相比具有價格優(yōu)勢．制造一臺RGK-A型程控器所需費用僅為
購買一臺瑞士LANDIS產(chǎn)LGK16. 322型程控器的20%左右，為國產(chǎn)機電式程控器價格的40%左右，另外，單片機控制系統(tǒng)具有低壓啟動和久壓保護(hù)功能，加上完備的抗干擾措施，故可靠性較蒜其平均無故障
時間可達(dá)l05 h以上，通過修改軟件控制參數(shù)可適應(yīng)多種機型使用，該程控器經(jīng)過用戶近兩年時間的考核運行，未出現(xiàn)任何問題，完全能夠取代進(jìn)口及國產(chǎn)機電式程控器，現(xiàn)已開始小批量生產(chǎn)。
