烟气余热回收监控系统设计

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1、烟气余热回收监控系统设计　　摘要：文章介绍了一种应用于烟气余热回收的监控系统，其主要对温度、压力、液位进行监控。系统采用单片机作为下位机对参数进行采样；上位机使用工控机进行数据处理、显示及控制；通信采用RS-485总线通信方式。关键词：余热回收；监控系统；RS-485通信；VisualBaisc2005中图分类号：TK229文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）22-0076-03工业锅炉、冶炼炉、冶金炉、加热炉的烟气排放温度普遍高达180℃以上，既污染了环境，又浪费了宝贵的烟气余热资源

2、。利用热管换热技术，可有效回收这部分受污染的烟气余热资源，用来预热锅炉助燃空气；预热锅炉给水生产蒸汽，变废为宝，项目的经济效益和社会效益非常显著。该锅炉烟气余热回收监控系统是通过智能数据采集系统（下位机）对生产过程各个参数、状态进行采集，通过RS-485总线传送到工控机（上位机）。计算机对传送的信息进行处理，还可通过与下位机的通讯对生产现场的设备进行控制。1系统分析71.1现场设备结构烟气余热回收基本工作原理如下：在排烟管道安装热管余热锅炉，它通过具有很高热效率的热管与烟气管道相连。将烟气的热量转变为把

3、水的热量产生蒸汽，提供给生产车间使用。锅炉烟气中带有大量的灰尘，在烟道安装了五个声波清灰器，用于及时清理管道积灰，通过检测余热锅炉的水位，用高压水泵给锅炉补水，不断产生蒸汽。1.2需要测量参数、状态和被控对象测量的参数：烟气的进口温度、出口温度、气包压力测量的状态：水位高低状态、声波清灰器工作状态、高压水压力状态被控对象：高压主﹑备水泵2硬件结构2.1数据采集模块设计在目标系统中，监控的对象主要是压力、温度、液位等参数。其中，水温度、烟气温度测量使用铂电阻。汽包压力测量使用远传压力表，以上的温度、压力测

4、量信号均为模拟量。泵口压力的测量主要使用电接点压力表，它与声波清灰器状态和水位等级的测量均返回开关量信号。7系统原理框图如图1。采集系统的核心是89C51单片机，这里选用了AD转换芯片MC14433对模拟信号进行采集。系统中模拟多路开关4051对多个模拟量进行分时采样，它将过程数据逐路分时进行A/D处理。采集系统要对水位状态、声波清灰器工作状态、高压水压力表的状态等开关量进行采样，开关量有20多个，考虑到单片机的I/O口有限，所以使用了74LS138译码器来对多组光耦芯片的选通，分时对多组开关量进行采集

5、，只需要8个I/0口，不用对单片机I/O口进行扩展。为了提高数据采集系统的可靠性，系统带有硬件看门狗X25045。X25045芯片集看门狗、电压监视及掉电数据保存等功能于一体。2.2通讯模块设计单片机与PC机之间的通信方式很多，如RS-232C、RS-485、CAN等。而现在工业检测与控制系统中，常常具有距离远、干扰噪声大等特点。RS-232总线通信已不能满足通信要求。而后期发展起来的如RS-485、Can、LonWorks等总线能很好地解决这类问题。目前广泛应用的RS-485串行接口总线就是为了适应这

6、种需要而产生的。该数据采集系统离PC机大约有500米远，可以选用RS-485总线。RS485总线硬件简单，开发费用低，与PC机相接很容易，且还具有抑制共模干扰及降低对噪音的敏感程度等特点。2.3水位自动控制模块7余热锅炉水位由高压水泵控制。水位有5种状态：极高、高、中、低、极低。当水位低或极低时，打开高压水泵；当水位高或极高时，关闭高压水泵。此外，在水位极高或极低时还必须给出报警信号。高压水泵的控制主要依靠水箱控制器，同时单片机也参与控制。当单片机系统发生故障时，仍可以保证余热锅炉正常工作，这样消除了全

7、局性故障点，提高了系统的可靠性。3单片机采样系统软件设计单片机软件设计主要包括以下几个部分：单片机系统初始化，看门狗芯片初始化，模拟量数据的采样，开关量数据的采样，数据预处理，数据发送，数据接收，泵控制。其中单片机系统初始化包括对单片机片内使用串口、中断的初始化。看门狗芯片初始化主要是设置复位时间。模拟量数据的采样包括4051对被测信号通道的选通、A/D转换及数据的读取。开关量数据的采样包括使用138译码器来对多组光耦芯片的选通和数据的读取。数据预处理主要就是对采样回来的开关量进行处理，得出状态量以便后

8、续传送及控制；另一方面就是预先生成好校验数据。泵控制由单片机和外电路共同构成，主控由外电路进行，测试由单片机进行，测试实现过程为通过I/O口线对继电器控制而后进行压力开关量采集。7主程序的流程图如图1所示：对于以上各个功能块，都对其作为独立的函数进行编写。其中初始化可作为一个模块，信号的采集可作为一个模块，数据预处理作为一个模块，通信发送与接收作为一个模块，泵测试作为一个模块。每个模块均为一单独C文件，最后由主程序模块中的main函数分别调