智能点火控制器 MCS51单片微型机在稠油开采中的应用.pdf

智能点火控制器MCS51单片微型机在稠油开采中的应用 第六图书馆 采用MCS-51单板微型机与必要的外围电路的构成机电一体的智能点火控制器。对稠油开采的关键设备-高压注汽锅炉从点火到运行的 六个步骤进行自动控制,如果点炉失败,则自动诊断失败原因原因,帮助操作人员尽快排除点炉故障,使锅炉的点火过程实现智能化,对 硬件及软件稍加改变即可应用于工业及民用锅炉和工业窑炉的自动点火控制,目前国内还没有此类产品生产采用MCS-51单板微型机与 必要的外围电路的构成机电一体的智能点火控制器。对稠油开采的关键设备-高压注汽锅炉从点火到运行的六个步骤进行自动控制,如 果点炉失败,则自动诊断失败原因原因,帮助操作人员尽快排除点炉故障,使锅炉的点火过程实现智能化,对硬件及软件稍加改变即可应 用于工业及民用锅炉和工业窑炉的自动点火控制,目前国内还没有此类产品生产单板机 控制 锅炉 稠油开采 智能 点火控 制器新疆石油科技张宝泉新疆石油管理局重油开发公司1996第六图书馆 第六图书馆 智能点丸控制器 Mc s 一 5 1单 片微型机 在稠 油开 采 中的应用 ‘7 7 能 点 火 控 制 器 开 ⋯8 3 4 o o 0 一P -． 新疆石油管理局重油开发套司 克驻玛．嗷 J ／／ J ．j 要 车 M 。 一 单 扭 擞 型 机 与 曲 要 的 外 围 电 路 构 成 机 电 一 棒 他 的 智 能 ． 控 1 、 概 述 高 压 注 汽锅 炉 是 稠 油开 采 的关 键 设 备 ， 根据 多年 运行 的具 体实践 ， 操作 人员迫 切要 求 点炉过 程能实 现智能 化 ， 要求 点 火 控 制器 不仅能 控制锅 炉 当动 点 火 的 前 吹 扫 、 点 引燃 火 、 点主火焰 、 引燃 火灭 、 自动调 火 、 正常运行 监控的全过 程 ， 而 且具 备智 能 特点 。在 上述 的每一个步骤 中如 出现 问题 使点 火失败 ， 则 自动诊 断失败原 因井 立 即 显示相应代 码， 告诉操作人员 ， 便于迅速排 除故障， 顺利点炉运行， 免除查找故障的麻 烦 和减 轻操 作人 员的劳动强 度 ， 1 9 8 7年开 始机 电一 体化 的智能点火控制器 的开发研 制工 作 ， 1 9 9 1年 3月研 制成 功 ， 在 新 炉 调 试 中取 得了很 好的效 果。 智 能 点火 控 制器 采用 微 型 单 板 机 技 术 ， 利用 其很 强的逻辑 运算功 能和 很 强的 位控 功 能 实现 对 点 炉全 过 程 的监 测 和 控 稠油 ‘i ． 锄芝 ￡ 火 疙 制 。 利用 L ED发光二极管 对点炉运行 的每 一 步进行过 程显示 ， 利 用 LE D数码管显示 器 进行计 时 显示和 故障 显示 ． 利用 单板 机 内部 的二 个 1 6位定 时／ 计 数器实现精确的 计时和定时控制。运行程序直接固化在一 片只读存贮器芯片 内 。下边 分别介绍智能 点火控 制器的硬件 电路 和软 件构成 ． 2 、 硬 件电路 单板机 选 用 MC S --5 1系列 中的 8位 单板 机 8 0 3 1 ， 配一 片 只 读 程 序存 贮 器 E P ROM2 7 6 4构 成 智 能点 火 控制 器 的 基本 系统 。由于单板机 8 0 3 1 芯 片的 P O 口是分 时作 为低八 位地址 和 数据 线 使 用， 故 使用 一 片 7 4 L S 3 7 3作低 位地 址锁 存器 ， 由 AL E 作为其选通信号 。 8 0 3 1的 P C 口先 送 出 程 序 计数 器 中 的低 八 位地址 并 锁 存 到 7 4 L S 3 7 3 ， 再转作 数据 q用 。8 0 3 1芯 片中的 P 2 q用来输 出 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 ‘ 7 8 新疆石油科技 1 9 9 6年 第 4期 第 6卷 程序计数器中的高八位地址。紫外线攘除 电可 编 程 只读 存 贮 器 E P R OM2 7 6 4中 固 化 了 智 能 点 火 控 制 器 的 运 行 程 序 ， 用 P S E N作为其选通信号， 图1为概念框图 3～ 3 P3 光 电 6 I 厂 - ] l I --‘ OPl～ 6Pl - L c 2 7 6 4 t 嗣 _ 一 一L 厢 O P0 ～ 7 PO 8 3 O l 宵 ALE 3 J 光 0P 2 ～ 2 P 2 电； P S E N T一 4 P3～ 憎 3 卜 -一 厢 7 P ， 离 X r lALI 口 l XTAL2 图 1 概念框图 由 8 0 3 1芯 片 P 1口的 1 P 7作 显 示 器 的 字形驱动 ， 因其不能驱动大功 率负载 ， 所 以通 过 一 片 7 5 4 5 2芯 片驱 动共 阴 极 L ED 七 段发 光效 码管 显示器 B S 0 0 5 0 ， 因 7 5 4 5 2 最大 工作 电流 3 0 0 mA， 满足使用要求 。 1 P7 输 出低 电平 时个位 显示 器亮 ， 1 P7辖 出 高 电平 时十位 显示器 亮 ， 为了使 显示器看 起 来 不 闪烁 ， 刷 新周期 应选 择在 5 0 ms左 右 。 P 3口的 3 P0 、 3 P1 、 3 P 2 、 3 P 3作 字形 驱 动 ， 为了在七段 L E D数码显示上显示数 字 ， 必 须 要将 其转 换成 相应 的段 码才行 即字形 码 ， 电路采用 一 片 C D4 6 1 1锁 存／ 译码／ 驱 动芯 片 ， 它可 以将 4位 B C D码编码 成七 段 码进行显示 ， 其选输出电流 2 5 mA， 满足电 路要求 。 在 8 0 3 1芯 片上 的 XTAL1 、 xTAL2 引脚上外接 6 M} l 2 石英晶体和电容器组成 并联 谐振 回路 ， 采用 内时钟方式产 生 C P U 操作 时序 。 RE S ET 引 脚 上 外 接 一 电 容 到 5 VDC， 接 一 电阻 R 到 地 ， 在接 通 电源 瞬 间， 使 RE S ET端为高电位 。 然后 由于电容 充 电， 经过大约 2 4个时钟周期 以上的时间 后 ， RE S E T 端变 为高电位 ， 完成 上 电复位 的功能 ， 一般一个 1 O 的电容是 以提供 可靠 的上 电 复位 ， 另外在 电容上 并 联一个 按钮开关做 手动复位用 。 考虑 到 被控 对 象是强 电 系统 ， 有 可能 引入 干扰或 强 电信号窜入计 算 机 系统 ， 因 此对辕入及 输出电路均采用光 电隔离 技术 加 以隔离 。P 1口的 1 P O ～ 1 P 6用做输 出控 制 ， 其 中 1 P 0控 制 主燃辩 阉 ； 1 P1控 制 引 燃 电磁 闷 ； 1 P 2控 制点火变压器 } 1 P 3给大 小火风门开关送电} l P 4控制吹扫电磁阀； 1 P 5控制调火 电磁阀； 1 P 6为火焰故障报 警 ， 因这些信号经过光电耦台器后不能驱 动继 电器 ， 因此要 通过一个 MC1 4 1 3驱动 器 芯 片再 驱 动继 电器 K1 ～ K7 ， 同 时也 驱 动相 应的 L ED发光二极管作运行 指示用 ． 电原 理图见图 2中 C。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 智能点火控制器 MCS --5 1单 片微 型机在稠 油开 采中的应 用 7 9 ‘ A ‘ B 图 2 1 ／ 0接 口部分 电原理图 i蕾牛 l ● 代目 图 3 程 序流程图 P 3 1 1 的 3 P 4 3 P 7作输 入 1 1 用 。 其 中 3 P 4为火焰 信号输入 ； 3 P 5为风 门开 信号输入 3 P6为风 门关信号输入 ； 3 P7是 c】 联锁 信号 输入。 电原理图 见图 2中 A、 B 。 3 、 软件设计 操 作 软 件 可 分 为主 程 序和 显示 子 程 序 、 时钟 子 程序及各种过程处理程序组成 ， 主 程 序分 为上 电 自检 即 自诊 断程序 ， 如 果 自检无 误 才对 系统进 行 初始化 ， 然后运 行 各过程 处理程 序 ， 程序 流程图见图 3 。 自检 主要 包 括对 C P U 的 自检 ， 如 对 指令 系统的 诊断 ， 对片 内 RAM 的诊断 ， 对 计数 器／ 定时器的诊断 ， 对 中断功能的诊断 和 对 程序 存贮 器 E P R OM2 7 6 4的诊断 即 校验 和 如 以上诊 断全部 通过 ， 证 明硬件 系统完 好 才能 转入 系统韧 始化 ， 初始化 主 要完成设置寄存器 O区， 选定T O 。为工作 方式 1 ， 清 时钟 数 据寄 存 器及 定时数据 存 储 区 ， 殴置 1 6位 定时 器 的参数 ， 启动 TO 。 开中断将 数据写入显示缓 冲区等等 。时钟 子程序和显示子程序见程序清单如下 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 8 0． 新疆石油科技 1 9 9 6年 第 4期 第 6卷 时钟子 程序 清单 XS S A LT o RG LJ M P M oV M OV I NC M o V XRL J Z LJ M P M OV I NC ADD DA M o V M o V ORL M oV I NC M o V SW AP o RL M O V RETl 显 示子程序清单 oO0B H DSS TL0， oCBH TH 0． 茸 7 Df I Rl A ， oAH A ． R l XSS AI T R1． A A A ， R2 A R 2 ． A R0 ． 7 AH A ， OF OH 国 R O， A RO A ， R2 A A ， oFOH R o ． A 时钟 程序 的 S ， 1 ／ 1 0 s计数 单元分 别为 8 0 3 1的片 内寄存器 0区 的 R2 ， R1 。 每 间隔 l O O ms的时闻 ， TO溢 出中断进 入 中断 服务 程 序 入 口地址 0 0 0 B H 一次 ， 在 中断 服务 程序 中 ， 对 1 ／ 1 0 s ， S进 行 累 加和 十 进 制调 整 ， 并将结果送 入显 示缓 冲 区 ， 然后返 回主 程 序 。 显 示 子 程 序 将 显 示 缓 冲 区 0 7 AH， 0 7 B H 中 的数据 转换 成相 应 的字 形码和 字 位 控制信 号 ， 在相应 的 数码 显 示器上 显示 出来 ， 是否显 示时钟 信 息 或故 障代 码 将取 决 于时 钟单元 或各 过 程 处理 ， 程 序预 先写 入显示缓 冲区的数据 。 DI S PM OV RO ， 7 AH I MO V A ， R O I M OV P3． A ‘ M OV 4 2 H ． ODFH M S S1 DI NZ M S S2 CP L I NC M OV M0V M OV DJ N2 C几 RE T 4 2 H ， M S S I P1 ， 7 Ro A ． R o P3． A 4 2 H ． ODF } { 4 2 H ， M S S2 P1． 7 4 、 工作原理 智 能 点火 控制器 的工作 原理 如 下 ； 当 工 人按 点炉 按钮 ， 锅炉各报警 点均 正常 ， 投 有报警 ， 机泵 、 风机等各附属设备正常启动 运行后 ， 则联锁 信号才能输 入 到点 火器 的 1 N 4端， 点火器接到联锁信号后 ， 便进入自 动点 火状 态 ， 首 先监测确 保炉 膛 内无 火焰 后 ， 即输 出控制信号打 开吹扫 电磁 阀， 并给 大 、 小风 门开关送 电， 进 入前 吹扫 。进入前 吹扫后 ， 先监测 风门是 否开 大 ， 如 5 s后 ， 风 门仍未打开 ， 即显示相应错误代码 。 并一直 等待 ， 直到风 门打开为 止 ， 风 门打开并且前 吹扫进行 完 后 ， 点火器 输 出控制 信 号关 闭 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 智能点火控 制器 MC S --5 1单 片微型机 在稠油开 采 中的应 用 8 l 吹扫 电磁阀 ， 同时监测 风 门是 否关闭 ， 如 5 s 后未关闭 ， 也显示相应 出错代 码 ， 并 一直等 待直 到风 门关 闭为止 ， 风 门关 闭后 ， 点火 器 停止 给大 、 小风 门开关送 电 ， 改给 点火变 压 器及引燃电磁阀送 电， 进入 自动点引燃 火 阶段 ， 此时 一直监测 I N1端是 否有 火焰 信 号输入 ， 如在 1 5 s之 内未 点着引燃 火 ， 停 止 给 火变 压器 及 引燃 电磁 阀送 电， 停 炉并 进 行后 吹扫 ， 同时显示相应 错误代 码 ， 如引燃 火点着丁， 则自动打开主燃料阀， 进入点主 火焰阶段 。 在 预定时 间 内主 火焰 未点着 ， 停 止给点火变压器 、 引燃 电磁 阀、 主燃料 阀送 电 ， 停 炉 进 行后 吹 扫 ， 并 显示 相 应 错误 代 码 ， 如主 火焰 正常 ， 则停 止 给 点 火变 压器 、 引燃 电磁 阀送 电， 转给调 火 电磁阀送 电 ， 进 入正常 调火运行 阶段 ， 在正 常运行 阶段 ， 点 火 器一直监测火焰信号 I N1 和联填信号 I N4 ， 如发现灭火故障 。 立即停止给主燃料 阀和调火 电磁 阀送 电， 停 炉进行 后 吹扫 ， 同 时 显示相 应错误代码 。 不 论是在 自动 点 火 阶段 ， 还是 在正 常 运行阶段， 点火器都一直监测 I N 4联镁信 号 ， 如在点火 阶段 ， 联镁 信号 中断 ， 点火 器 立 即停_炉 进行后 吹扫 ， 并 显示 相应 错误代 码 ， 如在正常运行阶段 联锁 中断 ， 点火器立 即停炉进行后 吹扫 ， 不显示 错误代码 ， 操作 人员可根据操作盘上某一个故障灯亮， 来 判断是何种外部故障停炉 ， 或人工控制停 炉 。 与锅炉控制系统 有关 的联接如下 ① 输 人 a 同紫外线火焰 监测 器相联 接 的火 焰 信号 1 N1 ； b 同风 门开 太位置开 关相联 的风门 开太信号 I N2 ； c 同风 门关 小位 置开 关相联接 的风 门关小信号 I N3 ； d 同控制 系统信号相联接的联填启 动信号 I N4 。 ② 输 出 a 主 燃 料 阀 控 制信 号 ， 用于 启闭主 燃料 电动 阀 ； b 引燃 阀控 制信号， 用于启闭引燃 电动阀 ； c 点火控制信号， 用于开关点火变 压 器 ； d 风 门开 关送 电信号 ， 用于 给 风 门 开关送 电 ， 监测 风 门大 小位置 ； e 吹 扫 控 制 信 号 ， 用 于启 闭 吹扫 电 磁 阀 ； f 调火控制信号 ， 用于启闭调火电磁 阀 ， 实 现系统 自动 调火 ； g 火焰故障报警号， 用于远传报警。 参 考文 献 i ． 舴伟 人单 片 氍 型 札 原履 曩 善 应 用． 清 华 太 学 出 垃 社 ． 1 9 89 2 、 赶 任 羊 ． 单 片擞 机 接 口垃 术． 人 民 埠 电 出垃 ， 1 98 9 3 ． 陈利 墓． 单 片截 型 计 算机 MCS --4 8， MC S -- 5 1直 甩 手 册 ． 电 子 工 业 出 垃 杜 ， 1 9 8 6 4 ． 张 开 克 等． 截 型计 算 机亚 单 片计 耳机 始争 丰境 手 册． 科 学技童 文 E出枉 ， l 9 8 9 责任蝙 辑 王，I ￡ 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆