关键词：小型燃煤锅炉温度采集系统设计；应用；
前言：锅炉运行调节参数的确定，只凭司炉人员的运行经验，天冷时供水温度高一些，天热时供水温度低一些，运行调节缺乏科学的监测和量化管理手段，结果形成了既保证不了供热质量又浪费能源的现状。
一、背景
我国的锅炉控制系统发展史新兴于20世纪80年代，模拟控制系统在当时较为盛行，其主要由检测仪表以及调节仪表两大部分组成；随着时间的推移，在20世纪90年代已经将PID控制引入了锅炉控制工作中，这种基于数学模型而产生的方法具有更高的可行性；就当前环境而言，对于20 t/h以下燃煤锅炉而言其检测依然采用20世纪80年代的方法，因此对应的控制方式相对落后。相较之下，荷兰相关研究人员以AVR单片机为基本结构，在此基础上设计出了更为成熟的锅炉控制系统，在国内的应用市场良好，但受热敏电阻的制约，测温范围不够理想。由于锅炉加热工质多以水为主，同时其对应的升温范围也较大，因此K型热电偶具有更高的可行性，具备0~1 300 ℃的检测水平，能够良好地适用于液、气、固体的表面温度检测工作，但受此元器件冷端补偿的影响，必须为之适配放大以及数模转换环节。
二、小型燃煤锅炉温度采集系统设计与应用
1.系统组成，一是温度数据采集。本系统中使用了K型热电偶元器件，它所拥有的测量范围较广，在短时间内做出反应的同时还能确保测量精度。由于燃煤锅炉工质（常见的有水、热风等）温度普遍较高，通常会超过500 ℃，因此K型热电偶传感器具有高度的可行性。二是温度数据转换，本系统引入了MAX6675芯片，在其作用下可以完成对温度数据的转换。此芯片由美国知名公司开发，其内含串行接口，由此引申出模数转换器，能够对所获得的温度信号进行处理，将其转换为12位数字量，最终所创造的温度分辨率达到了0.25 ℃，能够实现0~1 023.75 ℃的温度检测。同时此芯片所获得的转换结果极为精确，与对应温度之间表现出良好的线性关系。二是温度数据传送与处理。本系统引入了单片机，并将其作为系统的主控芯片，其内部含有微处理器，具有突出的低功耗、高性能特点。片内外的硬件资源储量极为丰富，给小型燃煤锅炉控制器的开发提供了有力的支持。选用的是SPI串行外设总线，由此提升数据传输的效率，并具有实时传输的特性。罩数据显示与报警功能。本系统引入了点阵液晶，由此可以将处理后的内容呈现出来，具体涉及系统运转状态以及工质温度等各类锅炉运行参数。由于具有强大的热电偶端线检测功能，因此当由于各类因素的影响而致使热电偶出现短路等错误时，可以在第一时间做出警报，并将对应错误类型的代码通过LCD显示出来。
2.系统设计。一是硬件设计。关于温度采集系统的硬件结构当获得对应的工质温度后，基于K型热电偶等器件的作用，可以将其转换为16位数据，而后在系统SPI串行通信接口的作用下将所得结果精准传输至单片机，最终将结果显示在LCD上。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在进行硬件设计时应注重如下几点内容：对于热电偶而言，其输入负极T需要进行接地处理，在操作过程中应尽可能缩短与芯片引脚的距离；基于提升检测精度的目的，在利用芯片进行冷端温度检测时，应在条件允许的情况下尽可能加大地线规格；由于K型热电偶输出信号普遍偏弱，因此需要采取防干扰措施，诸如引电容则是较为可行的方式。二是软件设计。首先需要设置一个SPI接口，由此实现单片机与之间的高效通信。对于SPI而言，其为典型的环形总线结构，基于SCK的调控作用，能够实现与移位寄存器之间的实时数据交换。在进行单片机SPI配置时，需要将其设置为主机模式，并将部分作为输出引脚，对应输入引脚则为MISO。具体工作流程为：在SS引脚的作用下，可以实现对CS引脚的转换，此时将由原本的高电平转变为低电平，而后触发由此进行温度数据的转换，基于SCK的周期作用可以将所得的16位数据传输给MISO引脚，而后CS转换为初始状态，由此完成整个温度数据转换工作。SPI接口初始化是整个软件运行的基本环节，此时受SCK周期信号的影响将会触，随后将所得的温度数据实时传送至单片机，此处需要将16位数据平均划分为两部分，前者传输高8位数据，将其定义为D1，后者传输低8位数据，将其定义为D2，此时引脚处将会接收到数据D3，并具备D基本关系。对于位而言具有特殊性，其属于无效位，而对应的温度数据关系。与此同时对进行判断，若为高则意味着此时热电偶处于断路状态，随之触发LCD发出警报。在SPI的作用下，单片机能够获得数据D，它为典型的12位二进制形式，通过换算可知十进制范围其温度与电压之间表现出明显的非线性关系，在折算过程中必定产生非线性误差，电压变化率为电压可电线性来近似热电偶的特性。由于小型燃煤锅炉温度采集大多集中在0~500 ℃这一区间内，在本文中则重点围绕这一情况进行对比分析，由此明确温度的误差情况，所得整体来说，非线性误差均控制范围，且与热电偶的热电特性曲线表现出高度吻合的特性。
3.锅炉控制策略。锅炉热效率与煤、风比有着密切的关联，因此在实际运行过程中需要以引风量为参考，在此基础上合理控制鼓风量，由此避免喷火或是漏风等不良现象。当锅炉的燃烧效率高时，对应的热损失较小，此时将具备更出色的节能效应。由此可知，在锅炉运行燃烧过程中需要将其控制在最佳效率区，而这也是当前锅炉控制工作的一大难点。锅炉要想获得持续的输出热量，就必须建立在一定煤量的基础上，此外需要控制好送风量，这是锅炉得以充分燃烧的必要条件。对于不同的操作人员而言，伴随着操作方式的差别，将会出现多种运行状态，但其中只有一种最佳状态，在此状态下对应的煤耗较小，诸如引、鼓风机等设备所需要的能耗更低，整体来说能够在最小输入的前提下获得最多的热量输出。基于变频调速器的调控作用，可以实现对引风机转速的控制，由此确保炉膛负压处于稳定状态。在调节过程中，鼓风机的转速变化会对炉膛负压稳定性造成直接影响，基于补偿此部分波动的目的，需要引入一个鼓风机转速信号，由此发挥出前馈补偿信号的作用。
结束语：我国目前生产和使用的工业锅炉特点是容量小、结构简单，制造厂商多，产品质量参差不齐，缺少锅炉完备的在线监测仪表；而不按安全节能技术规范制造及安装使用的现状也比较普遍，加上工业现场工作条件差，缺乏科学的远程监管手段，锅炉工待遇普遍不高、文化程度低，因而我国工业锅炉运行普遍能效低下，锅炉事故时有发生。而工业燃煤锅炉现场数据采集系统则可以较好的针对上述问题进行解决，从而促进安全生产。
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论文作者:朱 亮
论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期
论文发表时间:2020/1/15
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