目 录
第一章 绪 论.............................................................................................................. 1
1.1 题目来源及研究意义........................................................................................ 1 1.2国内外研究现状................................................................................................. 1 1.3 本文主要研究内容............................................................................................ 3 第二章 系统方案选定.................................................................................................... 4
2.1 供热系统简介及改进........................................................................................ 4 2.2系统方案确定..................................................................................................... 5
2.2.1控制系统原理......................................................................................... 7 2.2.2 控制电路结构图.................................................................................... 7 2.2.3 系统技术参数........................................................................................ 8 2.2.4系统工作任务......................................................................................... 8 2.2.5 控制算法的确定.................................................................................... 9 2.2.6 补水控制方案确定.............................................................................. 11
第三章 硬件电路设计.................................................................................................... 15
3.1硬件电路的基本组成....................................................................................... 15 3.2 前向通道设计.................................................................................................. 15
3.2.1温度传感器........................................................................................... 15 3.2.2 压力传感器.......................................................................................... 16 3.2.3流量传感器........................................................................................... 18 3.3 单片机系统设计.............................................................................................. 22
3.3.1 CPU的介绍........................................................................................... 22 3.3.2单片机最小系统设计........................................................................... 25 3.3.3 8255A扩展接口................................................................................... 28 3.3.4外部电路键盘与显示智能控制芯片HD7279...................................... 30 3.3.5 打印机PP40......................................................................................... 33 3.3.6 ISD1420语音芯片实现的报警电路................................................... 36 3.3.7 电源以及通讯部分.............................................................................. 38 3.4 后向通道设计................................................................................................... 41
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3.4.1 D/A转换电路......................................................................................... 41 3.4.2 驱动电路................................................................................................ 43
第四章 软 件 设 计...................................................................................................... 46
4.1 设计思想........................................................................................................... 46 4.2 温度控制算法................................................................................................... 46 4.3 程序设计........................................................................................................... 48 总 结.................................................................................................................... 52 致 谢.................................................................................................................... 53 附录1：单片机控制的智能供热监控系统原理图....................................................... 56 附录2：程序清单 ...................................................................................................... - 56 -
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第一章 绪 论
1.1 题目来源及研究意义
供暖的重要性在人们生活中的不亚于水和电，民用、工业用、办公用建筑都要配备完善的取热设施。在全球都提倡节能、减排的口号下，采用合理供热方式不但可以提高供热系统能效，响应全球口号，而且对解决居民“温饱”问题和建设全面小康社会具有重要意义。
目前，集中供热已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。供热行业当前的主要任务是提高供热系统能效、降低能耗，降低造价，供热计算机的应用提高了系统的工作效率和设计质量，对实现该任务有良好的帮助。因此，计算机控制的集中供热方式对节能、环境保护、降低成本和提高效益都具有重要意义。 １.2 国内外研究现状
供热系统是由锅炉房、热网管道、凝结水回收、管道保湿、阀门、疏水阀和有关仪表组成的完整系统。系统是否完善关系着运行是否安全、环保和节能，是否合理用热，因此需要搞好供热系统的管理工作和不断采用新技术。
国外则采用了较为简便的技术，像是美国MDS公司SCADA系列数字电台在城市集中供热系统的得到一定的应用。该公司的系列数字电台采用数字信号处理、纠错编码、软件无线电、数字调制解调和表面贴片一体化设计等技术，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，电台提供标准232数据口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达19200bps，误码低于10E-6（接收电平-110dBm时），发射功率0.5-25瓦可调节，任何型号电台可设置为主站或远程站使用，无中转通信距离达50公里以上，能适应室内或室外的恶劣工作环境。电台数据和话音兼容，可工作于单工、半双工、时分双工TDD、全双工方式，收发同频或异频中转组网，并具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。城市供热控制中心设一主站，远端设有多个从站，从站通过标准232接口与RTU/PLC连接，可实时监控管网供热的全过程，清晰地反映各站点实时运行情况，详细监测管线站点的运行参数，集中采集温度、压力、瞬时流量、累积流量等参数值, 城市集中供热实行自动化管理后,改变了以
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前供热出现意外故障中短而无法极时修复，减少民众对供热公司的抱怨，同时使工作效率有了极大的提高，实现了对各支点管道的实时管理[1]。北欧三国所有的供热系统中均采用计算机自动监控，之所以在供热技术那么发达的国家那么广泛的采用这种供热方式，是因为它具有突出的优点：只需要很少的操作人员，不仅提高了劳动生产率，而且提高了系统的热效率。
以上为国外供热研究现状，在我国，传统的供热技术（如采用锅炉采暖系统和热电联产集中供热系统等）较国外的技术相差甚远，效率低、能耗大、污染严重。根据06年第八期月刊中刘永勇、王成军、陈晓霞写的《克拉玛依市中心城供热技术发展趋势》指出，在供热系统运行中，普遍存在的一些问题是：不能及时掌握集中供热系统的运行工况，实时观测整个系统中热源出口、管网、换热站运行参数，因此不能依此迅速发现系统运行工况是否与供热需求相匹配，系统中各个部位供热参数是否运行正常，以便指导锅炉房迅速查找问题并及时合理调整运行工况。这主要是由于供热系统中换热站没有有效的调节装置和根据热负荷的变化进行实时调节的自控系统。造成供热一次管网水力失调严重，使一些换热站偏热，而另一些换热站偏冷，供热效果不好、热量浪费的现象无法解决。其供热系统，在仪表计量、通信、自动控制方面，技术装备低，缺乏技术手段，难以对生产运行进行科学严格的管理。而国内现今结合智能化的控制的现代化供热技术，克服了传统供热系统存在的缺点，提高供热管理水平，消除水力失调，节能降耗。现今智能供热系统已是个供热企业中大力发展的一项新技术。例如，秦皇岛市在供热技术方面，在这几年中就有很大的改进。秦皇岛热力总公司于2000 年首次在集中供热项目中引进了芬兰LONIX 公司热力站机组自控和无线遥测技术，其自控系统是一个集散控制系统，各热力站为独立控制，可根据当地室外气温，调节一级网供水管上电动调节阀，实现对二级网供水温度的控制。中控室不能干预各热力站的控制，总的原则是中央监测，就地控制。数据传输系统采用的是LON 网络技术，无线传输方式。基本实现了换热机组的本地自控和无线通讯功能。唐山市热力公司西部供热工程在1998年建立了微机监控系统，该系统为集散型微机控制系统，对全网86个热力站进行监控，其中有12个典型站设有无线通讯装置，与监测中心构成通讯网络。1998—1999年的采暖期间，该公司监测中心和部分热力站监控系统投入运行，在温差不变的情况下，电厂循环水量由3200吨/时降到2200吨/时，主循环泵提供的供回水压差增加，改善了不利热力站的水力工况，使其二次线供水温度有所提高，改善了供热效果。其它城市也在不同程度上建立了微机监控系统。目前国内有两种不同的供热系统计算机监控
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方式，一种是采用中央集中式监控方式，所有的指令都由主控室下达，本地站只是执行上级指令；另一种是中央和本地分工协作监控办法，主控室只负责全网参数的监视，本地站根据设定值自动控制。随着系统的扩大，监控水平要求的提高，后面一种更是今后发展的方向。
在过去几年里，相对于国外技术，我国供热技术存在以下不足： 1、自动控制方面并不够智能。当热源供热能力不足时，会出现前端用户“抢热”，后端用户“过冷”现象，造成大网严重水力失调，同时，室外气温变化比较频繁，而热源参数调节与各热力站调节不能同步，造成自控系统的震荡和热网水力工况的失稳。
2、数据传输或是通讯方面。一是由于信号干扰或建筑物阻挡等原因，造成部分热力站信号传不上来；二是数据传输无主动上传功能，只能是自上而下采集，而不能主动由下至上传输，当热力站参数超限或故障报警时，不能自动上报中控室，而需由值班人员来完成；三是由于采取巡检方式检测各站运行数据，所有热力站巡检一次约需半个小时，故不能采集同一时刻热网参数，从而不能科学准确地对热网进行数据分析和水力工况分析。随着国内计算机发展速度的加快和网络通讯的不断发展，供热技术也在不断提高，智能的供热系统对以上情况的改善显得更为迫切和需要。
１.3 本文主要研究内容
本文内容包括：智能供热监控系统的研究意义，根据单片机智能供热要求确定方案，设计系统的硬件和软件。本系统采用ATM89C51系列单片机作为CPU，设置Pt100温度传感器、压差传感器、涡轮流量计等传感器元件对供回水、补水、供热蒸汽的温度、压力检测，对回水、补水的流量检测，通过测量电路、A/D转换后把数据传送到CPU，CUP根据已经设置好的温度范围进行比较判断，并发回命令调整供回水的压力以及流量，最终达到自动控制温度的目的，这对于保证供热品质和节省能源都有着非常重要的意义。本系统还安装了键盘，显示以及打印机，方便了数据的读取、切换和统计，使管理层对供热过程和供热品质有最直观的了解。
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