单片机在锅炉水处理控制中的应用.doc

单片机在锅炉水处理控制中的应用 0 引 言 自然水中通常含有钙镁等离子， 俗称硬水。 在锅炉用水中需要去除水中的钙镁离子而形 成软水以防止锅炉结垢。 在生产中锅炉水的软化处理是一项重要的安全指标， 所以，对于锅 炉水处理的技术要求愈来愈高。 单片机 以其较高的灵活性和稳定性广泛应用在自动控制领 域。本文所设计的锅炉水处理控制装置，由高低水位控制进水阀开关，选用单片机为核心， 语言编程实现循环时间电路控制。该装置已成功应用于成都富华水处理公司。 1 软水生产工艺过程及对自控系统的要求 1． 1 生产工艺过程 软化水设备的工作原理是基于阳离子交换原理。 水由交换柱上流下， 与交换树脂中的盐 离子充分接触达到把原水中的杂质、 易结垢的重金属阳离子去除掉。 其生产工艺大致分为下 列几步： ①条件满足后运行； ②松床： 主要把交换柱中压紧的交换树脂充分冲开使之与要处 理的水充分接触； ③再生： 水处理经过一段时间后， 交换器树脂中的盐离子会失去导致交换 失效，要对交换树脂进行反洗，再用酸 (或碱 )溶液对树脂进行处理，使其恢复交换能力；④ 置换： 在置换过程中，软化水由上而下流经交换柱，冲洗掉树脂中的钠离子，实现钠离子交 换钙镁离子；⑤清洗：把树脂中残留的氯离子洗净。在实际运行中有 A， B 两套完全相同的 结构构成一个系统， 共有四个工位， 各自工作于不同的工作流程， 交替进行，各工位之间通 过电机转动换位。当 R(E) 处于再生，置换过程时， E(R) 要处于交换过程，以便为锅炉提供 所需的软化水。工艺流程图如 1 所示 (1#为进水阀， 3# 为再生阀 )。 1． 2 工艺过程对自动系统的要求 根据需要各个工位的运行时间长度不同。 要求控制系统应能够设置、 修改、存储各工位的运行时间长度，并能按照设置的各工位时间长度自动切换工作流程，控制各阀门的开关。 并且能够随时手动干预当前工位使之快速进入下一个工位。 配合水位检测器， 系统应能自动检测存储软化水容器的水位高低。 达到上限时， 系统应 能自动停止运行，达到下限应能自动启动系统重新运行。水处理不管在怎样的情况下停止， 设置的数据不能丢失， 停止之前的运行状态应能保存下来， 重新运行时接着原来的状态运行。 面板显示当前系统所处状态：停机或运行；四个工位的哪个工位在运行，相应的指示灯亮； 当前工位所剩时间长度等。面板设计如图 2 所示。 系统硬件设计 2． 1 单片机的选择 本控制系统采用 C8051F2xx 系列的混合信号系统级 MCU 芯片，兼容 8051 内核，有 8 KB 的 FLASH 存储器还有硬件实现的 UART 和 SPI 串行接口。 片内还集成了 VDD 监视器， 看门狗 WDT 和时钟振荡器。芯片功能强大，简化了硬件部分，省去了不必要的外围芯片设 计。 2． 2 显示与按键功能设计 根据要求本系统显示柱号、工位号和分钟内容。这些内容都是数字。所以采用 LED 数 码管作为显示器即可。 为了简化显示， 每一工位的运行时间精确到分， 设置最长时间到百位， 因而，采用三位数码管显示时间。再用一位显示工位号和柱号，共四位。运行时，显示当前 运行柱号及当前工位所剩时间； 设置时， 显示当前要设置的工位号及设置的时分。 当前运行 工位时间采用倒计时显示。除了数码管显示器，面板上还要有各种工作状态。  7 个发光二极管指示当前的 设置 (修改 )各工位运行时间，系统需要有按键，本系统共设计 5 个按键。这些键有机结 合，实现了选位，移位，设置时间和位号，复位等强大功能。在设置期间，整个软化水系统照常运行。只是显示器暂时不显示当前运行工位号及所剩时间，而改为显示所设置值罢了。 2． 3 时间的获取与设置值的存储 系统整个工作流程是按照设定的时间间隔， 控制各工位的轮换， 这都由内部时钟来提供 参考时间。 通过按键设置的工位时间长度能保存起来， 由数据存储器来保存。 这些功能结合 起来在一个芯片上实现，以便减少芯片数量，简化硬件设计，提高了系统抗干扰性能。 系统软件 设计 3． 1 主程序 系统软件主程序由基础 C 语言编写。软件首先进行硬件系统初始化，包括端口初始化、 标志初始化、定时器初始化、中断设置等。主程序详细工作流程如图 3 所示。 3． 2 中断服务程序 - 时钟分更新和按键按下采用定时扫描的方式检测。 在中断服务程序中， 首先访问时钟的 时间寄存器区， 读取分更新寄存器， 判断是否有分更新， 如有则设置分更新标志， 以备主程 序使用。然后读取显示器驱动和按键控制芯片向单片机的输入接口值， 判断是否有按键按下， 当端口为低电平时，表示有按键按下，为高电平表示没有按键按下。 系统内部集成 WDT 定时器复位， 防止系统出现软／硬件错误。 一