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摘 要 对于小型热水锅炉实施控制的方法较多，其主要可分为可编程控制系统以及集成电路专用控制器这两大类。研究中主要采用80C51类型的单片机对锅炉的参数进行控制，并且给出了具体控制方案，其优点是控制方法简单、可靠性高、性能稳定等，并且还能大大减低控制成本。
关键词 单片机；小型热水锅炉；控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0085-02
在热水锅炉自动控制系统中锅炉控制是最重要的组成部分，自动控制系统从某种意义上讲与锅炉的寿命、经济性以及安全性有着直接的关系，它不仅能有效提高锅炉输出参数的稳定性，还能减轻操作为员的劳动强度，保障设备的安全以及节约能源等。而对于小型热水锅炉来说，其控制系统主要包括程序点火、控制锅炉、检测与显示热工参数以及连锁与保护等，其中锅炉的控制主要是对锅筒水位以及热水温度、蒸汽压力等锅炉输出参数进行控制，从而能使锅炉能够在某一设定工况中运行。当前，在硬件方面主要是采用可编程控制器，但这种可编程控制器一般费用定价较高，若采用单片机替代可编程控制器在小型热水锅炉进行控制，可大大节省成本，并且安全可靠，在小型热水锅炉控制中得到了广泛应用。
1 控制原理
在小型热水锅炉控制中对于温度的控制十分重要的，其控制过程中主要包括3种类型：①前馈系统，其主要作用在于对干扰所产生的影响进行消除，但无法确保对象恢复到最初设定的状态，因此，前馈系统主要为开环系统，通常情况下不能单独进行使用；②反馈系统，其中要包括比值系统、多回路反馈系统和单回路反馈系统这三种类型；③复合系统，此系统主要结合了前馈系统与反馈系统，其系统具有一定的复杂度，但它能使控制质量得到有效提高。由于热水锅炉通常情况下主要用于供暖，对于锅炉的选择都是较小型的，一般都是采用的分段式的燃烧机，其工质全部是热水，对于控制开关可以采用较为简单的，并且对于温度的控制温度并不高。调节规律较为简单的是单位路反馈系统，其系统环节并不多，一般适用于滞后較小、被控制对象简单的。
2 硬件电路
硬件电路主要利用了单片机的软硬件资源作为基础的模拟量实时采样系统。
2.1 器件的选择
单片机适宜选择性价比较高的80C51，并选择型号为DS-1820的温度传感器，显示器选择LED液晶显示器（共阳极），键盘选用4个独立式的按键，由双向可控硅驱动电路MOC-3041，以及双向可控硅TLC-336A。
2.2 输入通道设计
采集和转换锅炉出水的温度信号应通过输入通道并利用温度传感器来完成。其中型号为DS-1820的温度传感器主要由地线（+VDD）、信号线（DQ）以及电源线（GND）构成，就好比是三极管。
2.3 输出通道设计
在输入通道的设计过程中，一般输入的控制和驱动主要选用型号为MOC-3041的单片集成可控硅驱动器件，过零触发双向可控硅电路简单、可靠是其主要优点。
3 控制软件
3.1 启动程序
锅炉的启动程序如图1所示，为避免燃气阀在停炉期间出现慢性漏气，聚集残气在炉膛内，而导致发生起火故障，应对锅炉内进行吹扫后才能进行点火。如果是因为其他原因而无法点燃火，程序将立即转为人吹扫程序，并对所有与燃料有关的阀门锁住，能有效防止其他事故发生。
3.2 报警紧急处理程序
启动程序的流和图，如图2所示。
1）循检火焰检测器。在火熄灭的情况下，被循检火焰检测器及时检测到后，声光会立即报警，并自动转到吹扫程序。
2）循检水温采样值。当水温采样值超过第一阀值时，声光会立即报警，当水温采样值超过第二阀值后，并自动转入到停气吹扫程序。
3.3 闭环温度控制程序
闭环温度控制程序流程图，如图3所示。
1）数据采集。供热面积是锅炉供热的主要参考量，在公寓住宅面积较小的情况下，可对几户同时进行供热，所以室温采样点不能只看单一点。由于公寓住宅的位置、结构以及通风条件等各不相同，采样时需要考虑到多点，有效值取各点采样值的平均点，为防止数据失误，应加入数字滤波。
2）对象特性。室内温度是以锅炉加温至室内温度开始升温的时间内有一个纯滞的时间作为系统控制的对象，并且通过多种媒体传热来实现系统对室温进行加热。因此，带有纯延迟的多价惯性环节是对象的特性。
3）干扰。干扰主要针对于起动过程和稳定过程。起动过程中的干扰主要取决于以下几个因素：锅炉负载的大小；给定温度与室温之间的差值；达到给定水温所需的水温与现时水温之间的差值。而稳定过程中的干扰主要针对日常生活用水高峰期的热水供应，如洗衣服、洗澡等，所引起的室温波动。
4 总结
经实验证明，用单片机对小型热水锅炉实施控制，与人工控制相比具有更多的优势，能控制小型锅炉动、静特性等，具有节省能源、经济实用等优点。该系统还能对温度实现一路控制，但如果是无压热水锅炉，应适对锅炉水位进行控制，其主要是存在自由水平的原因，最为简单的两点控制开关就是锅炉的水位，当水位下降至某个值时开始补水，当水位上升至某个值时停止补水是其主要工作原理。对此，可以再并联一个液位传感器在温度传感器的地方，为触发补水开关可通过配以可控硅的方式对水位进行控制，若是有压热水锅炉，不需采用电子线路对其压力实施控制，而可以采用机械重位式对其压力进行控制，并且安全可靠，因此在小型热水锅炉控制中的应用较为广泛。
参考文献
[1]赵学芬，赵小如.燃油锅炉单片机控制系统硬件设计[J].天津冶金，2007，5（5）：26-29.
关键词 单片机；小型热水锅炉；控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0085-02
在热水锅炉自动控制系统中锅炉控制是最重要的组成部分，自动控制系统从某种意义上讲与锅炉的寿命、经济性以及安全性有着直接的关系，它不仅能有效提高锅炉输出参数的稳定性，还能减轻操作为员的劳动强度，保障设备的安全以及节约能源等。而对于小型热水锅炉来说，其控制系统主要包括程序点火、控制锅炉、检测与显示热工参数以及连锁与保护等，其中锅炉的控制主要是对锅筒水位以及热水温度、蒸汽压力等锅炉输出参数进行控制，从而能使锅炉能够在某一设定工况中运行。当前，在硬件方面主要是采用可编程控制器，但这种可编程控制器一般费用定价较高，若采用单片机替代可编程控制器在小型热水锅炉进行控制，可大大节省成本，并且安全可靠，在小型热水锅炉控制中得到了广泛应用。
1 控制原理
在小型热水锅炉控制中对于温度的控制十分重要的，其控制过程中主要包括3种类型：①前馈系统，其主要作用在于对干扰所产生的影响进行消除，但无法确保对象恢复到最初设定的状态，因此，前馈系统主要为开环系统，通常情况下不能单独进行使用；②反馈系统，其中要包括比值系统、多回路反馈系统和单回路反馈系统这三种类型；③复合系统，此系统主要结合了前馈系统与反馈系统，其系统具有一定的复杂度，但它能使控制质量得到有效提高。由于热水锅炉通常情况下主要用于供暖，对于锅炉的选择都是较小型的，一般都是采用的分段式的燃烧机，其工质全部是热水，对于控制开关可以采用较为简单的，并且对于温度的控制温度并不高。调节规律较为简单的是单位路反馈系统，其系统环节并不多，一般适用于滞后較小、被控制对象简单的。
2 硬件电路
硬件电路主要利用了单片机的软硬件资源作为基础的模拟量实时采样系统。
2.1 器件的选择
单片机适宜选择性价比较高的80C51，并选择型号为DS-1820的温度传感器，显示器选择LED液晶显示器（共阳极），键盘选用4个独立式的按键，由双向可控硅驱动电路MOC-3041，以及双向可控硅TLC-336A。
2.2 输入通道设计
采集和转换锅炉出水的温度信号应通过输入通道并利用温度传感器来完成。其中型号为DS-1820的温度传感器主要由地线（+VDD）、信号线（DQ）以及电源线（GND）构成，就好比是三极管。
2.3 输出通道设计
在输入通道的设计过程中，一般输入的控制和驱动主要选用型号为MOC-3041的单片集成可控硅驱动器件，过零触发双向可控硅电路简单、可靠是其主要优点。
3 控制软件
3.1 启动程序
锅炉的启动程序如图1所示，为避免燃气阀在停炉期间出现慢性漏气，聚集残气在炉膛内，而导致发生起火故障，应对锅炉内进行吹扫后才能进行点火。如果是因为其他原因而无法点燃火，程序将立即转为人吹扫程序，并对所有与燃料有关的阀门锁住，能有效防止其他事故发生。
3.2 报警紧急处理程序
启动程序的流和图，如图2所示。
1）循检火焰检测器。在火熄灭的情况下，被循检火焰检测器及时检测到后，声光会立即报警，并自动转到吹扫程序。
2）循检水温采样值。当水温采样值超过第一阀值时，声光会立即报警，当水温采样值超过第二阀值后，并自动转入到停气吹扫程序。
3.3 闭环温度控制程序
闭环温度控制程序流程图，如图3所示。
1）数据采集。供热面积是锅炉供热的主要参考量，在公寓住宅面积较小的情况下，可对几户同时进行供热，所以室温采样点不能只看单一点。由于公寓住宅的位置、结构以及通风条件等各不相同，采样时需要考虑到多点，有效值取各点采样值的平均点，为防止数据失误，应加入数字滤波。
2）对象特性。室内温度是以锅炉加温至室内温度开始升温的时间内有一个纯滞的时间作为系统控制的对象，并且通过多种媒体传热来实现系统对室温进行加热。因此，带有纯延迟的多价惯性环节是对象的特性。
3）干扰。干扰主要针对于起动过程和稳定过程。起动过程中的干扰主要取决于以下几个因素：锅炉负载的大小；给定温度与室温之间的差值；达到给定水温所需的水温与现时水温之间的差值。而稳定过程中的干扰主要针对日常生活用水高峰期的热水供应，如洗衣服、洗澡等，所引起的室温波动。
4 总结
经实验证明，用单片机对小型热水锅炉实施控制，与人工控制相比具有更多的优势，能控制小型锅炉动、静特性等，具有节省能源、经济实用等优点。该系统还能对温度实现一路控制，但如果是无压热水锅炉，应适对锅炉水位进行控制，其主要是存在自由水平的原因，最为简单的两点控制开关就是锅炉的水位，当水位下降至某个值时开始补水，当水位上升至某个值时停止补水是其主要工作原理。对此，可以再并联一个液位传感器在温度传感器的地方，为触发补水开关可通过配以可控硅的方式对水位进行控制，若是有压热水锅炉，不需采用电子线路对其压力实施控制，而可以采用机械重位式对其压力进行控制，并且安全可靠，因此在小型热水锅炉控制中的应用较为广泛。
参考文献
[1]赵学芬，赵小如.燃油锅炉单片机控制系统硬件设计[J].天津冶金，2007，5（5）：26-29.