锅炉多路风压风速监测仪的设计与应用

来源：作者：发布时间：2015-05-27 17:33:55 点击数：

1 引言

风量和煤粉的均匀分配是保障工业燃煤锅炉安全和经济运行的重要条件，也是保证煤粉充分燃烧的决定性因素。锅炉良好的燃烧状态可有效避免炉内火焰中心偏插件电感器移、防止炉镗两侧温差过大、降低能耗及提高设备的使用寿命。因此，采用科学的方法，较为精确的实时监控各喷燃器入口的风速、风压、温度等参数，是工业燃煤锅炉经济运行的必备前提。

在锅炉实际运行中，由于受测量手段等诸多因素的影响，目前国内电厂对工业燃煤锅炉一、二次风速的检测普遍采用静压测量方式，因此不能正确反映一、二次风管内电感器生产厂家的风速等状况；此外，由于在单位时间内，进入喷燃器的风量不仅取决于压力，还与风速、温度有着密切的关系，增加了测量难度。传统的锅炉参数测量多采用单通道、专门功能的计量仪表，不绕行电感能满足多通道的综合检测、集中监控与数据比较分析的需要。本设计采用低成本的单片机和外围监测电路，实现对工业燃煤锅炉多通道风压、风速、温度的实时监测与显示，并与上位机通讯，进行数据处理、打印与存储。

2 系统组成和工作原理

2.1 系统组成

本监测仪采用89C52单片机作为核心控制器件，按照模块化的设计原则，将监测系统分为：CPU主控卡、通道控制、数据存储、A／D转换、放大电路、键盘及显示等功能模块，系统组成框图如图1所示。

模块化设计的结果使监测系统结构简洁，便于维护，可靠性得到提高，而且也使系统的功能扩展成为可能，可为系统预留一定的升级空间。

2.2 工作原理

锅炉多路风压、风速在线监测系统的工作原理为：键盘／显示模块作为外设与CPU实现人一机信息交流；同时，CPU经通道控制模块选择采集通道，对被选择通道的数据相继进行信号采集、放大、A／D转换后输入CPU，在CPU内部经运算、比较、数值转换处理后输出到键盘／显示模块，显示所要监测的相关数据。当要求显示风压大小时，直接将采集的风压数据经过放大、转换即可；当要求显示风速大小时，则须将采集的风压和温度数据按照式(4)计算(软件程序计算)后，送键盘／显示模块显示相应通道及风速。

3 硬件设计

3.1 通道选择电路

本系统共有16路数据采集通道，表1为通道选择真值表，可以通过89C52的P1口控制16个通道的选通状态(Q1～Q4)。图2为通道选择控制电路，8D锁存器74LS373的输入引脚D1～D8与89C52的P1口连接，输出脚Q1～Q6用于选择控制16个通道，其中：Q4，Q5，Q6分别与A1(74LS138)的A、B、C脚相连；定义A1的输出口Y0，Y1为A2或A3的片选控制信号，当Y0为低电平时选择A2芯片工作，当Y1为低点平时选择A3工作；74LS373的Q1，Q2，Q3则分别与A2，A3芯片的A，B，C脚直接相连，实现采集通道的8选1控制，再与Q4高／低电平2个状态大电流电感结合，就可实现16路通道的选择。

3.2 程控信号放大电路

传感器输出的电压信号比较小，与A／D转换输入端口不匹配，必须在A／D转换前加一个信号放大电路，选用超低漂移高精度运算放大器OPO7。又由于通道数较多，各通道参数的精度、量程不同，因此，监测到的信号需要根据不同的通道，选择合适的放大倍数，更好地完成信号的放大处理，为A／D转换器提供更为精确的采集信号。图3为放大电路，采用4路选择开关CD4052芯片来选择放大倍数Ki。用图2中的74LS273的Q7，Q8输出端口控制CD4052芯片，选择X0，X1，X2，X3，实现电阻R1，R2，R3，R4的切换，进而实现改变放大倍数的目的。