1、|摘 要本系统介绍了由单片机控制的智能供热监控系统。采用 ATM89C51 系列单片机作为 CPU，设置 AD590 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。此外，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。本设计应用前景广阔，可应用于城市或者小区的集
2、中供热方便快捷，节约能源而且安全可靠。关键词：智能控制 集中供热 监控 信号采集 |AbstractThis paper present the general design and control conception of an intelligent heating control system in detail. ATM89c51 as the central intelligent unit in this system, which controls the temperature of each water-piping ways in-or-out and surroundi
3、ng the pressure of the out filter nets, the volume of offer-heat cycle water and so on. The temperature is changed by the pressure and volumes change ,so using this system first can make sure consumers temperature is not enough, another hand it also can resources. The system also has the keyboard, d
4、isplay unit and typewriter, which can give an obvious understanding to workers.This system would develop and apply expansive, we can apply it to the central heating of a community. It has the merits of secure, tidy and convenient. This control system is a successful example, which combine theory aut
5、omation with practice. Keywords：Intelligent Control, Central Heating, Monitor System, Collect Signal|目 录第一章 绪 论 .- 1 -1.1 我国集中供热的现状 .- 2 -1.1.1 热源 .- 2 -1.1.2 热用户 .- 3 -1.1.3 热网 .- 3 -1.2 我国集中供热系统的发展趋势 .- 4 -第二章 方案论证 .- 7 -2.1 CPU 的选择 .- 7 -2.2 控制方案 .- 8 -2.2.1 数字控制系统（DDC 系统） .- 8 -2.2.2 分布式控制系统（DCS
6、 系统） .- 9 -2.2.3 操作指导控制系统 .- 9 -2.2.4 计算机监督控制系统（SCC 系统） .- 10 -2.2.5 确定方案 .- 11 -2.2.6 补水前馈与热量计算 .- 13 -第三章 硬件设计 .- 15 -3.1 CUP.- 15 -3.2 温度检测 .- 26 -3.2.1 温度传感器 AD590 的特性和结构 .- 26 -3.2.2 AD590 的主特性参数如下： .- 27 -3.2.3 AD590 的工作原理： .- 27 -3.3 A/D 转换 .- 29 -3.3.1 MAX-1230 的主要特点 .- 29 -3.3.2 的内部结构 .- 30
7、 -3.3.3 MAX-1230 的引脚排列 .- 31 -3.3.4 MAX-1230 的工作过程 .- 32 -3.4 流量检测 .- 35 -3.4.1 涡轮流量计 .- 35 -|3.4.2 涡轮流量计的工作原理 .- 36 -3.4.3 涡轮流量计检测原理和方法 .- 36 -3.5 压力检测 .- 38 -3.5.1 特点： .- 38 -3.5.2 工作原理 .- 39 -3.6 语音报警系统 .- 41 -3.6.1 ISD 的引脚 .- 42 -3.6.2 寻址方法 .- 43 -3.6.3 硬件结构 .- 44 -3.7 与上位机的通讯 .- 45 -3.7.1 电气特性
8、.- 45 -3.7.2 电平转换 .- 46 -3.8 键盘显示 .- 47 -3.8.1 8279 的引脚说明 .- 48 -3.8.2 8279 的工作方式 .- 50 -3.8.3 8279 的控制命令 .- 50 -3.8.4 8279 数据的输入输出 .- 52 -3.9 带看门狗和电源监控功能的复位芯片 IPM813L .- 53 -第四章系统软件设计 .- 56 -4.1 主程序： .- 56 -4.2 中断程序 .- 57 -4.3 数字滤波子程序 FILTER .- 59 -4.4 PID 计算程序 .- 60 -致 谢 .- 61 -参考文献 .- 62 -附录 1：单片
9、机控制的智能供热监控系统原理图 .- 13 -附录 2：单片机控制的智能供热监控系统程序清单 .14|第一章 绪 论供热业是国民经济中不可缺少的部分，作为重要的城市基础设施，其任务是合理有效地组织、制备热能，并经济可靠地把热能送到热用户。城镇供热方式大体分为火炉采暖、分散锅炉房供暖、区域锅炉房供暖、城市集中供热等几种。其中，集中供热特别是热电联产供热，对于节约一次能源，改善环境污染，提高人民生活水平有着重要的意义。随着城市大气污染问题的日益严重，以及传统已出现枯竭苗头，集中供热在越来越多的国家受到了广泛的重视，并迅速发展。在世界上，北欧四国，如芬兰、瑞典、挪威和丹麦，因为其地理环境的影响，发展
10、集中供热系统比较早，目前已经发展的比较完善。其供热的规模及供热质量都比较好。此外，受地理环境影响，俄罗斯是世界上集中供热最发达的国家之一。我国的集中供热是在解放后才开始的，由于各方面的原因，发展缓慢，都八十年代初，我国的集中供热比例仍然很小，尤其是城市的民用供热比例更为偏低。据东北、西北和华北三个北方寒冷地区统计，城市民用供热系统中实行集中供热的仅占 2%，分散锅炉房供热占 48%，家庭小炉灶占 50%，即使是集中供热发展较好的北京市，集中供热的比重也只占 8.2%。但自改革开放以来，随着国家经济的快速发展，人民的生活水平大幅度提高，集中供热作为一项节能及改善城市环境的市政工程，得到了迅猛的发
11、展，尤其是进入 90 年代以来，人们对于冬季供暖的要求及质量提出了更高的要求。我国各地方的集中供热规模越来越大，供热网的覆盖面积越来越广，目前，全国已有近 300 个城市敷设了城市供热管网， “三北”地区集中供热普及率达到 30%左右，热网结构也逐步从小规模的树支状热网向大规模的多源联合运行的环状网发展。因此，保证供暖的质量及热网的安全运行是十分重要的。但在供热规模扩大的同时也出现了很多问题，其中之一是随着热网的扩大，先前小规模热网运行的经验已不实用，只能沿用以前的理论与方法，因|此对它的运行管理也越来越困难。加之我国热网运行调节技术手段少，经验成分过多，使得现在的运行管理和调节技术手段少，迫
12、切需要一种新的技术方案来指导、调节热网运行。使之无论从技术上还是管理上都能达到一个更高的水平。1.1 我国集中供热的现状我国集中供热发展到今天，经历了从无到有、从小到大、从弱到强、艰苦奋斗、竞争发展的历程。如前所述,集中供热系统就是将大量的热用户用热力网连接起来，由统一的热源提供所需热量的供热系统。该系统一般有三个部分组成：热源、热力网和热用户。大型集中供热网一般均为间接式供热网，作为热能输送的管网可分为一次网和二次网两个部分。下面从以上几个部分出发对我国集中供热系统的现状进行介绍。1.1.1 热源我国传统的集中供热主要采取热电联产、区域联合供热和小区锅炉房供暖等几种方式。从我国北方采暖地区大
13、城市来看，以分散锅炉房供暖比重最大，据对29 个大中城市统计显示，目前，分散锅炉房供热占我国总供暖面积的 84%，其中，90%以上的锅炉房的容量一般只维持在 7MW 以下的水平，其效率低下，除尘设备落后（或从未安装除尘设备） ，这样一来，不仅造成了能源的大量浪费，而且还严重污染了环境。就全国而言，目前我国供热系统的能效只有 30%左右，而我国是一个能源缺乏的国家，能源需求增长率大大超过能源生产的增长率。因此，如何在现有基础上提高热源的利用率，降低能源的浪费。减少城市污染等诸多方面的问题，已经成为现今城市集中供热系统急需解决的问题。八十年代后，热电联产、热交换站以及相配套的尖峰锅炉房等集中供热系
14、统在许多城市相继建成。特别是|热电联产作为综合、合理利用能源的一个重要途径，逐渐受到重视，也得到了较快的发展。目前。许多城市的大型热源已不止一个，如：北京、沈阳等集中供热系统较发达的城市已经在实践初级的多热源并网运行；另外，其他地区，如：赤峰、郑州、牡丹江、烟台等市由于热负荷的扩大，也在近远期规划了多热源的格局。但这些系统大多是单独承担一个区域的集中供热，单独运行，互不连接。有的城市虽然也把管网联在一起，但在供热时又都用阀门断开，分别运行。这样，就各个热源失去了互补性，同时在供热初期和末期又都不能满负荷工作，使其无法发挥全部的供热能力。不但造成了能源和设备的浪费，而且多个热源同时在低负荷下运行
15、，也加重了城市的污染。1.1.2 热用户我国的供热系统型式落后，缺乏控制与节能手段，大部分用户室内无法进行温度调节和无热量设备，普遍在低负荷、低效率下运行，实际供暖面积只有设备能力的 40%左右，采暖能耗为相近气候条件国家的 3-5 倍左右，能源浪费十分严重。同时，我国室内热环境差，发达国家室内温度是 22 摄氏度，而我国只有 16摄氏度；供热品质也很差，室温冷热不均，室内没有控温设备，用户无法调节室温。采暖收费制度也不合理，按面积收费使用户无节能意识，热能浪费严重，原有的室内供暖系统的设计多为上供下回单管顺流式，不具备对欠费的用户采取强制措施的手段，使得供热企业收费难。随着我国供热体制的市场
16、经济转变，供暖在不远的将来将不再作为 一项福利来实施，而是成为一个商品。1.1.3 热网我国大型热网普遍采用间连供热方式。通常一个城市有几个区域供热网，一|个区域供热网有几十到上百个换热站。供热电厂提供的高温过热蒸汽经电厂换热站汽-水换热器形成供暖热水由二次管网送至用户。在我国现有按供热面积供热体制下，用户不能主动调节室内温度，因此总供热量仅仅和室外温度有关，其总供热量就可预先知道并且有热源厂管理控制，热源厂只要根据相应的室外温度控制一次网系统供回水温度。一般供热公司基本按定流量或分阶段变流量的质调节方案运行，即热网流量在整个供暖期内基本保持不变，平时只根据室外温度高低来调节热网的供水温度。因
17、此，只要保证流量按供热面积均匀分配并保证适合的供水温度就可以满足供暖的需要。其特点为：1）调节主动权在供热公司；2）调节原则就是按供热面积均匀分配流量。这种运行调节方法简单，且能保证供热要求，因此被许多供热公司所应用。但其所具有的按照供热面积收费的许多弊端是无法避免的。1.2 我国集中供热系统的发展趋势从上述对我国集中供暖的当前情况的总结和分析可知，随着形式的不断发展，我国与供暖有关的相关的体制和条件发生了很大的变化：1、随着我国各项体制改革的不断进行，供暖事业按面积收费的弊端日益突出，必将阻碍供暖事业的发展；2、我国节能和环境保护问题日益严重，而供暖的能量消耗在我国经济占有很大的比重，并且会
18、对环境产生较大的影响；3、我国用户生活水平近年来有了很大的提高，对供暖的舒适度有了更一步的要求。因此，原有传统供暖方式的缺陷日益突出，寻求集中供暖的进一步发展以满足我国当前多方面的要求势在必行。|在集中供热发展最早的是西欧的丹麦、瑞典、芬兰和原苏联等国家，从上个世纪八十年代开始，就不断采取措施和相应的技术有效提高供热系统的节能和优化，二十多年来，欧洲国家在集中供热的政策规范及技术在实践中不断补充完善，代表了当今世界的先进水平，提供了比较成熟的技术和经验来借鉴。但由于我国的国情不同，我国的供暖系统有着自身特点：1、我国的供热热源结构以及供热负荷与欧洲国家存在很大的差异，从而决定了我国供热系统的总
19、体格局；2、经过多年的发展，我国供暖已具有相当的规模，而我国已形成的供暖系统的结构与发达国家有着很大的差异，我国在建立新型供暖系统的同时，对原有系统如何进行改造有着非常的意义；3、我们应当建立与我国当前生产力发展相适应的供热系统，也就是既要能满足目前不断发展的供热需求，同时又要与我国的经济实力和经济体制改革相适应；4、我国目前的普及率还不是很高，热网以采暖为主，生活热水所占比例不大。集中供暖有存在诸多节能和成本优势，当前，我国供暖面临着巨大的发展前景。如何建立起既经济又符合供暖发展趋势的供暖格局和供暖系统至关重要。通过对我国供暖现状的 总结和分析，结合发达国家的供暖模式，适合我国供暖发展需要的
20、主要趋势为：1、实现分户调节和热量计量收费。热用户的耗能量决定供暖负荷的大小，因此，促进用户自觉节能，可大大减少我国供暖系统的能源浪费，而促使用户自觉节能的唯一有效手段，就是对使用热量进行计量，并根据计量结果来收费。世界各国的经验表明，把“大锅饭”式的采暖包费制，改为按实际使用热量向用户收费，可节能 20%至 30%。这种明显的节能效果自 70 年代末起就已经在西欧各国的节能措施中得到证明，而且近年来某些东欧国家的努力也说明了这一点。而另一方面，解决目前日趋严重的供热公司收费难问题的最根本有效的管理方法就是采用根据用户的实际使用热量来收|费。可以说，对热量进行计量并据此来收费是集中供热领域行之
21、有效的不可或缺的管理手段。2、多热网逐渐联网，形成多热源联合供热系统。近几年多热源环网联合供热系统经过实际运行已取得了非常明显的效果，并充分显露出其诸多优点：、提高了整个供热系统运行可靠性与安全性。当热网中某一或某些热源出现事故时，各热源可相互替代，相互补充。、可灵活调整供热量，达到良好的节能效果。系统中多热源可根据供热负荷的具体情况，制定出更为合理的供热方案，并可随时使全系统的供热工况（供热量、供回水温度和水力工况）优化，从而实现较理想的节能措施。、系统的水力稳定性好。采用环状网连接，热网比摩阻较小，各换热站的资用压头大，增强了系统的水力稳定性。、优化水力工况，平衡供热效果。、供热系统热源的可扩充性强。发达国家已开发形成了多热源(如:垃圾焚烧厂、热源厂、锅炉房等)供热格局，我国在不远的将来，随着多种技术的不断成熟，必将发展出更多可利用的热源，如：地热、太阳能以及垃圾焚烧所产生的附热等，多热源联合供热系统为更多新热源的加入提供了必要的基础。3、建立相应的系统智能协调机制。和传统供热方案不同，在新的供热系统下，用户可根据自身的需要来控制供热温度。当众多用户调节自己的流量后，整个热网的流量和供热量也将随之变化，此时热网的总供热量随机变化增大；同时，多热源联合供热的结构需要确定如何使得处于同一供热网中的多热源相互配合适应供热负荷的不断变化，从而降低运行费用、提高经济效益和节能效果。
