單片機C8051F2xx在鍋爐水處理控制中的應用

0 引 言

自然水中通常含有鈣鎂等離子，俗稱(chēng)硬水。在鍋爐用水中需要去除水中的鈣鎂離子而形成軟水以防止鍋爐結垢。在生產(chǎn)中鍋爐水的軟化處理是一項重要的安全指標，所以，對于鍋爐水處理的技術(shù)要求愈來(lái)愈高。單片機以其較高的靈活性和穩定性廣泛應用在自動(dòng)控制領(lǐng)域。本文所設計的鍋爐水處理控制裝置，由高低水位控制進(jìn)水閥開(kāi)關(guān)，選用單片機為核心，C語(yǔ)言編程實(shí)現循環(huán)時(shí)間電路控制。該裝置已成功應用于成都富華水處理公司。

1 軟水生產(chǎn)工藝過(guò)程及對自控系統的要求

1．1 生產(chǎn)工藝過(guò)程

軟化水設備的工作原理是基于陽(yáng)離子交換原理。水由交換柱上流下，與交換樹(shù)脂中的鹽離子充分接觸達到把原水中的雜質(zhì)、易結垢的重金屬陽(yáng)離子去除掉。其生產(chǎn)工藝大致分為下列幾步：①條件滿(mǎn)足后運行；②松床：主要把交換柱中壓緊的交換樹(shù)脂充分沖開(kāi)使之與要處理的水充分接觸；③再生：水處理經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，交換器樹(shù)脂中的鹽離子會(huì )失去導致交換失效，要對交換樹(shù)脂進(jìn)行反洗，再用酸(或堿)溶液對樹(shù)脂進(jìn)行處理，使其恢復交換能力；④置換：在置換過(guò)程中，軟化水由上而下流經(jīng)交換柱，沖洗掉樹(shù)脂中的鈉離子，實(shí)現鈉離子交換鈣鎂離子；⑤清洗：把樹(shù)脂中殘留的氯離子洗凈。在實(shí)際運行中有A，B兩套完全相同的結構構成一個(gè)系統，共有四個(gè)工位，各自工作于不同的工作流程，交替進(jìn)行，各工位之間通過(guò)電機轉動(dòng)換位。當R(E)處于再生，置換過(guò)程時(shí)，E(R)要處于交換過(guò)程，以便為鍋爐提供所需的軟化水。工藝流程圖如1所示(1#為進(jìn)水閥，3#為再生閥)。

1．2 工藝過(guò)程對自動(dòng)系統的要求

根據需要各個(gè)工位的運行時(shí)間長(cháng)度不同。要求控制系統應能夠設置、修改、存儲各工位的運行時(shí)間長(cháng)度，并能按照設置的各工位時(shí)間長(cháng)度自動(dòng)切換工作流程，控制各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。并且能夠隨時(shí)手動(dòng)干預當前工位使之快速進(jìn)入下一個(gè)工位。

配合水位檢測器，系統應能自動(dòng)檢測存儲軟化水容器的水位高低。達到上限時(shí)，系統應能自動(dòng)停止運行，達到下限應能自動(dòng)啟動(dòng)系統重新運行。水處理不管在怎樣的情況下停止，設置的數據不能丟失，停止之前的運行狀態(tài)應能保存下來(lái)，重新運行時(shí)接著(zhù)原來(lái)的狀態(tài)運行。面板顯示當前系統所處狀態(tài)：停機或運行；四個(gè)工位的哪個(gè)工位在運行，相應的指示燈亮；當前工位所剩時(shí)間長(cháng)度等。面板設計如圖2所示。

2 系統硬件設計

2．1 單片機的選擇

本控制系統采用C8051F2xx系列的混合信號系統級MCU芯片，兼容8051內核，有8 KB的FLASH存儲器還有硬件實(shí)現的UART和SPI串行接口。片內還集成了VDD監視器，看門(mén)狗WDT和時(shí)鐘振蕩器。芯片功能強大，簡(jiǎn)化了硬件部分，省去了不必要的外圍芯片設計。

2．2 顯示與按鍵功能設計

根據要求本系統顯示柱號、工位號和分鐘內容。這些內容都是數字。所以采用LED數碼管作為顯示器即可。為了簡(jiǎn)化顯示，每一工位的運行時(shí)間精確到分，設置最長(cháng)時(shí)間到百位，因而，采用三位數碼管顯示時(shí)間。再用一位顯示工位號和柱號，共四位。運行時(shí)，顯示當前運行柱號及當前工位所剩時(shí)間；設置時(shí)，顯示當前要設置的工位號及設置的時(shí)分。當前運行工位時(shí)間采用倒計時(shí)顯示。除了數碼管顯示器，面板上還要有7個(gè)發(fā)光二極管指示當前的各種工作狀態(tài)。

設置(修改)各工位運行時(shí)間，系統需要有按鍵，本系統共設計5個(gè)按鍵。這些鍵有機結合，實(shí)現了選位，移位，設置時(shí)間和位號，復位等強大功能。在設置期間，整個(gè)軟化水系統照常運行。只是顯示器暫時(shí)不顯示當前運行工位號及所剩時(shí)間，而改為顯示所設置值罷了。

2．3 時(shí)間的獲取與設置值的存儲

系統整個(gè)工作流程是按照設定的時(shí)間間隔，控制各工位的輪換，這都由內部時(shí)鐘來(lái)提供參考時(shí)間。通過(guò)按鍵設置的工位時(shí)間長(cháng)度能保存起來(lái)，由數據存儲器來(lái)保存。這些功能結合起來(lái)在一個(gè)芯片上實(shí)現，以便減少芯片數量，簡(jiǎn)化硬件設計，提高了系統抗干擾性能。

3 系統軟件設計

3．1 主程序

系統軟件主程序由基礎C語(yǔ)言編寫(xiě)。軟件首先進(jìn)行硬件系統初始化，包括端口初始化、標志初始化、定時(shí)器初始化、中斷設置等。主程序詳細工作流程如圖3所示。

3．2 中斷服務(wù)程序-

時(shí)鐘分更新和按鍵按下采用定時(shí)掃描的方式檢測。在中斷服務(wù)程序中，首先訪(fǎng)問(wèn)時(shí)鐘的時(shí)間寄存器區，讀取分更新寄存器，判斷是否有分更新，如有則設置分更新標志，以備主程序使用。然后讀取顯示器驅動(dòng)和按鍵控制芯片向單片機的輸入接口值，判斷是否有按鍵按下，當端口為低電平時(shí)，表示有按鍵按下，為高電平表示沒(méi)有按鍵按下。

系統內部集成WDT定時(shí)器復位，防止系統出現軟／硬件錯誤。一旦有錯誤出現，WDT溢出，系統報警，保證系統正常運行。

3．3 控制處理子程序

控制處理子程序是直接控制軟化水設備的程序。當有分更新時(shí)，當前運行時(shí)間減1，判斷當前工序的剩余時(shí)間是否為0。如果為0，表明當前工序運行時(shí)間到，電機轉動(dòng)換位，工序號增1，直到為最后工位時(shí)，再循環(huán)至第一位，繼續運行。

3．4 按鍵處理子程序

按鍵用于系統的運行參數輸入和控制，按鍵處理子程序實(shí)現硬件設計時(shí)定義的按鍵功能。本系統所用按鍵較少，但實(shí)現的按鍵功能較為齊全，有功能鍵，循環(huán)移位鍵，增1鍵，增1鍵根據不同內容自動(dòng)限制輸入值范圍，有復位鍵使系統從初始狀態(tài)運行。有單鍵起作用的，也有兩鍵共同起作用的。

4 結 語(yǔ)

本文設計的用于軟化水設備的控制系統。與同類(lèi)控制系統相比，單片機系統最小化，整個(gè)組成電路結構簡(jiǎn)單，成本低，系統可靠性高。經(jīng)實(shí)際運行，系統穩定可靠。