飞灰含碳量在线监测系统取样称重单元设计.pdf

摘要在热电厂中锅炉的船尾槽中的烟道灰的碳含量是煤锅炉的主要经济操作指数和 技术指数，其直接用于控制锅炉燃烧和锅炉的最佳操作。同时一，也是锅炉效率计算和 评估的重要原始数据。为了适当地调整风与煤的比例，提高发电效率，降低发电的成 本，并提高其在网上竞价的能力，对飞灰的碳含量进行监测是有利的。因此，飞灰含 碳量监测系统的设计与性能分析具有十分重要的意义。本文针对锅炉尾部烟道中的飞 灰含碳量主要做了以下内容：(1)首先详细介绍了悬臂式失重法飞灰含碳量在线监测系统的实施机制，包括 受控对象、控制系统和软件系统。然后分析和设计了监控系统的每一个子模块的特性,其中主要完成了提高自由度(操纵器)，步进电机和传感器的选择和安装，以及控制的 每个模块的选择。最后确定控制系统中的操作逻辑，并对控制程序进行编译。最后，完成了整个系统正在建设和运行。(2)与现存的检测机构所示的装置例不同，通过问题的反馈对发明进行了详细 的阐述。其主要内容是利用数据收集两个工厂的碳含量数据对这两个工厂的定期数据 进行收集。与评价仪器的有效性和经济性相对比，对实际数据进行了分析，并确定了 仪器的精度和经济性。关键词：飞灰含碳量；失重法；在线检测；控制系统；执行机构取样器旋转托盘图2.2.2样品传递机构设计-2.2.3样品称重模块的设计燃烧法测量飞灰的含碳量，参考依据为煤的工业分析方法。其中针对飞灰分 析原理进行解释：飞灰中含有的未完全燃烧的碳极其化合物，经过高温灼烧后，会转 换为二氧化碳，导致样品减少，通过减少的量来求得参数。系统测量原理公式如下：W=m2-m3xlOO%m2-ml式中 w飞灰中的未完全燃烧的碳及其化合物质量分数；ml-燃烧后飞灰与珀蜗的总质量，单位g;m2高温灼烧前的飞灰与川蜗总质量，单位g；m3高温灼烧后灰样与:蜗总质量，单位g;由以上的测量涉及到的已知量以及未知量看，灼烧前后飞灰的质量变化主要由碳 及其化合物的转换而造成质量的下降，由此能得出飞灰中未完全燃烧的碳的量。由于飞灰的质量较小，灼烧后的质量的变化也极小，因此要求重量检测传感器的 精度十分高。所以应选取高精度电子天平进行称重。2.3本章小结本章首先完善并规范了对整体机构的技术要求，定下了标准，规范了准则。还对 失重法的监测和运行方案做了详尽阐述。在中轴的圆圈周围遍布着四个工位。这相比 于其他方案更为灵动。还简单描述了所涉及到设备的机械结构和动作内容。最后详细介绍了整个监测 系统的配置结构情况。国内电站锅炉多采用两个烟道排放烟气的特点，系统由两套独立的检测单元组成，分别对甲、乙两侧烟道的飞灰含碳量进行检测。以上内容的 叙述为以后论文的展开做好前期的理论铺垫。第三章系统硬件总体设计3.1被控对象硬件部分是控制系统的重要组成部分之一，它保证了检测的每一个步骤都具有领 导地位，并成功完成了测量任务。首先作一个简短的介绍，然后是一个详尽的介绍。图3.1样品传递机构设计取样机构：取样部分的目的是取得飞灰样品，由飞灰取样器和珀蜗等构成。称重机构：收集到的飞灰，集中在称重机构中进行称重，并将重量信号经过模 拟数字转换器处理后传递给单片机，本次设计时选择的称重传感器类型为电磁平 衡式传感器。灼烧机构：收集到的S灰经过测量初重后，随即转到灼烧机构中充分燃烧，灼 烧机构主要是电炉加热装置以及温度控制单元，实现灰样的除碳功能。执行机构：为了使灰样的采集与处理自动执行，采用电子机械式的自动化执行 机构代替人工，利用多工位旋转托盘和自动升降杆来自动完成灰样的手机、转移以 及排灰等擦操作，执行机构主要有气源、光电开关、电磁阀、步进电机等部件。排灰机构：排灰机构的工作是当该测量装置完成灰样的分析后，为了下次重新 开始检测，需要将工作圮蜗内的积灰清理干净，排灰机构的组成主要是金属软管、仪用气源等。控制机构：控制单元是本测量装置硬件的核心部分，主要由触摸屏一体化主机、信号接口板和电源等部分组成。其特点是性能可靠、操作便捷，能够实现对两套测 量单元的同时控制。全部装置通过电缆DCS相连接，由运行人员在主控制室对飞灰含碳的实时数据进 行在线监测。测量装置结构示意图如图3.1.1所示。测量设备包括取样单元（1）、测量单元（2）和控制单元（3）。取样单元包括多嘴取样管（4）、喷射管（5）和旋流集尘器（6）；多嘴取样管一端伸进锅炉烟道中，另一端与旋流集尘器的进气口连通，旋流 集尘上端喷射管连通，旋流集尘器下端通过收灰管（8）与测量单元内的收灰装置（7）连接。在测量单元内部，转位装置（12）上沿圆周方向均布四个川蜗（11），收灰装置、灼烧装置（9）和排灰装置（10）分别位于圮垠的正上方，称重装置（14）位于增蜗 的正下方，称重装置固定在升降装置上，升降装置（13）上设有顶杆，收灰装置、排 灰装置、转位装置、升降装置和称重装置均与电气装置（15）连接，灼烧装置与温控 器（16）连接；测量单元通过电气装置与控制单元连接；在测量单元内设有称重装置,称重装置包括称重杆、调节套、天平框架和分析天平，天平框架内设有分析天平，分 析天平上设有调节套，调节套上设有称重杆，在称重杆的外部套有防风管，且防风管 与称重杆之间留有间隙。该飞灰含碳量测量设备通过在称重杆外部加设防风管，并在 分析天平下方加设有配重块和减震器，可以使称重杆不受测量单元内气流影响产生晃 动，并使分析天平本身质量加大，减少了测量单元内部振动对其的影响、避免了共振 现象的产生，保证了设备装置的正常运行，提高了测量精度。控制单元由工控（17）、数据处理（18）和系统控制（19）三部分构成。空图3.1.1装置结构示意图3.1.1机械部分设计机械装置被定义为一种能够达到一定运动的机制.在该机构中，这个动作指的是 自由摆动，在程序的控制下，再完成两个交叉口在每个站之间的运输，并成功完成测 量任务。在这个控制系统中，机械设备是主控对象，包括机械臂和三个上下托盘杆。同时，还为了便于临时停放设计了两个固定顶杆，起到辅助作用。3.1.1.1悬臂组件当下，最基本的检测装置的执行机制都运用旋转硬盘设备来进行安排，因为当某 处进行工作时，其最上面的杆必须通过圆盘上的托孔。从而制约了别的位置进行运行,降低了工作效率，延长了探测周期。为了克服现有旋转硬盘设备无法完成交叉操作的 不足，本装置提出了一种新的装置，它不仅可以实现自由运行的多自由度。而且，按 照当前情况下的要求进行各种不同的修改也是很方便的。1、悬臂2、固定法兰3、转接法兰4、缝盘图3.LLL1悬臂组件轴测图接下来为具体的零件安排(1)悬臂其主要的任务就是夹紧和传递，保持低空并运送到不同的位置。杠杆右侧支架的 内径与深度的外部边缘相对应，使自由摆动机构能够保持低空稳定。此外，支架打开 以供上撑杆的进出。由于自由时间限制的需要，内侧部分采用鼓形成型，因此形成了 合理的差距,这不仅有利于装配和拆除，而且使自由振荡器在旋转波壳时也能起到联 合的作用，使得速度相同。而且，机械臂左侧有三个均匀分布的固定孔，与固定法兰紧密相连。见图3J.LL2。(2)固定法兰该零件与变速相关，能做到驱动轴套同时进行转动。而且其内在是空心的，并配 备机构令其做到高低起伏，内部含有润滑油，可以减降低损耗，提高利用价值。见图图3.LLL 3固定法兰图(3)转接法兰所述结构是固定连接的毂，并且所述扭矩从所述驱动轮传递到所述固定法兰。由 于压力较小，因此选择铝材料作为使用，来降低重量和氧化稳定性。顶部和底部有为皮带轮有两个，分别是主动轮和从动轮。步进电机驱动主动轮转动，通过V形带 传动，使从动轮带动悬臂完成旋转动作。(5)轴套和丝杠丝杠结构简单、制造容易；减速传动比大；具有自锁性；运转平稳等。所以在本 组件中选用三线丝杠，尤其是自锁性能突出。本次所设计的升降模块即采用丝杆传动 方式，所选用的丝杆为日本misimi丝杠。3.1.1.2 顶杆作为主要负责安放珀垠的装置，顶杆也是一个较为重要的被控对象。下面按不同 工位分别进行介绍。(1)固定顶杆在这些顶杆中，自校工位顶杆和临时停放顶杆固定在底座上。由于两极的托盘可 以满足圮垠的放置，其他动作可以通过悬臂上下进出。在每次称重前，悬臂将把珀蜗 从自校正工位的顶杆盘上取出，并放在称量工位上，可用于校准平衡和提高精度。临 时工位顶杆则是进行降温时需要的装置，当达到适宜的状态即可再次进行测量。(2)升降顶杆就是自身可以将垠蜗上升或下降的顶杆。分别有三个：灼烧顶杆、接灰顶杆和清 灰顶杆。灼烧顶杆：对于用蜗在燃烧炉的进出进行控制。接灰顶杆：通过控制自身的位置将烟道里的飞灰收集进珀蜗。清灰顶杆:将可燃材料烧尽后的产物送到吸收口的装置，并将灰烬回放到壁炉中。3.1.1.3旋转托盘与槽轮机构图3.1.1.3.1旋转托盘与槽轮机构结构图本系统的设计通过自动升降杆和多工位旋转托盘来完成机械移动部分。转盘上总 共放置4只垢蜗，间隔90。分布，转盘的转动采用八分的槽轮结构，主动轮没转动Hiji挡灰槽槽轮机构的从动轮-1J-进口的凸轮随动器分体式连接倒销一圈，从动轮固定转动45。,无需精确控制即可实现对旋转机构的精确定位，如图3-3所示。转盘上方有加灰机构、电炉和排灰机构，转盘下方有电子天平（托盘上有 支撑杆）、升降推杆机构。由于执行机构采用多工位轮转设计，采用4个珀蜗，对一 个珀蜗的灰样进行灼烧的同时，在其他工位完成收灰、称重、排灰等操作，从而达到 节省时间，飞灰含碳量数据显示周期缩短的目的。3.1.2执行装置步进电机为了使上述机制能够移动，需要一种能源，这就是执行装置。驱动包括电机（包 括直流电机、交流电机、步进电机和直线电机等）.以及液压传动装置和气动驱动装置,具有液压动力和气动能量。在本监测系统中执行装置采用的就是步进电机。在最重要的可移动部件中，自由摆动器的提升和旋转以及三个可移动的上杆的提 升和下降由步进电机驱动，步进电机是一种旋转电机，该旋转电机将输入脉冲信号转 换为相应的角位移，高精度的角度控制也可以做到。当步进电机驱动器接收电脉冲信 号时，驱动以固定角度驱动电机以在规定的方向上旋转。不仅可以通过控制脉冲的数 量来控制角位移，而且还可以通过控制脉冲频率来控制角度偏移，以便控制马达速度 的速度和加速度，以便实现精确定位和速度控制的目的。步进电机可以精确地控制转 子的旋转位置，其特征在于不积累的误差和100%的精度。在所有类型的开环控制中 广泛使用。虽然可以直接通过数字信号来控制，但是简单的是将其连接到微型计算机,并且是位置控制中的不可缺少的致动器。该装置能实现较精细的角度控制，这是其他电机所不具备的。衡量步进电机性能 的主要标准是其相数的多少，相数越多，步进电机的性能越好。但是随着相数的增加,电动机的内部结构就越复杂，驱动电源也就越精细，因此成本也会大幅上升，因此需 要根据项目需求合理选择。本次设计选用的步进电机为韩国GGM电机。3.1.2.1步进电机的优缺点优点缺点不需要反馈控制.电路简单 容易与微型计算机相连接 停止时有保持转矩维护方便效率低容易引起失步有时产生震荡现象图3.121.1步这;电机特点3.1.3驱动装置本课题所涉及到的驱动装置主要就是指步进电机部分的驱动。步进电机的驱动 所示。脉冲信号源的作用是将控制信号变为脉冲数，然后送至脉冲分配器。后者按步 进电机的运行方式（如三相单三拍、三相六拍等）输出脉冲信号至脉冲放大器。经过 放大后的脉冲电流送入相应的定子绕组，使电动机产生一定的角位移。步进电机转子 的旋转速度取决于输入电脉冲的频率，其转动方向则取决于定子各相绕组轮流通电的 顺序。控制信号 a 脉冲信号源 脉冲分配器 a 脉冲放大器 a 步进电机图3.1.2.1.1步进电机特点脉冲信号源的作用是把控制信号变成脉冲数，然后送至脉冲分配器。信号源能 采用多种线路，最普通的是单结晶体管构成的弛张振荡器和多谐振荡器两种振荡 器。这两种都是利用调节电容和电阻的大小来改变电容充放电的时间常数，力求达到 选取脉冲信号频率的目的。3.1.4传感器当步进电机完成指令时，重要的停止或反向信号由每个传感器发送到中央控制系 统，执行命令通过控制系统发送，并且每个步进电机来传递给每个步进电机以完成相 应的动作。在这种情况下，应选择光电传感器。光电传感器是光敏传感器，它将光学信号转化为电信号，其理论基础是光电效应。当检测到非电量时，被测信号的变化首先转化为光学信号的变化，然后光电元素将光 学信号转化为电信号。它具有反应快、精度高、无接触等优点.因此，光学电子传感 器在探测和控制领域得到了广泛的应用.在该监测系统中，传感器设置在中板的周长 上，并用来读取斜板上的缺口。每一个缝隙都被校准为默认动作.当电机开斜板，以 便在读到相应的槽时转向光电传感器的位置时，将执行相应的程序指令来完成指定的 操作。3.2控制系统所有控制命令都是由基于ds PI C30F6014A控制器在检测单元中发出的。结合了 各个微处理器的控制功能以及数字信号处理器的计算能力和容量，能力十分强劲。该 控制系统主要设计的这些模块各自工作并进行整合。使得每个步骤都按部就班的进行 下去，且能按时传递所得结果。整体构成如图3.2.1应抗芯片和功能模块一一对应。ffl 3.2.1基于ds PI C30F6014A的控制系统整体结构示意图该控制系统的核心是采用高性能16位数字信号控制器ds PI C30F6014A组成的单 片机。与其他单片机相比具有以下明显优点：(1)改进型哈佛架构。具有增强型指令集，含有对DSP的强大支持。(2)C编译器优化的指令集。MCU类指令和DSP类指令无缝地集成到架构中并从同 一个执行单元执行。指令集含有很多寻址模式，指令的设置也可以使C编译器的效率 达到最佳。(3)灵活强大的寻址方式。内核支持固有(无操作数)寻址、相对寻址、立即数 寻址、存储器直接寻址、寄存器直接寻址、寄存器偏移量寻址以及立即数偏移量寻址 模式。指令与预定义的寻址模式相关联，这取决于其功能要求。每一条指令最多支持 6种寻址模式。(4)DSP功能。DSP指令能够无缝地与所有其他指令同时操作，且设计为能获得最 佳的实时性能。(5)特殊的单片机功能。具有增强型闪存程序存储器和数据EEPROM存储器功能;在软件控制下，可自行再编程等。除此之外，还具有外设功能丰富、模拟功能强大和CMOS技术，极大方便了系统 的多种需求。3.3其他硬件设备及选型(1)光电开关1)光电开关工作原理本装置选用光电开关完成顶杆升降位置和转盘位置的检测0光电开关全称为光电 接近开关，其原理是通过被检测物遮挡、反射光线，触发传感器进行电路的选通。2)光电开关选型本次设计选用的光电开关型号为G18/E3F型，属于对射式光电开关。本型号的光 电开关优势如下：最大检测距离为十米，布线简单且附带示教功能；抗干扰能力强；有多种连接方式供选择，比如端子台、插接件、导线连接等；耐冲击性能较好。(2)电炉加热器电流流经电热器件后，发出大量热，从而实现加热功能。电炉即基于此原理工 作。目前，电炉以其简单的操作方式以及良好的控制性能，被广泛使用在火工、食 品、化工、冶金等多个领域。本次设计中由于需要将飞灰完全燃烧，使用电炉进行 加热灼烧。为了达到温度控制要求，在其中集成了热电偶温度检测器。根据飞灰和炉渣可然物测定方法国标要求，灼烧温度为10815 ;如果为了缩短灼烧时间而提高灼烧温度，当温度接近灰融点的变形温度时，使飞灰的特性 发生变化导致飞灰结焦，同时会使收灰设备不易清理，故温度不宜太高。根据国标煤的工业分析方法中关于快速测定法的描述，把样品通过传送带,AbstractThe carbon content of fly ash in the tail flue of boiler in thermal power plant is the main economic operation index and technical index of coal-fired boiler,which is directly used to guide the combustion control of boiler and the optimal operation of boiler.At the same time,it is also an indispensable raw data for boiler efficiency calculation and evaluation of combustion.Monitoring the carbon content of fly ash is beneficial to reasonably adjust the ratio of wind to coal,improve the efficiency of power generation,reduce the cost of power generation,and enhance the ability of bidding to surf the I nternet.Therefore,the design and performance analysis of fly ash carbon content monitoring system is of great significance.I n this paper,the carbon content of fly ash in boiler tail flue is mainly as follows:(1)firstly,the composition of the executive mechanism of the online monitoring system of fly ash carbon content by cantilever weightlessness method is described in detail,including the controlled object.Control system and software system.Then the characteristics of each sub-module of the monitoring system are analyzed and designed,in which the improvement of cantilever(manipulator),the selection and installation of stepping motor and sensor and the selection of each module of the control system are mainly completed.Finally,the action logic in the control system is determined and the control program is compiled.Finally,the complete system is built and run.(2)the rotating disc fly ash carbon measuring instrument used in power plant is compared with the cantilever fly ash carbon measuring instrument improved in this paper.The results show that the cantilever carbon measuring instrument designed in this paper avoids some existing shortcomings.The monitoring performance is obviously improved.The main contents are as follows:the detection cycle data and fly ash carbon content data of the two power plants are measured and collected by using the designed detector.Finally,the effectiveness and economy of the designed detector are compared and analyzed by processing the measured data and taking the detection accuracy and economic benefit as the evaluation index.Keyword:Unburned carbon in fly ash；Loss-on-ignition;On-line measurement；Control system；Actuator以50mm/min-15的速度将样品传递到灼烧炉内，送出后进行称重处理。管式电炉炉 膛内825-750。（2温度区长度约270mm，灰皿在规定温度区内通过的时间约为 18min-5.4。本设计上采用的电炉炉膛长度略短，经过对该电炉做了大量试验后得到的结果 是：当灰样在炉膛内灼烧时间达到7min后，灰样的重量不会再发生变化。所以本设 计将灼烧时间设定为8min,就是基于上述标准依据及试验结果。（实验室采用灼烧 失重法测量飞灰含碳量一般需要经过灼烧设备的升温、恒温、再加温、冷却等流程，故总体测量耗时较长，而本设计使用的的灼烧电炉是长期处于高温状态，故时间相 对校短。）（3）温控仪本装置采用厦门科昊的KH100系列5110-WK型号的温控仪表。该产品测量精 度高，稳定性好。量程：13定50-0C;分度值:2.00.2%FSOC;响应时间小于等 于 0.5s;手动操作、PI D 调节;电源:85-240VAC,15%-,50/10%+-60Hz;或 24VDC/AC,15%-,10%+;环境温度：0 50。（2;环境湿度：V85%RH。（4）工业平板电脑本设计选取的工业平板电脑为研华3072LA-UN0,是一款基于Atom的低功耗嵌入 式工控机。核心运算平台基于N27Professor Atomlnte 1中央处理器，4个USB2.0、2个PCI扩展槽，LCD TFT显示器；供电电压36V9；支持壁挂式/面板/台式安装；工作温度为 6010-支持 7/Linux OSAVindows Embedded XP Windows0（5）电磁阀用电磁阀可以达到流体流动方向调控的目的。一般情况用在产业阀门以及机械控 制方面，用来控制介质的走向，以实现控制阀门的开关。本系统的电磁阀型号为日本 SMC公司VX系列5G1-03-VX2220,其特点为：（1）电磁阀能够堵绝外漏，对于内漏也 容易控制，安全性强。工作介质：空气；（3）动作方式：直动式；（4）耐压：5.OMpa；（5）孔口直径：3mm;（6）工作温度：能在10050-汇 正常工作。（8）气源气源管道 通过金属硬管将定压强的气体传输给气枪，可以进行传动、清洁等功能。耍求气源 具有以下条件：压强不低于0.6MPa;气体供应量约为30.03m/min,用于装置的反 吹、排灰系统。3.4本章小结硬件是实现系统功能的主要组成部分，本章重点进行设计的是飞灰测量系统的硬 件组成部分，确定了系统的驱动方式，并对其中的各个硬件分别进行了选型和原理分 析，给后续的进一步设计打下基础。第四章系统软件总体设计4.1动作逻辑的确定碳含量的测量可以通过整个监测系统顺利完成，这取决于该反应器的有序和紧密 的协调。而所有这些行动都是由执行机构事先确定的，并将遵照程序顺序执行。由于对在线检测的实时需求，因此有必要尽快完成探测任务。这使得确定行动逻 辑显得特别关键。这样，你就可以看到整个机构是否能尽快得出结果，或者它是否能 在指定的时间内取得更好的工作成果，这完全取决于所设计的行动逻辑的符合要求的 程度。本节旨在确定整个机构中的操作逻辑。具体分为以下三个方向：动作顺序在确定行动的逻辑之前，我们应该首先找到整个行动的基础，就是我们所利用的 测量手段。因此，致动器首先重定位所使用的珀蜗，然后将珀蜗和收集的灰样品用于 称重到天平上，并且将称重过的样品送到燃烧炉中，用于高温燃烧。当燃烧完成时，它被送到称重秤，并按照对应的算法得出碳含量。依照该检测方法，首先得出最基本 的动作流程图，见图4.1.I o该图仅以我们所使用的测量方法为基础，并在单一深度的条件下确定。全都是由 于具体的分工还并未彻底选定，因此这个过程很难确定。所以我们应按真切的情况进 行考量，从而分配剩余的工作安排。(2)工位分布该环节的确定基本是参考机械设计的思想，分布采用了连续排列，避免了直跑机 构的往复移动频率，对操纵机构的灵活性进行了一定程度的增强,而降低了动作振幅。将各个更具体的位置填充进入上一个流程，从而形成了如下图4.1.2。图4.1.2细化动作流程图(3)各工位耗时以往实验的结果表明，两个最费时的过程是取样和燃烧，所耗时分别在480和 240s左右，取决于当时的环境温度和取样效果，而其他过程所需的时间则比这两个 过程少得多。这样，在这两个过程中，其他的过程也可以同时安排，做到充分消耗。当运行其他过程时，一定要额外安排一个垢垠，才能使监测能力增加一倍，监测周期 越来越短。因为新烧过的样品过于灼热，在称重之前必须挂起，不然过热的文都很容易降低 平衡的准确性，从而对结果产生影响。为此，又增加了一个额外的工位以便在温度下 降到可以称重的地方时可以使用，使其冷却并送走。开始称重S9甲送炉内 灼烧灼烧结束 顶杆下降甲乙转S3甲 接灰进送接灰 处待命S6甲自 接灰出 一 A 称重 S5甲初始化图4.1.3动作逻辑图综上所述，规律可以使整个系统更看炖完成和达到想要的目的，并实现这一规 律。在这一程序中，也应对过往的机构进行整理，以便使总系统尽可能小，而做到的 事情却足够充分。可以看出，操作装置的有效运行是否也取决于控制逻辑的性质。通 过具有多个动作逻辑的反复思考和实验，确定了行动逻辑的数量。本控制逻辑主要包含10个关键步骤，依次从S1至S10循环往复。实线箭头 指向表示下一个动作，而S6指向S9的虚线表示接灰工位待命的中圮垠待命时间结 束后送入蟆内灼烧。但在甲珀蜗待命期间，乙蛆蜗会完成S7和S8两个拨骤的动作;在甲用或弱钳期间，只有乙圮垠在动作，直至下一循环灼烧结束被送出炉子。这里需 要强调的是：为了保证圮蜗内洁净无灰，初始化的切入点选择清灰步骤。而在整个动 作流程循环中，清灰步骤结束即意味着完成一个测量周期，继续进行下一轮循环。4.2程序的编写经过上节的介绍，动作逻辑确定之后，就要为实现以上动作而进行程序的编写。因为采用了 Microchip公司的ds PI C30F6014A芯片，所以也要用相应的开发软件一-MPLAB I DEo MPLAB I DE是一种在PC机上运行的软件，用来为 Microchip单片机 开发应用程序。在这个控制系统中，它也是一个典型的嵌入式系统，也就是一个具有 小芯片微电脑功能的设计。这款单片机将微处理器（类似于台式计算机中的CPU）和一 些称为“外围设备”的附加电路和同一芯片上的其他电路结合在一起，形成了一个很 少需要其他外部设备的小控制模块。这种单片机可以嵌入到其他电子和机械设备中，以实现低成本的数字控制。语言工具就是诸如交叉汇编器和交叉编译器的程序使用的语言，本系统选用在 PC机上运行的语言工具一一 C编译器。当运用嵌入式系统的语言工具时，就会使用“交叉汇编器”或“交叉编译器”。这些工具与常见编译器的区别在于，它们在PC 机上运行，但生成的代码却在其他微处理器（单片机）上运行，即它们为单片机交叉 编译代码，单片机使用与PC机完全不同的指令集。在MPLAB I DE中，可以使用两种类型的硬件：编程器和硬件调试器。编程器 直接将机器码从PC机传送到目标单片机的片内存储器中。然后就可以将单片机插 入到应用中了，并使单片机中的程序能够按设计运行。上节介绍的所有动作都是通过步进电机的启停或正反转来实现的，而在何时何 地做这些动作，就要依靠缝盘上相应的缝隙来确定，再经过传感器发出位置信号，经 过单片机处理之后，按照程序送去相应的动作指令信号。4.3程序框图图4.3.1电机动作程序框图4.4本章小结上文大多讲解了整个系统的机械和控制部分，也就是每个工位和其控制的单元的 对应关系。这一章对整体的软件部分进行了系统描述，基本包含操作逻辑和编程。第五章总结在众多干涉因素中，最与收益和支出挂钩的就是含碳量的测量，对其进行准确在 线监测可以为锅炉燃烧控制提供指导性建议和依据。本文在对飞灰含碳量原理进行了 深入的研究和总结之后，根据灼烧失重法测碳原理、两相流及在线检测系统等基本理 论，设计了一种基于灼烧失重法的飞灰含碳量在线监测系统，系统可以对烟道飞灰进 行有代表性的采样，利用自动机械装置对飞灰样品进行灼烧前后的称重，并运用灼烧 失重法测量原理公式计算得到飞灰的含碳量数据。该系统能够实时准确地监测锅炉燃 烧过程中的S灰含碳量及其变化趋势，它杜绝了老观念中的取样和延时所带来的干 扰，使得整个系统更能达到实时监测的目的。本课题的研究虽然完成了最初的设计指标，但研究深度尚浅。对于锅炉这样大惯 性大滞后的系统而言，锅炉的燃烧效率与锅炉负荷、风煤比、各一、二次风挡板开度、煤种特性，各磨煤机运行情况等诸多因素息息相关，如何改进燃烧，提升锅炉的效率,需要进一步对锅炉运行的相关状态参数进行摸索，建立锅炉燃烧优化的模型，提高锅 炉燃烧控制水平，降低发电成本，提高机组运行的经济性。参考文献1朱喜林.机电一体化设计基础.北京：科学出版社，20042冯浩.机电一体化系统设计.武汉：华中科技大学出版社，20093成大先机械设计手册.北京：化学工业出版社，20164冯清秀.机电传动控制.武汉：华中科技大学出版，20115马秀丽.单片机原理与应用系统设计.第2版北京：清华大学出版社，20176韩建霞.电机控制技术.北京：北京理工大学出版社，20127王仲明，章家岩，杜罗通，冯旭刚.基于灼烧失碳法的飞灰含碳量在线监测装置 开发与应用，.荆楚理工学院报，2018,3(02):28-328张帅，李玉超，于玲.失重法飞灰含碳量在线监测系统J.东北电力大学学报，2016,36(03):47-51.9王佳亮.基于灼烧失重法的飞灰含碳量在线监测系统的设计D.燕山大学，2016.10陈雪平彳散波飞灰在线测碳仪的研究和系统实现D.电子科技大学，2006.11张帅，李玉超，于玲.失重法飞灰含碳量在线监测系统J.东北电力大学学报,2016,36(3):47-51.12王建峰，李硕，路野.飞灰含碳量在线监测装置的研发与应用J.华电技术，2012,34(10):14-17.13程启明，胡晓青，王映斐.锅炉飞灰含碳量测量方法综述J.上海电力学院学 报，2011,27(5):519-524.14周昊.大型电站锅炉氮氧化物控制和燃烧优化中若干关键性问题的研究D.浙 江大学，2004.15其他有关飞灰含碳量检测机运动控制相关论文.第一章绪论1.1 研究目的及意义在我国，发电模式包括火力、风能、水力发电和核能，其中基于碳的热能是我国 最重要的发电模式。燃烧是一个非常复杂的过程，因此它很容易受到燃烧过程中的许 多因素的影响，例如煤种、粉状煤、燃烧器等。在没有完全燃烧、机械不完全燃烧损 失的情况下，将被粉碎的煤从炉子中排出。煤炭损耗量的优化控制一直以来都是火力发电厂生产中的关键，未燃尽碳 含量从很大程度上能够反映一个厂或电站的设备运行水平和经济效益。燃料的机械不 充分燃烧会对电厂锅炉的燃料利用效率产生不利影响，其能量损耗位于锅炉运行过程 中的所有耗损中的第二位。造成机械不完全燃烧现象的原因有很多，主要有两方面：一是燃烧后灰内的残碳含量高低，其次是燃料、灰量内的灰分含量高低。对于前者而 言，工人的操作习惯、锅炉负荷情况、燃烧器型式、炉膛结构、燃烧方式以及燃料性 质都会影响残炭含量。通常评价电厂的燃煤锅炉燃烧效率的指标就是飞灰含碳量，也 就是灰残碳含量。为了切实提升煤发电厂的发电经济性，提升机组运行质量，有必要 针对其即时的飞灰含碳量进行监测，从而进一步调整风煤差去改善灰残含碳量。粉煤灰含碳量是衡量燃煤发电锅炉燃烧效率的重要运行指标和经济指标。根据粉 煤灰含碳量，可及时调整风煤比，提高燃煤锅炉燃烧效率，降低煤耗，提高锅炉运行 经济性。燃料的机械不充分燃烧会对电厂锅炉的燃料利用效率产生不利影响，其能量 损耗位于锅炉运行过程中的所有耗损中的第二位。造成机械不完全燃烧现象的原因有 很多，主要有两方面：一是燃烧后灰内的残碳含量高低，其次是燃料、灰量内的灰分 含量高低。对于前者而言，工人的操作习惯、锅炉负荷情况、燃烧器型式、炉膛结构、燃烧方式以及燃料性质都会影响残炭含量。在当下更多采用光学检测、人工检测等方法，但因为在探测中产生不利影响的因 素较多，难以准确地引导燃烧过程。长期以来，科学家一直在实时研究，密切监测飞 灰的燃烧过程，以便最大限度地燃烧锅炉，从而提高能源效率，减少发电。1.2 国内外研究现状目前，国内外最常用的检测手段是灼烧失重法，虽然相对准确，却很浪费时间，因此测量的时效性意义不大。此外，还有一种测量方式是微波测碳法，本方法也有一 定的局限性。虽然近年来科学界大力推广光学测量这一时效性好、具有在线监测和控 制功能的新方式，但是仍然不具有现实意义，仍旧存在很多弊端。由此，新的飞灰含 碳量测定系统势在必行。上个阶段，科学家们都努力创造出一套针对飞灰中碳含量的在线监测系统，根据 灰尘中碳含量的实时情况对燃烧进行理解，针对不同碳内容的检测技术，逐步进行一 些基本的试验。目前，最常见的检测设备的原理为微波测量技术，这种技术最大的缺 点就是无法适应多种煤种变化带来的影响，这是由于飞灰中的成分较为复杂，主要含 有 2SiO、320Ak 32OFe 和 FeO、MgO、CaO、C、S、P 等，其中 C 的含量对微波 的干扰最严重，但由于不同的煤种内矿物质无论是成份还是比重都会发生改变，当其 他成分发生变化时，会直接影响含碳量测量精度；从技术原理上讲，采用微波法的飞 灰测碳装置存在的这些问题是由微波法测量技术本身所存在的特性造成的，它是无法 采用辅助的手段来解决的。对于碳含量的测量手段大多运用其各方面性质来进行操作，下列为国内外己提出 的多种飞灰含碳量检测方法，及其优缺点。(1)微波法微波具有宽频、优良的渗透和反低频干扰的特性，其波长在红外和普通射频短波 之间。然而，碳分子具有强大的极化特性，使微波能量分解，因此，通过微波与飞灰 的相互作用来实现对飞袋中碳含量的间接检测，可以通过检测相关参数的变化来实 现。因此，在添加丁香试样前后，可以测定飞灰的碳含量在共振腔参数变化后。然而,微波方法使用不方便，在煤炭质量变化的情况下使用，样品测试仪很容易阻塞灰烬，这可能导致检测仪在严重情况下不能使用。(2)光学反射法所述光学发射方法包括将所述第一灰分样品和粘合剂的混合物以一定比例注入 到辉光放电室的环中，并且在所述辉光放电室中分析所述反射信号，所述反射信号具 有AI R和光电检测器。然后，在所述的范围内确定所述的结果。所述光学发射方法 具有简单设备的特性、良好的经济效率和短的检测时间，并且易于不间断进行监测。然而，由于飞行灰样品的不均匀颗粒，在不同的样品的碳含量和反射信号之间没有严 格的线性关系，并且煤灰组合物的变化对识别结果有很大的影响。因此，必须提高测 试结果的精度。(3)热重分析法热重力分析的主要方法是检测在质量变化之后的碳含量，即化学特性、相状态和 物质的结构，这通常导致物质的质量的变化。测量方法是通过温度变化与飞行灰质量 的变化之间的关系来分析飞行灰中的碳含量。在热重力分析的原理中，热重力分析器 可以根据匕灰样品的质量变化曲线来检测和自动分析，并且温度和质量的变化曲线可 以被拉出，以便实现飞灰组合物的分析。重力仪分析具有简单的测量过程的特性，没 有手动操作和高