达冠全自动生物质燃烧机程控器
摘要：介绍一种由作者自行研制的以89C51微处理器为控制核心的达冠全自动生物质燃烧机程控器。阐述了其工作原理，给出了主要的硬件框图和软件的主程序流程图，分析了可能出现的干扰，并提出了相应的抗干扰措施。
目前，各类达冠全自动生物质燃烧机已广泛用于各种需要热源的场合。工作时，均须按一定的控制程序，实现安全启动、点火、油（气）阀的控制、火焰监测和故障报警等一系列功能，因而程控器是达冠全自动生物质燃烧机的一个重要组成部分，并已发展成为一个独立的产品。
国外程控器（如瑞士的LANDISYR、美国的Honeywell等），都是机械电子式，主要的结构是组合凸轮，实质上是由机械动作，按一系列固定的程序发出的控制信号的“顺序控制器”控制其内部的火焰继电器。将火焰传感器反馈的信号进行放大，一旦发生火焰熄灭或不正常的火焰信号，火焰继电器动作，使燃烧处于故障停机状态。这种程控器的优点是安全可靠，缺点是缺乏智能，不适应对系统的有效控制，而且价格昂贵。
随着单片机技术的迅速发展，以简单的单片机系统取代结构复杂的顺序控制系统，是电子技术发展的必然趋势。特别是近年来，美国霍尼韦公司推出的EC7800系列全智能燃烧安全控制器，就是基于微处理器的全智能技术，广泛适用于需要高品质燃烧安全控制的各类场合。因此，本课题从一开始就选定单片机系统怍为达冠全自动生物质燃烧机程控器的硬件，配以模块化结构的软件支持，有效地实现了对达冠全自动生物质燃烧机的安全启动和燃烧过程控制。
本课题研制的程控器型号有两种，即RCHK -A和RCHK -B型，分别用以取代瑞士LANDIS产LOA型和IA12型。由于这两种型号的程控器在结构原理上是相同的，下面以输入输出点数较多的RCHK -B型为例加以说明。
2硬件的组成
程控器RCHK -B硬件组成如图l所示。
由图中可看出，RCHK -B采用89C51微处理器作为控制系统的核心部件。由于89C51本身片内有EPROM 8K，并且有4个I/O口，因而十分简单地构成了一个单片机最小系统，完全能满足程控器的硬件要求。
输入接口的构成为：开关量信号一信号处理一光隔一进入单片机。
输出接口的构成为：输出信号一光隔一信号放大一继电器组一驱动。
3软件设计
RCHK -B的软件是根据达冠全自动生物质燃烧机启动过程的时间顺序要求、达冠全自动生物质燃烧机进入运行阶段的功率调节和火焰监视而设计的，其启动时序和功率调节如图2所示。
图2中，AB段是达冠全自动生物质燃烧机的启动阶段。达冠全自动生物质燃烧机启动的先决条件是温度或压力监控开关合上，风门位置必须处于关闭状态，同时没有火焰信号。达冠全自动生物质燃烧机的启动在顺序和时间上有严格的要求。启动时，首先是风机和点火变压器启动，同时风门控制器使风门由关闭位置运行至全开位置。此时预清扫时间开始tl= 22.5s。预清扫完成后，风门由全开位置运行至点火位置，此时电磁阀l开始喷油点火，t1= Ss（f2也称为安全点火时间，在此时间内，若点火不成功，电磁阀立即关闭，达冠全自动生物质燃烧机停止启动）。点火成功后，点火变压器从电磁阀1喷油开始继续点火15s( t3。=15s)后关闭。此时，燃烧机启动完成，进入功率调节阶毁即运行阶段BC。功率调节阶段主要是根据负荷调节开关的状态来确定是开大火还是开小火。
根据上述启动时序和功率调节以及对火焰、温度或压力等方面的监控要求，我们设计了RCHK -B的软件。本软件采用了Mcs - 51汇编程序语言，主程序流程框图如图3所示。
该软件主要包括以下内容：
(1)主程序：完成燃烧机的启动和运行的监控过程，主要包括系统初蛤化，I/O口的设置，定时器设置，中断设置，对采样信号和判断结果进行相应的处理。
(2)采样模块：完成对输入开关量信号的采集和消除机械振动处理。
(3)判断模块：完成对风压和火焰监视，判断是否停机。
(4)故障报警模块：完成对风门、风压、火焰的故障处理。
由于单片机软件在定时方面较其他程控器的热元件定时或机械定时更具有灵活性，因此通过修改软件的时间常数可以适于不同机型预清扫时间要求。
4系统的抗干扰措施
抗干扰技术是属于可靠性工程的一个重要部分，也就是说，各种干扰因素是造成工业电子控制装置不能可靠运行的重要原因之一，因此，抗干扰措施的设置是提高单片机程控器可靠性的重要手段。我们在设计中采取了以下几个方面的抗干扰措施：
(1)消除和抑制干扰源
由于程控器的输入信号基本都是一些开关信号，在开关闭合或断开过程中会存在抖动，形成“毛刺”形干扰，造成程控器的误动作，因此在软件上我们采取了“去抖”措施。对于同一组输入信我们进行重复多次采集并延时，避开开关抖动过程，取得确定的信号再进行处理。另外，程控器的输出端主要都是些感性负载，如点火变压器、接触器、电磁阀、交流电动机等。切投这些感性负载的控制器件是有触点式开关（继电器），当其断开或接通负载供电电源时，都将在电感线圈的两端产生高于电源电压数倍到数十倍的反向电动势。这样高的冲击电压不仅使触点间产生电击穿，出现飞弧放电和辉光放电现象，与此同时，对单片机这样的弱信号控制系统还会产生极为有害昀高频电磁辐射干扰。对此，我们在程控器的电路设计中采取了相应措施加以抑制。本系统的电路设计我们采用了图4所示的RC网络和压敏电阻网络。实践证明，这些网络有效地抑制了火花和反电势造成的干扰。
(3)提高受感电路自身的抗干扰能力
本系统采用89C51、CMOS芯片，具有高性能，低功耗，使用电压范围宽(4—6V)，噪声容限高，有较好的抗干扰能力等优点。在直流电源的设计上采取完善的桥式整流电容滤波稳压电路，在外部电源电压在220V±15 qo波动范围内，也能输出稳定的5V电压供系统稳定运行。在印制电路版设计上，也考虑周密的抗干扰措施，如加粗接地线并构成闭环路，每个印制版供电端加电解电容滤波，大电流和小电流电路分开制版，版间加屏蔽层等一系列抗干扰措施。
5结束语
通过对RCHK的研制与试用表明，用单片机系统来做燃烧机程控器完全能够满足燃烧机启动和运行过程控制要求，功能上可以取代IAI2.25，且具有以下几个特点：
(1)制造成本低。制造一台RCHK -B程控器所需费用只有购买一台LAI2.25墅程控器的15%左右。
(2)只要不是因停电造成的停机，任何受控停机和点火故障停机，都有后点火和后清扫功能，可避免回火，并清除炉内残留的燃油和烟气。
(3)可选清扫时间。根据不同机号要求可修改软件时间参数。
(4)欠压保护。对于RCHK -A型程控器，我们增加了欠压保护功能。在供电低于165V情况下，燃烧机自动停机，待电压恢复后再重新启动。
此程控器经过用户一年多时间的考核运行，未发生任何问题，完全可以取代进口产品。目前，该程控器已开始小批量生产。
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