【正文】 博自動化儀表有限公司生產(chǎn)的 LUGB99 型渦街流量計是一種基于卡門渦街原理流體振動式新型流量計，它具有測量范圍廣、壓損小、性能穩(wěn)定、準確度高和安裝、使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于封閉工業(yè)管道中液體、汽體和蒸汽介質(zhì)體積和質(zhì)量流量的測量。%（7）輸出信號：a. 電壓脈沖 　　低電平：01V；高電平：大于 4V；占空比為 50% : 4～20ma(三線制)（8）電源電壓： 24DCV（9）殼體材料：碳鋼；不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)（10）規(guī)格：( 管道內(nèi)徑)2350、680、12150、200、 250、300(大于 DN300 口徑為插入式)（11）工作狀況下流量范圍(單位：m 3/h)，見表 表 工作狀況下流量范圍DN(mm) 液體 汽體 蒸汽20 540 88025 112 1012032 12100 1520040 230 18150 2030050 350 30300 3045065 680 50420 60800 80 10130 70600 1001300100 20200 1201000 2002022125 30300 1801500 3003000 150 45450 2402022 4504500200 90900 4804000 9009000250 1201200 7008000 120012022300 1802022 90010000 160016000 根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則儀表量程應(yīng)該為被測量參數(shù)的4/3～3/2 倍，流量計應(yīng)當(dāng)能夠檢測的最大流量為：～52 m3/h，因此汽包送水管道直徑選用 50 mm 并用 LUGB99 型渦街流量計檢測流量可以檢測的流量范圍是 3～50 m3/h，可以滿足設(shè)計要求進行檢測汽包給水流量信號。濟南華力貝爾機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 YJTG 三相變頻調(diào)速電機專門為變頻調(diào)速設(shè)計可以根據(jù)技術(shù)要求訂貨設(shè)定其額定電壓為380V 額定功率為 100Kw。給變頻器可以輸入 380V480V 50/60Hz 三相交流電，輸出 380480V 三相交流電并通過控制信號控制其輸出頻率，其容量是 149Kw，可以滿足設(shè)備功率要求。根據(jù)以上分析三相交流異步電機的最高工作電流是工作于 50Hz 交流電壓下，其工作電流為： ()105238KwAv??因此根據(jù)設(shè)計的要求浙江宏立電器有限公司生產(chǎn)的 HLC3X 系列空調(diào)接觸器主要適用于 50Hz 或 60Hz、在 AC7b 使用類別額定工作電壓為 230V 或480V 時額定電流至 40A 電路中，適用于起動和控制三相交流電動機(壓縮機)及其它三相負載，選擇五套該類型接觸器同時帶動一臺電機可以滿足設(shè)計要求。浙江省杭州富陽市奧星電子有限公司I3DD5686型功率三極管最大工作電流超過5A，完全可以滿足工作要求。綜上所述我們可以得到硬件設(shè)備的清單如表 所示。將工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方法主要有兩種：一種稱為直接變換方式，又稱為交—交變頻方式，它是通過可控整流和可控逆變的方式，將輸入的工頻電直接強制成為需要頻率的交流輸出，因而稱其為交流—交流的變頻方式。采用 SPWM 技術(shù)，按照有關(guān)算法控制逆變電路的觸發(fā)信號，即控制可控開關(guān)器件的導(dǎo)通角度按正弦規(guī)律變化，這樣變頻器實際輸出的電壓是一系列寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖，這種電壓波形中含有的高次諧波分量少，經(jīng)過濾波后可以等效為正弦電壓波形，這樣可以極大地提高變頻器的控制效果能夠使電機穩(wěn)定運行。輸入接口輸出接口C P U 電源圖 PLC 結(jié)構(gòu)圖 電源模塊分別為輸入接口、CPU、輸出接口提供直流電源。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映像區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。這時，才是 PLC 的真正輸出。此外還要引入地線在需要接地的地方保證可靠接地確保安全。但兩個接觸器不能同時閉合，否則將會發(fā)生事故。各個傳感器的輸出引入PLC的模擬量輸入單元1756IF6I供PLC完成各種運算從而達到控制目的。表 傳感器線路接線插腳代號 信號代號 信號名 信號量程被測（控）物理量備注L1/L0 LF+/LF 汽包水位 300mm0～300mm水位送 PLCSF1/SF0 SF+/SF 蒸汽流量 13 m3/h0～13 m 3/h蒸汽流量送 PLCWF1/WF0 WF+/WF 送水流量 35 m3/h0～13 m 3/h送水流量送 PLC5 控制算法及參數(shù)整定 PID 算法簡介眾所周知，要使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能，除了必須正確的選取、設(shè)計控制方案以外，還必須正確的選擇控制算法并進行參數(shù)整定。 比例調(diào)節(jié)作用對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減??；比例系數(shù)偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長；系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定；比例系數(shù)太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。因為有誤差積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一個常值。積分作用常與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID調(diào)節(jié)器。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強地加大微分調(diào)節(jié)對系統(tǒng)抗干擾不利。根據(jù)控制方案可以將汽包水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖重畫為圖 所示。根據(jù)控制要求可以設(shè)定 1336PlusII 系列變頻器最高輸出頻率為 50Hz，控制信號為 420ma 電流，頻率上升時間為 秒，電機滿負荷運行時變頻器輸出最高頻率 50Hz，此時給水流量為 35 m3/h，則有副回路被控對象的增益是：，選擇頻率上升時間為 秒，?時間常數(shù)為 秒的一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以表示為： ()()03fGS??采用純比例調(diào)節(jié)方式可以保證副回路的穩(wěn)定性，只要保證副回路 P 調(diào)節(jié)器的增益足夠大即可。step(s,1)。由于汽包水位需要求無靜差，因此我們采用PID 調(diào)節(jié)器，根據(jù) ZieglerNichols 響應(yīng)曲線法 [9]和被控對象的開環(huán)傳遞函數(shù)以及特征參數(shù)整定 PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)。s=feedback(sk,)。s2=tf([220,],[72,0])。運行后可以得到仿真波形圖如圖 所示： 圖 主回路仿真波形圖從仿真圖中我們可以看到系統(tǒng)的超調(diào)量大約是 16%，調(diào)節(jié)時間大約是 130秒，穩(wěn)態(tài)誤差是 0，控制效果滿足控制要求。因此系統(tǒng)的軟件設(shè)計應(yīng)當(dāng)包括邏輯判斷和 PID 控制算法兩部分，首先有應(yīng)該完成程序流程圖的設(shè)計，再根據(jù)流程圖完成 PLC 的軟件設(shè)計。根據(jù)采樣定理:對于一個具有有限頻譜的連續(xù)信號進行信號采樣，采樣信號頻率必須大于或等于信號所含最高頻率的兩倍，這樣采樣所得的離散信號才能對原來的連續(xù)信號完全復(fù)原。 根據(jù)以上分析我們可以設(shè)計 PLC 的程序流程圖如圖 所示： 水位超過 3 5 0 m m ? 水位低于 2 0 0 m m ?執(zhí)行 P I D 控制算法 停止送水 滿負荷送水是 否是 否開始 延時滿 1 秒 ? 否是結(jié)束 結(jié)束 ?是 否 程序流程圖 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 由于該設(shè)計選用 DeviceNet 實現(xiàn) PLC 與變頻器之間的連接因此需要進行 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，從而實現(xiàn) PLC 與變頻器之間的網(wǎng)絡(luò)通信，并通過網(wǎng)絡(luò)進行控制。圖 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)掃描網(wǎng)絡(luò)掃描結(jié)束后，在圖形視圖中可以看到網(wǎng)絡(luò)上所有被識別的設(shè)備。點擊掃描表（Scanlist）將會彈出 Scanner Configuration Applet 窗口詢問是否上載設(shè)備信息，點擊上載（Upload）按鈕將會上載設(shè)備信息。圖 掃描器數(shù)據(jù)配置配置完 I/O 數(shù)據(jù)后可以保存 dnt 文件。 控制器組態(tài)進行程序設(shè)計時首先進行的是控制器組態(tài)，新建一個項目選擇logix5550 系列控制器，設(shè)置 CPU 槽號為 0。模擬量輸入模塊組態(tài)如圖 所示。 梯形圖程序設(shè)計根據(jù)以上所述的模塊組態(tài)情況，可以在控制器標簽里（Controller tags）建立以下三個標簽：wlevel、 wfloat、sfloat 分別表示汽包水位信號、送水流量信號、蒸汽流量信號在程序標簽里（Program tags）建立以下三個標簽：highlevel、lowlevel、time1s、controlenable 等分別表示過高水位信號、過低水位信號、定時 1 秒信號、控制算法使能信號，并為各個標簽設(shè)置合適的數(shù)據(jù)類型，根據(jù)參數(shù)整定為各個 PID 模塊配置參數(shù)。它基于 Microsoft WinNT 和 Win95 平臺設(shè)計，而且是第一個把 Active X 控制嵌入畫面的軟件包。最后根據(jù)系統(tǒng)要求建立標簽并設(shè)置合適的數(shù)據(jù)類型和地址如表 所示：表 標簽分配標簽名 數(shù)據(jù)類型 地址wlevel Analog Local:3:wfloat Analog Local:3:highlevel Digital high_levellowlevel Digital lowl_evelstart Digital workenableend Digital workenablel_kp Analog lki Analog lkd Analog 續(xù)表 標簽分配w_kp Analog wki Analog wkd Analog 在 Graphic 窗口里繪制監(jiān)控畫面，為各個元件設(shè)置合適的標簽并分配地址，使之能夠動態(tài)顯示系統(tǒng)的運行狀況，如圖 所示。圖 汽包水位趨勢圖8 結(jié)束語鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量使其與蒸發(fā)量保持動態(tài)平衡，從而維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生產(chǎn)運行的必要條件。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算以及數(shù)據(jù)處理等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。本文根據(jù)影響鍋爐汽包水位的各種因素以及它們的動態(tài)性能，按照控制要求采用了三沖量控制方案，利用目前已經(jīng)發(fā)展成熟的 PLC 技術(shù)來設(shè)計的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)具有較高的實際應(yīng)用價值?？傊琍LC 技術(shù)在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是行之有效的，相信 PLC 技術(shù)在其他控制領(lǐng)域也會有廣泛的應(yīng)用。而我也通過這次設(shè)計，鞏固了基礎(chǔ)知識，受益匪淺，在這個過程中不斷的發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，我學(xué)到了不少知識，提高了理論與實踐相結(jié)合的本領(lǐng)。最后，向擔(dān)任本次畢業(yè)設(shè)計評審工作的其他老師們表示衷心的感謝！附 錄PAC for Industrial Control, the Future of ControlFor the last decade a passionate debate has raged about the advantages and disadvantages of PLC(programmable logic controllers) pared to PCbased control. As the technological differences between PC and PLC wane, with PLC using mercial of the shelf (COTS) hardware and PC systems incorporating realtime operating systems, a new class of controllers, the PAC is emerging a new acronym created by Automation Research Corporation (ARC), stands for Programmable Automation Controller and is used to describe a new generation of industrial controllers that bine the functionality of a PLC and a PC. The PAC acronym is being used both by traditional PLC vendors to describe their high end systems and by PC control panies to describe their industrial control platforms.The “8020” RuleDuring the three decades following their introduction, PLC have evolved to incorporate analog I/O, munication over works, and new programming standards such as IEC611313. However, engineers create 80 percent of industr