【正文】 流量、壓力 變送器 安全柵 溫度 流量、壓力 變送器 安全柵 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) PLC 選型 I/O 口的分配 1） 輸入 /輸出信號(hào)的分析 根據(jù) 本次設(shè)計(jì) 模擬量輸入的信號(hào)有； 高爐煤氣的流量，焦?fàn)t煤氣的流量，混合煤氣的溫度，混合煤氣的壓力，CO 的濃度。控制設(shè)計(jì)推導(dǎo)如下。 模糊解耦控制器中解耦規(guī)則是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，其品質(zhì)、以及具體參數(shù)設(shè)置，直接關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)控制效果好壞。在自動(dòng)控制設(shè)計(jì)過(guò)程中，目標(biāo)值跟蹤特性和外擾抑制特性是設(shè)計(jì)者關(guān)注的兩個(gè)主要問(wèn)題。這種系統(tǒng)叫做耦合控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐煤氣供應(yīng)量為 6 萬(wàn) 3/mh，其余高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的混合比例為 :。主要供中板機(jī)組、 2 150 t 轉(zhuǎn)爐及1780 常規(guī)熱連軋機(jī) 3 座加熱爐用氣，根據(jù)其用氣量，即平均量 12 萬(wàn) 3/mh。主要供 1 150 t 轉(zhuǎn)爐、爐卷軋機(jī)加熱爐用氣。泄放回路比例帶、積分時(shí)間都設(shè)得很小，因而，動(dòng)作 很快，與變頻 “雙管齊下 ”，可使壓力迅速降下來(lái)，保證了用戶氣源壓力穩(wěn)定，避免了以前類似情況下加壓機(jī)進(jìn)入喘振的可能，保障了設(shè)備安全。其設(shè)定值為 ，當(dāng)加壓機(jī)后出口壓力升高／降低時(shí)， 增大／減小變頻器的輸出頻率。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)同時(shí)超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥一同動(dòng)作，使 偏差迅速減小到一定范圍，此時(shí)大死區(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥停止動(dòng)作，剩余的小偏差靠死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥來(lái)進(jìn)一步精調(diào)到位。 系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 熱值是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。 顯而易見(jiàn)，我們面對(duì)的是一個(gè)數(shù)學(xué)模型難以確定的，具有大時(shí)滯和非線性部件的復(fù)雜被控對(duì)象。再者，由于受煤氣源和煤氣用戶地理位置的限制，副產(chǎn)煤氣需在各用戶 之間遠(yuǎn)距離的輸送。 (3) 各種煤氣副產(chǎn)品的管網(wǎng)壓力不一致，沒(méi)有足夠的煤氣存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)各種煤氣的熱值配比沒(méi)有進(jìn)行單獨(dú)的先行控制。隨 著機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制在市場(chǎng)中所占的比重越來(lái)越大。 本系統(tǒng) 包 含 了 四個(gè)調(diào)節(jié)回路 ，分別是熱值調(diào)節(jié)回路、混壓調(diào)節(jié)回路、 加壓機(jī)后壓力（變頻）調(diào)節(jié) 回路、 加壓機(jī)后壓力（泄放）調(diào)節(jié) 回路。 通過(guò)設(shè)計(jì)用 回路調(diào)節(jié)變頻器，保證了加壓站的穩(wěn)定。 國(guó)內(nèi)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣優(yōu)化利用 現(xiàn)狀 由于各地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和地理位置、資金投入力度的差異，使得各地鋼鐵企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r不盡相同。 混合煤氣加壓系統(tǒng)的作用、特性及研究現(xiàn)狀 在鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中，高爐、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煤氣是重要的高熱值燃料，如排放至大氣，將造成嚴(yán)重的空氣污染；而若將它們收集加以充分利用，作各種工業(yè)燃?xì)饧訜釥t的燃料，其經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的?？梢哉f(shuō)，煤氣混合加壓系統(tǒng)是合理利用鋼鐵企業(yè)煤氣資源的重要的中間環(huán)節(jié)，是煤氣從產(chǎn)生過(guò)程到合理利用、消費(fèi)過(guò)程的重要的過(guò)渡過(guò)程。在控制 算法方面，隨著智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種先進(jìn)的控制理念在實(shí)際系統(tǒng)重得到了應(yīng)用，取得了很好的效果。以熱值 調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，加入了高焦煤氣流量單交叉限幅。本回路為一串級(jí)隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在控制回路中建立數(shù)學(xué)模型，煤氣混合壓力的設(shè)定值隨著高、焦氣源的壓力波動(dòng)而自動(dòng)計(jì)算設(shè)定，同時(shí)又加以上下限幅，使工藝操作變得更加合理。這兩個(gè)頻率運(yùn)行下限是保證加壓機(jī)設(shè)備安全、用戶正常生產(chǎn)的兩道防線。最后方案確定為單加壓焦?fàn)t煤氣。高焦?fàn)t煤氣管道分別為 DNl 600和 DNl 000?；旌厦簹鉄嶂?7 674177。 考慮到用戶對(duì)煤氣熱值的要求較嚴(yán)格且煤氣用量大。然而，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，于是工程師便利用各種方法來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但卻不盡理想。 在煤氣混合過(guò)程中，其輸入量為高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，輸出量為混合煤氣壓力和熱值，輸入煤氣的改變影響混合煤氣壓力，又影響混合煤氣熱值。 圖 熱值壓力解耦控制方框圖 雙蝶閥并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖 ，圖中 Ql為焦?fàn)t煤氣流量， Q2為高爐煤氣流量，U1,U2分別為 1蝶閥和 2蝶閥的開(kāi)度， H為混合管道煤氣總流量， A為混合煤氣熱值。 圖 焦?fàn)t煤氣壓力 流量過(guò)程圖 在圖 ， 0P 為 1蝶閥前焦?fàn)t煤氣壓力， 1P 為 2蝶閥前焦?fàn)t煤氣壓力， 2P為 2蝶閥后焦?fàn)t煤氣壓力 ， 1U 、 2U 分別為 1蝶閥 和 2蝶閥的開(kāi)度， H為焦?fàn)t管道煤氣流量。 數(shù)字量輸出有； 溫度 上限報(bào)警 ，混合煤氣壓力報(bào)警指示燈， CO 濃度上限報(bào)警指示燈，報(bào)警電鈴。 (5) CPU 226 有 24 輸入 /16 輸出，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)，用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。另外，熱電偶需要外部參考端。雖然它們固有地會(huì)自身發(fā)熱，但可以采用自動(dòng)關(guān)閉和單次轉(zhuǎn)換模式使其在需要測(cè)量之前將 IC 設(shè)置為低功耗狀態(tài)，從而將自身發(fā)熱降到最低。 （ 4）最小置入深度：熱電阻的最小置入深度 ≥200mm； （ 5）允通電流 ≤5mA； 另外， PT100 溫度傳感器還具有抗震好、穩(wěn)定性高、準(zhǔn)確度高、耐壓高等優(yōu)點(diǎn)。 1151 型電容式變送器 的特點(diǎn)是 精度高 ,穩(wěn)定性好 ， 二線制 (4~20MA)， 固體元件，接插式印刷線路板 ， 小型、重量輕、堅(jiān)固抗振 ， 量程、零點(diǎn)外部連續(xù)可調(diào) ，正遷移可達(dá) 500％；負(fù)遷移可達(dá) 600％ ,阻尼可調(diào) 單向過(guò)載保護(hù)特性好 ， 無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，維修工作量少 ， 全系列統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，零部件互換性強(qiáng) ， 接觸介質(zhì)的膜片材料可選擇 (316L、 TAN、 HASC、 MONEL 等耐腐蝕材 。 實(shí)物圖如圖 所示 孔板流量計(jì)適用范圍 1. 公稱直徑： 15 mm ≤DN≤1200mm 2. 公稱壓力： PN≤10MPa 3. 工作溫度：－ 50℃ ≤t≤550℃ 4. 量程比： 1:10， 1:15 5. 精度： 級(jí)， 1 級(jí) 圖 孔板流量計(jì) 因?yàn)檩斎霘怏w是可燃性氣體 ，用電動(dòng)式調(diào)節(jié)閥容易引起電火花，發(fā)生危險(xiǎn)。（或 60176。 歷史記錄：每通道記錄最近一次的報(bào)警時(shí)間。5%F． S 響應(yīng)時(shí)間： 30s 長(zhǎng)期漂移： 2%信號(hào) /月 恢復(fù)時(shí)間： 30s 工作電壓： DC24V 功 耗： ≤ 模擬輸出： DC4～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出 傳輸距離： 1200m 大氣壓力： 86～ 106KPa 保存溫度：－ 20～ 65℃ 工作溫度：－ 40～ 65℃ 工作濕度： 90%RH 重 量：約 （ ） Kg 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 防爆標(biāo)志： EX d II CT6 出線孔連接螺紋 G3/4”（ G1/2”）螺紋 安裝方式：固定支架、管裝、墻壁 實(shí)物圖如圖 所示 圖 可燃性氣體報(bào)警器 執(zhí)行器的選擇：調(diào)節(jié)閥的流量特性是流過(guò)閥門的流體的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開(kāi)度間的關(guān)系，相對(duì)開(kāi)度是調(diào)節(jié)閥某一開(kāi)度行程與全開(kāi)行程之比。變頻器就是通過(guò)改變 f（電流的頻率）來(lái)使電動(dòng)機(jī)調(diào)速的 為本次設(shè)計(jì)選西門子 MicroMaster 440 變頻器 主要特征 ： 200V240V 177。 本回路采用了一臺(tái)調(diào)節(jié)器控制兩臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的方式，從根本上避免了兩道閥門的開(kāi)度相差太大，導(dǎo)致在調(diào)高或調(diào)低時(shí)成為“瓶頸”的弊病。 保護(hù)功能： 過(guò)載能力為 200％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 3 秒和 150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 60 秒； 過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)； 變頻器、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)； 接地 故障保護(hù)，短路保護(hù)； 閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù)； 采用 PIN 編號(hào)實(shí)現(xiàn)參數(shù)連鎖。本系統(tǒng)選用 Valtek 公司推出的 STARPAC 型智能調(diào)節(jié)閥，與上位機(jī)的控 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 制系統(tǒng)的連接用 4~20mA 模擬信號(hào)，采用數(shù)字通信方式進(jìn)行組態(tài)、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)檢索與 故障診斷等信息 傳輸。還可以接入其它二次儀表或 DCS 系統(tǒng)。 技術(shù)規(guī)格： 工作電壓：主電： 220VAC，（ 5060） HZ 備電： 24VAC（可選） 工作溫度： 040℃ 工作濕度：（ 1095） % RH 功耗：每通道 ≤5W 探測(cè)器輸入：四線制可燃 /有毒探測(cè)器 報(bào)警方式：聲音報(bào) 警：分故障報(bào)警，濃度報(bào)警兩種不同的聲音； 光報(bào)警：通過(guò) LED 發(fā)光二極管顯示出電源故障報(bào)警、濃度報(bào)警、探測(cè)器故障報(bào)警。角行程主要有： V 型電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥、氣動(dòng)薄膜切斷閥 ,偏心蝶閥等。 孔板節(jié)流裝置是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件可不需標(biāo)定直接依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)， GB262481流量測(cè)量節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)安裝和使用； ISO5167國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織規(guī)定的各種節(jié)流裝置； GJ51687HK06。 電容式的主要是用陶瓷電容，是把壓力作用轉(zhuǎn)化為電容變化的原理。 （ 2）允許變差值 △℃： A 級(jí) 177。它們也有很大的 TC，且價(jià)格昂貴 (是熱電偶的 4～ 10 倍 )，并且需要一個(gè)外部參考源。 IC 溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。 (1) CPU 221 有 6 輸入 /4 輸出，無(wú)擴(kuò)展，存儲(chǔ)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)能力，適合于點(diǎn)數(shù)少的控制系統(tǒng)。如果 1P 接近 02()PP? 的中點(diǎn)，則同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)閥門是最好的。 在本系統(tǒng)中使用了四蝶閥組調(diào)節(jié)熱值，當(dāng)控制器計(jì)算出焦?fàn)t和高爐閥門組控制值后，由蝶閥組控制策略決定到底如何調(diào)節(jié)相應(yīng)閥門組的兩個(gè)閥門。 混合煤氣加壓的二自由度專家控制方法包含一個(gè)前饋專家控制器和一個(gè)反饋專家控制器，分別把加壓機(jī)前后的混合煤氣壓力引進(jìn)了專家控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合煤氣壓力的二自由度專家控制。而目前為了控制好混合煤氣機(jī)后壓力，國(guó)內(nèi)采用最多的 PID控制和模糊控制 ，形成一個(gè)閉環(huán)的反饋控制回路，一般沒(méi)有考慮加壓機(jī)前壓力的變化，控制效果很差。在這種情況下，幾個(gè)回路之間，就可能相互關(guān)聯(lián)，相互耦合，相互影響，構(gòu)成多輸入 多輸出的相關(guān)控制系統(tǒng)。即平均量 7． 2 萬(wàn) 3/mh，最大量 8． 6 萬(wàn) 3/mh，最小量 3． 6 萬(wàn) 3/mh，混合管道直徑設(shè)計(jì)為 DN2 000，高、焦、轉(zhuǎn)爐煤氣管道分別為 DNl 000、 DN800 和 DNl 600。 2混合站為高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合。 1混合站為高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合。當(dāng)用戶突然大減量，造成出口壓驟然升高，變頻的調(diào)節(jié)速度不足以使出口壓迅速降下來(lái)時(shí)（即出口壓超過(guò) 14kPa），泄放回路立即參與調(diào)節(jié)。 （變頻）調(diào)節(jié) 加壓機(jī)后壓力是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一，本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為防止二閥同時(shí)動(dòng)作造成超調(diào)，將 2 臺(tái)手操器內(nèi)的死區(qū)設(shè)置的有所差別，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出要求的閥位—— —— 焦?fàn)t氣調(diào)節(jié)器 熱值調(diào)節(jié)器 焦?fàn)t氣閥 焦?fàn)t氣流量 焦氣量 熱值 熱值儀 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 信號(hào)與實(shí)際閥位反饋信號(hào)出現(xiàn)偏差時(shí)，死區(qū)小的手操器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）首先動(dòng)作，若偏差不大時(shí)，就能糾正過(guò)來(lái)；當(dāng)調(diào)節(jié)量不夠時(shí)，偏差增大，死區(qū)大的手操器（電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）也動(dòng)作，加大調(diào)節(jié)力度，使系統(tǒng)迅速回到穩(wěn)定狀態(tài)上。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 方案論證 根據(jù)所給的題目及所要實(shí)現(xiàn)的功能分析得出本次設(shè)計(jì)需要有 四 個(gè)系統(tǒng)回路分別為 熱值調(diào)節(jié) 回路、 混壓調(diào)節(jié) 回路、 加壓機(jī)后壓力（變頻）調(diào)節(jié) 回路 、 加壓機(jī)后壓力（泄放）調(diào)節(jié) 回路 。 （ 4）系統(tǒng)中有滯后、非線性部件。以鋼鐵企業(yè)的燃?xì)廛堜摷訜釥t為例，它要求送入的燃?xì)馊假|(zhì)和壓力穩(wěn)定，否則燃燒系統(tǒng)很難控制，直接影響軋鋼生產(chǎn)等后續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量。 (2) 各種煤氣副產(chǎn)品的管網(wǎng)壓力不一致，在混合之前需分別進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)；有足夠的煤氣存儲(chǔ)設(shè)備作為系統(tǒng)平衡的緩沖；對(duì)各種煤氣的熱值配比有一定的先行控制但是精度不太高。然而普通煤氣加壓機(jī)系統(tǒng)存在著許多不足