【文章內(nèi)容簡介】 065700500500025012012001100110003001801800150015000同理根據(jù)鍋爐型號參數(shù)，滿測量不超過52m3/h，,對應(yīng)測量范圍在450m3/h，能夠滿足設(shè)計測量范圍。由于所選型號傳感器是汽、液兩相測量傳感器，所以可以測量蒸汽流量， m3/h，對應(yīng)測量范圍在530m3/h，滿足設(shè)計要求。介紹完水位傳感器和流量傳感器之后，開始對動力設(shè)備電機進行選型，選擇合適的電機型號用于鍋爐供水，提供有效的動力支持，完成鍋爐上水任務(wù)要求，汽包上水合格。以鍋爐參數(shù)為準，計算電機功率如下： ()經(jīng)計算可知應(yīng)該選用略高于正常工作狀態(tài)下功率的電機，為了便于選型可以將電機功率定在100Kw的電機。YJTG315S4三相異步電動機能夠滿足設(shè)計要求，可根據(jù)技術(shù)要求調(diào)整其額定功率為100Kw。變頻器是不可或缺的裝置，選用恰當(dāng)?shù)淖冾l器是電機能否正常工作給汽包供水的關(guān)鍵，從上一節(jié)電機選型可知額定功率大約在100Kw,由具體分析可知電機在某種工況時其能夠保持與50Hz三相交流電下工作時電流基本一致。由以上分析結(jié)果選用三菱變頻器公司生產(chǎn)的變頻器其型號代碼為RA740110KwCHT：電壓380V、頻率50HZ、電流216A?？梢则?qū)動50HZ、100Kw的電機，給出合適的輸入，就可以作出相應(yīng)輸出并能夠間接的控制其輸出頻率，過載能力完全可以滿足電機功率要求，而且此型號變頻器在節(jié)能方面帶有獨特的節(jié)能設(shè)計，最佳勵磁控制和節(jié)能監(jiān)視功能，有效的節(jié)省能源，內(nèi)置的串行通訊口，符合設(shè)計要求。接觸器作為重要的啟、停元件，交流電動機的啟、停需要接觸器來完成，那么選擇合理的型號的接觸器，對于交流電動機很重要。其工作電流計算如下： （）NCK525/2~40/2接觸器主要用于400V交流電壓，40A交流電流的電路中，作為通、斷電路之用，選用五套此型號接觸器同時工作能夠滿足一臺380V三相交流電機的工作要求。當(dāng)系統(tǒng)在異常工作時引起的電流過大，會嚴重損壞系統(tǒng)安全。所以為了能夠保證系統(tǒng)在非正常情況下的過流現(xiàn)象，采取熔斷保護，即選用熔斷器。本系統(tǒng)總的工作電流在150A左右，可設(shè)定過流保護為200A，完全可以滿足保護系統(tǒng)要求。因此選用型號為SSOC(NCF)3的10Kv切負荷熔斷器，自主設(shè)置電流200A。功率三極管用于接觸器控制線路中，接觸器控制線路如下： 接觸器控制線路三極管有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。上圖控制線路中，當(dāng)PLC數(shù)字量以高電平輸出時導(dǎo)通，接觸器閉合，否則，三級管處于截止?fàn)顟B(tài)，接觸器斷開。為滿足設(shè)計要求，選用I3DD8 型三極管，其工作電流為510A。本設(shè)計選用的溫度傳感器為帶PT100熱電阻的溫度變送器，這種傳感器常用于高溫測量，例如測量蒸汽溫度，可以輸出420ma的模擬量信號，能夠滿足給水溫度、省煤器溫度、主蒸汽溫度的測量。本設(shè)計選用的壓力傳感器為深圳市東本工業(yè)自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的VPRF2和VNF系列型號的壓力傳感器，主要用于蒸汽壓力、汽包壓力和給水壓力的測量。VPRF2系列傳感器能夠測量1Mpa20Mpa的壓力范圍，可調(diào)節(jié)電壓信號05v，用于測量蒸汽壓力和汽包壓力。VNF系列型號的壓力傳感器，可測量壓力范圍為1000Kpa17000Kpa，可調(diào)電壓信號05v，用于測量給水壓力。主要硬件設(shè)備清單如下： 主要硬件設(shè)備清單設(shè)備名稱型號額定電壓額定電流額定功率數(shù)量水位傳感器CN213型24DCV3流量傳感器LUGB240304YD2N型24DCV3三相電機YJTG315S4380VAC61A100Kw2變頻器RA740110KwCHT380VAC216A1熔斷器SSOC(NCF)3型200A3功率三極管I3DD8 型2接觸器NCK525/2~40/2型380VAC5溫度傳感器P100熱電阻5壓力傳感器VPRFVNF5本章闡述了利用Visual Basic ，包括系統(tǒng)各設(shè)備設(shè)計、總體設(shè)計及流程。另外還針對各部分設(shè)備進行了選型。4 單片機選型設(shè)計單片機是科技飛速發(fā)展的產(chǎn)物，它是一種集成度很高的芯片，集快速處理元件、存儲元件、很多種數(shù)據(jù)傳輸接口和多種功能于一體。隨著時代變遷，集成技術(shù)也在快速發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，能夠?qū)⑦@些元件完美集成在一起，構(gòu)成高可靠性系統(tǒng)，用于工業(yè)控制方面。根據(jù)設(shè)計需要，選用宏晶科技STC15系列的單片機。STC15F2K60S2系列單片機是是傳統(tǒng)51單片機的加強與擴充，主要優(yōu)點有高強度加密，與其他單片機代碼兼容，運行速度快，寬泛的設(shè)置范圍，內(nèi)部集成高精度時鐘，可外接時鐘電路，復(fù)位選擇廣，精度更高。適合更加惡劣環(huán)境使用，與傳統(tǒng)單片機相比，內(nèi)核更加快速，速度得到大幅度提高。主要技術(shù)參數(shù)如下：(1) 工作電壓： （5V 單片機）。(2) 8K/16K/24K/32K/40K/48K/56K/60K/61K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器。(3) 2K大容量SRAM。(4) EEPROM容量大，擦寫次數(shù)10萬次以上。(5) 工作頻率范圍：5MHz 35MHz，相當(dāng)于普通8051的60MHz420MHz。(6) 可同時使用的2組高速異步串行通信端口，管腳數(shù)可達5組，相互之間有規(guī)則的切換，串口切換隨意：串口1(RxD/, TxD/)可以切換到(RxD_2/, TxD_2/),還可以切換到(RxD_3/, TxD_3/）；串口2(RxD2/, TxD2/)可以切換到(RxD2_2/, TxD2_2/)。(7) SPI通信端口速度高（異步串口），可拓展I/O口(8) 低功耗設(shè)計，四種模式供使用。(9)可編程時鐘輸出功能.(10)硬件看門狗(WDT)簡單介紹單片機后，再來進行單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計，這樣有利于明確單片機的工作原理。作為一個系統(tǒng)，必然會有幾部分基于單片機的組成。這樣能夠讓單片機發(fā)揮其具有的功能，正常運行進行處理計算。單片機的最小系統(tǒng)就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分[15]，可以這么認為，有了油鹽醬醋，就能夠?qū)崿F(xiàn)美味佳肴的烹飪，對于單片機最小系統(tǒng)也是同樣道理。，應(yīng)用不可或缺的幾部分構(gòu)成最小系統(tǒng)。:單片機設(shè)有一個ATD轉(zhuǎn)換接口和一個SPI串行總線接口，系統(tǒng)現(xiàn)場傳感器測量測量信號實時傳入給單片機，單片機通過高速處理器判斷運算信號數(shù)據(jù)。即將模擬量信號運算轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入到單片機，單片機再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換通過驅(qū)動電路環(huán)節(jié)，對現(xiàn)場閥門進行控制，調(diào)節(jié)閥門開度來控制壓力、流量等，同時將單片機處理結(jié)果通過串行接口傳輸?shù)奖O(jiān)控界面，在監(jiān)控界面端能夠直觀看到各參數(shù)變化。在此過程中，單片機可能會進行多次循環(huán)調(diào)節(jié)，才能達到預(yù)定目標，而對操作者來說只需在界面進行外設(shè)調(diào)節(jié)即可完成。同時，單片機還具有故障燈報警裝置，當(dāng)出現(xiàn)故障時，即可提醒進行相應(yīng)事故處理，而電源電路是用于給單片機供電。對于STC15系列單片機來說，內(nèi)部時鐘電路精度已經(jīng)達到正負千分位級別，溫飄177。1%（40℃ +85℃），常溫下溫飄177。%（20℃ +65℃）。5MHZ35MHZ寬范圍設(shè)置，已經(jīng)夠用，無需再次接入時鐘復(fù)位，解決了在外部接入外源振晶的問題。當(dāng)然這種單片機也可以外接外部晶振，通過電容連接到 ECU 的 XTAL 和 EXTAL 之間。(有源晶振只需要將產(chǎn)生的振蕩接入 EXTAL 即可) 實際單片機的工作頻率并不是外部晶振[16]。注意的是在其他的如輸出比較電路、采集電路等其他的計算時應(yīng)該以 24M 為基準[17]。復(fù)位電路，它是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠上電復(fù)位及工作故障時的手動復(fù)位而設(shè)計的。由于STC15系列單片機自身的特性，已經(jīng)具有不可見得復(fù)位內(nèi)部集成電路，而且能夠滿足調(diào)節(jié)設(shè)置的要求范圍，另外再設(shè)置外部電路無非是多余之舉。但是，對于有特殊要求的場合下需要再設(shè)置接入外源振晶，此系列單片機同樣可以滿足外接要求。STC15系列型號的單片機中還有一個集成有一個看門狗電路，主要通過軟件設(shè)計來實現(xiàn)復(fù)位。也就是在程序運行時，如果在設(shè)定的時間內(nèi)程序跑飛沒有回到重新寫看門狗的程序段則系統(tǒng)自動復(fù)位[18]。有利的幫助了大型控制中的程序調(diào)試。本章可以認為是第三章的延續(xù)，重點對本設(shè)計所用到的單片機部分進行介紹，選用STC15系列的單片機作為下位機核心，從單片機主要參數(shù)，到內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)給出簡單介紹。5 Modbus串口通訊協(xié)議本通訊系統(tǒng)設(shè)計以第四章所述的STC15系列型號的單片機為核心，單片機本身包含了數(shù)據(jù)處理能力很高的特性[19]，所以能夠很好的滿足設(shè)計的要求。圖中紅線即表示本設(shè)計所選用的RS232C串口通訊協(xié)議線。現(xiàn)場傳感器測量得到的模擬量信號，通過通訊協(xié)議將信號傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機進行高速處理后，傳輸?shù)絇C機顯示，PC機發(fā)出相應(yīng)指令給單片機，單片機轉(zhuǎn)而對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，達到通訊調(diào)節(jié)目的。該通訊系統(tǒng)以TC15F2K60S2系列單片機作為下位機，通過RS232C總線通訊的方式[20]，將系統(tǒng)各設(shè)備帶有MODBUS RTU接口的設(shè)備連接起來，組成一個完整的通訊網(wǎng)絡(luò)，實時接收、處理、發(fā)送、調(diào)整數(shù)據(jù)。圖中紅色線代表通訊通訊協(xié)議總線?，F(xiàn)下，用于單片機的串口通訊方式主要有2種方式：一種是本設(shè)計采用的RS232C、RS485等總線方式，一種是采用單片機自身串行口[21]，但后者的抗干擾能力很差，雖說選取的單片機有一定的抗干擾能力，但不足以滿足準確性。而前者所述的串口方式中，本設(shè)計之所以采用RS232C，是因為RS232C可以帶25臺設(shè)備，已經(jīng)能夠滿足設(shè)計需要，而且應(yīng)用范圍廣泛、不算太貴、編程容易還有更加增長了與傳統(tǒng)接口相比的接線長度，雖然相比于RS485來說傳輸速率和抗干擾能力及傳輸距離有所劣勢但不影響本設(shè)計系統(tǒng)正常運作?；痣姀S汽包水位監(jiān)測設(shè)計主要有4大模塊：主程序模塊、溫度采集模塊、流量采集模塊、水位采集模塊。前面已經(jīng)知道本系統(tǒng)采用VB語言編寫，采用規(guī)范的流程順序設(shè)計，整個程序包括各種設(shè)備驅(qū)動程序、通訊協(xié)議、PC機界面顯示模塊。Modbus協(xié)議由通訊子程序模塊實現(xiàn)，分為下位機到上位機子程序。上位機程序模塊運行在PC機上實現(xiàn)，下位機通訊在STC15F2K60S2系列單片機系統(tǒng)運行。PC機通訊流程圖如下： PC機流程圖對于PC機通訊流程圖的工作流程，可以認為當(dāng)我們讀取某個或某段數(shù)據(jù)時，就操作監(jiān)控界面“接收”按鈕，此時串口及顯示屏就會發(fā)送命令打開通訊串口，發(fā)送讀取我們所需要的信息，然后等待代碼執(zhí)行，接收數(shù)據(jù)，判定選擇接收數(shù)據(jù)信息，如果程序中PacketRecievede=1，則進行數(shù)據(jù)處理并顯示到計算機界面，然后滾啊比串口。否則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)命令，直到判定正確。單片機流程圖如下： 單片機流程圖對于單片機的流程設(shè)計可以解讀為：開始對單片機執(zhí)行操作，檢查等待上位機做好打開串口準備等工作，如果判定上位機已經(jīng)準備好數(shù)據(jù)得接受準備則進行下一步操作，如果沒有準備好則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)等待指令，直到準備妥當(dāng)為止。已經(jīng)檢查完畢能夠執(zhí)行下一步命令后，單片機則進行發(fā)送數(shù)據(jù)幀的命令，逐個進行發(fā)送，判定發(fā)送結(jié)果，如果發(fā)送完畢則終止發(fā)送命令，否則將進行循環(huán)操作逐個發(fā)送。通訊協(xié)議作為系統(tǒng)上、下位機之間的通訊交換數(shù)據(jù)信息起到很重要的作用，選取RS232C通訊方式進行二者之間的溝通，本章對通訊系統(tǒng)的組成，以及通訊系統(tǒng)在上位機和下位機的流程模塊進行設(shè)計。全文總結(jié)與展望通過對火電廠汽包水位監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)計，本文對汽包水位的測量手段、監(jiān)控方式的現(xiàn)狀與發(fā)展情況做了一定的闡述，對Visual Basic ，能夠?qū)崿F(xiàn)程序的編程與調(diào)試，另外對于本專業(yè)涉及很少的電氣元件設(shè)備有了初步的認識與學(xué)習(xí)。主要研究成果有以下兩點：（1） 利用VB編程語言程序，獨立設(shè)計了汽包水位監(jiān)測界面，能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互要求，對于汽包水位上水段以及汽包內(nèi)部參數(shù)的監(jiān)控一目了然，并將界面程序代碼編寫完成?；赩B語言的Modbus通訊協(xié)議加入到監(jiān)測界面。寫入了單片機基于VB的程序語言。（2） 完成了單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，完成了系統(tǒng)設(shè)備元件的選型以及Modbus串口協(xié)議系統(tǒng)的設(shè)計。由于學(xué)生自身能力有限，加之對過程控制學(xué)科和單片機知識的不熟悉，本設(shè)計難免會出現(xiàn)不足和改進之處，需要在以后進行深入的了解與學(xué)習(xí)。參考文獻：[1] 容鑾恩，. 北京：中國電力出版社，1998，5. 162～183[2] 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