【文章內(nèi)容簡介】 包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細調(diào)維持汽包水位的穩(wěn)定。該方案適用于大容量高壓鍋爐，而且要求水位控制嚴格的場合。因此該系統(tǒng)選用這種控制方案。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 3 硬件選型153 硬件選型PLC 具有豐富的控制功能及強大的運行速度，因此可以作為系統(tǒng)的控制器。三菱公司生產(chǎn)的 FX 系 列 PLC 擁 有 快 速 的 運 行 速 度 ， 高 級 的 功 能 邏 輯 選 件 以 及定 位 控 制 等 特 點 。FX2N 可 以 有 從 16 路 到 256 路 輸 入 /輸 出 的 多 種 應 用 的 選 擇 方 案 。 FX2N是 FX 系 列 中 最 高 檔 次 的 超 小 形 程 序 裝 置 ， 具 有 小 型 化 ， 高 速 度 ， 高 性 能 等特 點 。 除 輸 入 輸 出 1625 點 的 獨 立 用 途 外 ， 還 可 以 適 用 于 在 多 個 基 本 組 件 間的 連 接 ， 模 擬 控 制 ， 定 位 控 制 等 特 殊 用 途 ， 是 一 套 可 以 滿 足 多 樣 化 廣 泛 需 要 的PLC。 在 基 本 單 元 上 連 接 擴 展 單 元 或 擴 展 模 塊 ， 可 進 行 16256 點 的 靈 活 輸 入輸 出 組 合 。 可 選 用 16/32/48/64/80/128 點 的 主 機 。 可 根 據(jù) 電 源 及 輸 出 形 式 ，自 由 選 擇 。 輸 出 形 式 可 以 選 擇 繼 電 器 、 晶 體 管 、 晶 閘 管 輸 出 。 程 序 容 量 ： 內(nèi)置 800 步 RAM（ 可 輸 入 注 釋 ） 可 使 用 存 儲 盒 ， 最 大 可 擴 充 至 16K 步 。 豐 富 的軟 元 件 應 用 指 令 中 有 多 個 可 使 用 的 簡 單 指 令 ， 功 能 指 令 。 具 有 數(shù) 字 開 關 的 數(shù)據(jù) 讀 取 ， 16 位 數(shù) 據(jù) 的 讀 取 ， 矩 陣 輸 入 的 讀 取 ， 7 段 顯 示 器 輸 出 等 功 能 。 可 以進 行 數(shù) 據(jù) 處 理 、 數(shù) 據(jù) 檢 索 、 數(shù) 據(jù) 排 列 、 三 角 函 數(shù) 運 算 、 平 方 根 、 浮 點 小 數(shù) 運 算還 可 以 進 行 外 部 設 備 相 互 通 信 ， 串 行 數(shù) 據(jù) 傳 送 ， ASCII code 印 刷 ， HEX ASCII 變 換 ， 校 驗 碼 等 。 具 有 一 些 特 殊 用 途 如 ： 脈 沖 輸 出（ 20KHZ/DC5V， KHZ/DC12V24V） ， 脈 寬 調(diào) 制 ， PID 控 制 指 令 等 。本 設 計 PLC 選 用 FX2N 系 列 PLC。 它 是 FX 系 列 PLC 中 功 能 最 強 、 速 度 最快 的 微 型 可 編 程 控 制 器 。 本 設 計 PLC 的 輸 入 信 號 有 開 始 、 關 閉 、 最 高 水 位 、最 低 水 位 。 需 要 的 輸 出 信 號 有 正 常 運 行 信 號 、 極 限 處 理 信 號 、 報 警 信 號 。 此外 擴 展 模 塊 還 需 要 占 用 PLC 的 一 些 輸 入 輸 出 點 。 選 用 32 點 的 PLC 即 可 滿 足要 求 。 晶 閘 管 輸 出 方 式 可 適 用 于 交 流 負 載 。 它 的 響 應 速 度 快 （ 關 斷 變 導 通 的 延遲 時 間 小 于 1ms， 導 通 變 為 關 斷 的 延 遲 時 間 小 于 10ms） 。 它 可 以 滿 足 該 系 統(tǒng)要 求 ， 因 此 選 用 晶 閘 管 輸 出 方 式 。 綜 合 考 慮 各 型 號 性 能 ， 本 設 計 選 用 FX2N32MS 型 號 的 PLC。該系統(tǒng)需要輸入與輸出的模擬量有：給水流量信號、水位信號、蒸汽流量信號、變頻器給定信號。因此需要選擇一個模擬量輸入模塊 FX2N4A/D、一個模擬量輸出模塊 FX2N2D/A，通過它們可以進行數(shù)字量與模擬量之間的相互轉(zhuǎn)換，從而 PLC 根據(jù)現(xiàn)場傳輸來的信息進行算法控制。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 3 硬件選型16電機是鍋爐汽包供水的動力設備，電機的準確選型關系到汽包能否準確供水進而影響到汽包水位的穩(wěn)定?？刂频腻仩t蒸發(fā)量為：35t/h，汽包壓力 ，管道直徑 50mm 因此可以對正常工作時電機的功率作如下估算： ()2 23501/ K??? ?由計算結(jié)果可以知道選用功率為 100Kw 的三相異步電動機完全可以滿足工作要求，由于使用變頻調(diào)速不必選用繞線型異步電動機，選用鼠籠型電機就可以滿足要求。 YJTG 三相變頻調(diào)速電機專門為變頻調(diào)速設計,可以根據(jù)技術(shù)要求設定其額定電壓為 380V 額定功率為 100Kw。變頻器是電機的供能設備，合理選擇變頻器關系到電機能否正常為汽包供水。由電機的選型可以知道電機在 50Hz 三相交流電下工作時電機的功率大約是100Kw，當三相交流電動機在基頻以下工作時為恒轉(zhuǎn)矩輸出，而此時電機的轉(zhuǎn)速會小于額定轉(zhuǎn)速，因此電機的輸出功率也會小于額定功率，同時由于電機的轉(zhuǎn)矩保持不變，其工作電流同在 50Hz 三相交流電下工作時電流基本一致。根據(jù)以上的分析可以選擇三 菱 變 頻 器 FRF740 系 列 的變頻器。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 37KW~220KW，可以滿足設備功率要求。該型號變頻器具有豐富靈活的控制接口，可以通過控制信號方便地改變變頻器的工作特性。內(nèi) 置 PID， 變 頻 器 /工 頻 切 換 和 多 泵 循 環(huán) 運 行 功 能 。 內(nèi) 置 獨 立 的 RS485 通訊 口 。 帶 有 節(jié) 能 監(jiān) 控 功 能 ， 節(jié) 能 效 果 一 目 了 然 。由于該設計的目的是控制水位穩(wěn)定，而整個控制系統(tǒng)的基礎是對水位的準確測量，因此水位能否準確測量直接關系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣。合理的選擇水位傳感器在水位控制系統(tǒng)的設計中有關鍵作用。知道汽包水位應該控制在300177。30mm，根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則：儀表量程應該為被測量參數(shù)的4/3～3/2 倍。因此所選傳感器的最大量程為:400～450 mm。而且汽包水位應該控制在 300177。30 mm，因此所選水位傳感器的精度應該高于 10/450=%FS。C R河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 3 硬件選型176031 型 智 能 鍋 爐 汽 包 液 位 計 ， 采 用 獨 特 結(jié) 構(gòu) ， 耐 高 溫 、 高 壓 ， 其 中 變 送 器利 用 液 位 變 化 與 其 對 測 量 探 極 產(chǎn) 生 的 電 容 變 化 之 間 的 關 系 ， 通 過 專 用 模 式 系統(tǒng) 軟 件 將 檢 測 的 電 容 變 化 經(jīng) 各 種 補 償 計 算 后 輸 出 與 物 位 成 正 比 的 420maDC 標 準 信 號 。 選擇測量圍為：100～500mm，測量精度在 1%FS 的型號可以滿足控制要求。該型號的傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下：量程：100～500mm(水位高/深度)綜合精度: %FS 輸出信號: 4～20ma(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制) 供電電壓: 24DCV(9～36DCV) 負載電阻: 電流輸出型：最大 800Ω；電壓輸出型：大于 50KΩ 絕緣電阻: 大于 2022MΩ (100VDC )密封等級: IP68 長期穩(wěn)定性能: %FS/年 振動影響: 在機械振動頻率 20Hz～1000Hz 內(nèi)，輸出變化小于 %FS 電氣接口(信號接口): 緊線防水螺母與五芯通汽電纜連接機械連接(螺紋接口): 投入式使用時可以采用 24V 直流電源為水位傳感器供電保證其正常工作，將 1～5V電壓信號作為反饋量引入 PLC 模擬量輸入端口進行控制運算。根據(jù)控制方案可以知道流量傳感器用于測量給水流量和蒸汽流量，這兩個信號可以有效地改善控制質(zhì)量，因此合理的選擇流量傳感器能夠有效的改善整個系統(tǒng)的控制質(zhì)量。知道所要控制的是 35t/h 鍋爐的汽包水位，即該鍋爐正常工作時每小時蒸發(fā) 35t 蒸汽也就是有 35t 水被蒸發(fā)成為蒸汽，水位穩(wěn)定時供水量為：35 m3/h 。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。該流量計的技術(shù)參數(shù)如下：（1）測量介質(zhì)：蒸汽、汽體、液體（2）傳感器的感應元件不直接與被測介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定、可靠性高（3）傳感器內(nèi)無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單而牢固，壓損小維擴量小、使用壽命長（4）范圍度寬達 10：1～15：1（5）測量范圍：正常工作范圍，雷諾數(shù)為 20，000～7，000，000；輸出信號河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 3 硬件選型18不受液體溫度、壓力、粘度及組份影響。測量可能范圍，雷諾數(shù)8，000～7，000000（6）精度等級：液體，指示值的177。%；蒸汽，指示值的177。%（7）輸出信號：　　低電平：01V；高電平：大于 4V；占空比為 50% b .電流: 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)根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則儀表量程應該為被測量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計應當能夠檢測的最大流量為：～52 m 3/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，可以滿足設計要求進行檢測汽包給水流量信號。由于 LUGB99 型渦街流量計既可用于液體流量檢測也可用于蒸汽流量檢測，因此還可以選擇該流量計作為汽包負荷蒸汽流量的檢測傳感器。正常工作時汽包蒸汽壓力大約是 ，由蒸汽密度表可以查到蒸汽密度大約是 2700Kg/ m3，根據(jù)過程控制選擇儀表量程原則儀表量程應該為被測量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計應當能夠檢測的最大流量為：～ m3/h 因此汽包蒸汽管道直徑選用 20 mm，并用 LUGB99 型渦街流量計檢測流量可以檢測的流量范圍是 8～80 m3/h，可以滿足設計要求進行檢測蒸汽流量信號。接觸器是系統(tǒng)中用到的重要開關設備，接觸器的合理選擇能保證交流電動機能夠準確及時的啟動、停止。根據(jù)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)設計的要求選用 HLC3X 系列空調(diào)接觸器，它主要適用于 50Hz 或 60Hz、額定工作電壓為 220V 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計要求。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 3 硬件選型19由于系統(tǒng)的主要耗電設備是電動機，因此系統(tǒng)穩(wěn)定工作時電流大約在 150A左右，當系統(tǒng)異常工作是可能導致工作電流變大因此可設定工作電流為 200A 時進行過流保護。生產(chǎn) XRNT12 型限流熔斷器型額定電流可以設定為 200A，可以滿足設計要求。 為了能使 PLC 輸出的數(shù)字量能夠控制接觸器的通斷設計如下電路： 接觸器線圈2 2 0 V A CP L C 數(shù)字量輸出圖 接觸器控制線路當PLC數(shù)字量輸出為高電平時三極管導通工作于飽和狀態(tài)，接觸器線圈上電使接觸器觸點閉合，否則PLC數(shù)字量輸出為低電平時三極管截止工作于截止狀態(tài)，接觸器線圈失電通過二極管續(xù)流，使接觸器觸點斷開。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。 液位傳感器、流量傳感器設備需要在 DC24V 電壓下才能正常工作。SA10024型變壓器采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。該變壓器效率高，工作溫度低，體積小，重量輕，電壓變動率低。內(nèi)附突入電流抑制電路、具有短路保護、過載保護、過壓保護等功能。進口器材，高可靠性高，內(nèi)置濾波器，低紋波?？砷L期滿載使用。產(chǎn)品規(guī)格如下： 1）品 名：開關電源式變壓器 6）調(diào)制方式 脈沖寬度調(diào)制(PWM)式 河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 3 硬件選型202）型 號：SA100/24 7)晶體管連接方式）全橋式3）額定功率：100W 8）頻 率：47HZ/63HZ 4）輸入電壓：220V/110(AC) 9) 紋波及噪音：100mvpp5）輸出電壓：24V(DC) 10)工作環(huán)境溫度：1060℃ 綜上所述可以得到硬件設備的清單如表 所示。表 硬件設備清單