【文章內容簡介】 450 2402022 4504500200 90900 4804000 9009000250 1201200 7008000 120012022300 1802022 90010000 160016000 根據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 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，因此我們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。 電機的選型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)定我們所控制的鍋爐蒸發(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。濟南華力貝爾機電設備有限公司生產的 YJTG 三相變頻調速電機專門為變頻調速設計可以根據技術要求訂貨設定其額定電壓為380V 額定功率為 100Kw。 變頻器的選型 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工作為汽包供水。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矩輸出工作，而此時電機的轉速會小于額定轉速，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。根據以上的分析選我們可以選擇羅克韋爾公司的 1336PlusII 系列1336FB150 型號的變頻器。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 149Kw，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。設計時將變頻器連接在 DeviceNet 網絡上， 就可以利用 PLC 控制變頻器的輸出電壓和頻率。 接觸器的選型接觸器是系統(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??因此根據設計的要求浙江宏立電器有限公司生產的 HLC3X 系列空調接觸器主要適用于 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計要求。 熔斷器的選型由于系統(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。浙江中泰熔斷器有限公司生產 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。 功率三極管的選型 為了能使 PLC 輸出的數(shù)字量能夠控制接觸器的通斷我們設計如下電路： 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。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。 PLC 及相關模塊的選型 PLC 我們選擇羅克韋爾公司 Logix5000 系列，該系列 PLC 性能穩(wěn)定，可以根據設計要求靈活的選擇相關模塊，而且使用 RS Logix5000 組態(tài)軟件進行梯形圖程序設計時可以根據實際情況建立標簽，避免了對 PLC 直接按照地址尋址造成的麻煩和錯誤。該系統(tǒng)需要輸入或輸出的模擬量有：給水流量信號、水位信號、蒸汽流量信號、變頻器給定信號，需要輸出的數(shù)字量有：接觸器通斷信號、報警信號。因此只要選擇一個模擬量輸入模塊1756IF6I、一個數(shù)字量輸出模塊 1756OB16D 就可以滿足要求，此外由于PLC 還要通過以太網同上位機通信，通過 DeviceNet 控制變頻器因此還需要兩個通信模塊 1756ENET、1756DNB/A，另外還要選擇電源模塊和CPU 模塊 1756L1M2，選擇 7 槽 PLC 底座，此外我們還需要選擇一臺 PC機作為上位機完成對系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能。綜上所述我們可以得到硬件設備的清單如表 所示。表 硬件設備清單設備名稱 型號 額定電壓 額定電流 額定功率 數(shù)量三相電機 YJTG 380VAC 61A 40Kw 2變頻器 1336FB150 380VAC 149Kw 1功率三極管 I3DD5686 2PLC CPU模塊Logix5000 220VAC 1模擬量輸入模塊1756IF6I 1數(shù)字量輸出模塊1756OB16D 1以太網通信模塊1756ENET 1DeviceNet通信模塊1756DNB/A 1PC 機 220VAC 1接觸器 HLC3X 380VAC 5熔斷器 XRNT12 3A 3水位傳感器 PTP601 24DCV 3流量傳感器 LUGB99 24DCV 2據以上硬件選型我們可以繪制系統(tǒng)的硬件配置圖如圖 所示。 C P U 電源1 7 5 6 L 1 M 21 7 5 6 E N E T 1 7 5 6 I F 6 I1 7 5 6 D N B / A1 7 5 6 O B 1 6 D上位機變頻器傳感器接觸器以太網 交換器圖 硬件配置圖PLC 的電源模塊為其他各個模塊提供電源，上位機通過以太網聯(lián)入PLC 的以太網模塊與之通信，并可以對 PLC 進行監(jiān)控，PLC 的 CPU 塊負責 PLC 的數(shù)據處理和通信，模擬量輸入模塊將來自傳感器的檢測信號傳入PLC，DeviceNet 模塊通過 DeviceNet 網絡控制變頻器，數(shù)字量輸出模塊主要控制開關設備的通斷。 硬件工作原理 變頻器工作原理變頻器從電網接收工頻 50Hz 的交流電，經過恰當?shù)膹娭谱儞Q方法，將輸入的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可調節(jié)的交流電輸出到交流電動機，實現(xiàn)交流電動機的變速運行 [5]。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。另一種稱為間接變換方式，又稱為交流直流交流變頻方式。三相交流電引入整流裝置通過整流器得到直流電，對直流電利用可控開關器件控制其導通次序、開關頻率、導通時間可以實現(xiàn)調頻、調壓的效果。常規(guī)的控制方式只能得到階梯波形的輸出電壓，高次諧波分量較多，不利于電機的穩(wěn)定運行。采用 SPWM 技術，按照有關算法控制逆變電路的觸發(fā)信號，即控制可控開關器件的導通角度按正弦規(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。 PLC 工作原理 PLC （Programmable Logic Controller）中文全稱為可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。典型的 PLC 結構圖可以表示為圖 所示。輸入接口輸出接口C P U 電源圖 PLC 結構圖 電源模塊分別為輸入接口、CPU、輸出接口提供直流電源。輸入接口將外部輸入的數(shù)字量、模擬量送入 CPU，CPU 根據所編程序完成相應的運算并由輸出接口輸出給外部設備實現(xiàn)控制的目的。其工作過程可以分為如下三個階段： （1）輸入采樣階段在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據，并將它們存入 I/O 映像區(qū)中相應的單元內。 （2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖 )。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成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映像區(qū)中對應位的狀態(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。在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映像區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映像區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照 I/O 映像區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。4 硬件設計 系統(tǒng)總體線路設計首先我們需要三相電源為系統(tǒng)供電，由電源插頭引入，同時通過過流保護裝置以保證電流過大時能夠及時斷電，以確保安全不造成設備的損壞，正常情況下設備正常工作不會發(fā)生電流過大的現(xiàn)象，只有在出現(xiàn)故障時才有可能發(fā)生過流現(xiàn)象此時才需要進行斷電以確保安全。對于需要 220V 交流電壓工作的設備可以連入三相電源中的任意一相與中性線之間的 220V交流電壓下。例如 PLC 就是采用 220V 交流電工作，因此按照上述方式連接就可以直接接入任意一相與中性線之間的 220V 交流電壓下。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。由于系統(tǒng)內各種傳感器等設備需要直流電壓才能正常工作，因此還需要一個整流裝置將它的交流輸入側連入任意一相與中性線之間的 220V 交流電壓下并對 220V 交流電進行整流穩(wěn)壓，然后輸出穩(wěn)定的直流電壓，直流輸出側可以為各個直流設備提供直流電壓保證各個設備穩(wěn)定、有效、安全的工作。由于我們選用的是交直 交變頻器 [6]因此應當首先應該將 380V 三相交流電連入變頻器的 LLL3 三個端子輸入供變頻器整流，逆變后的是頻率、電壓變化的三相交流電通過接觸器的常開觸點連入三相異步電動機的定子側回路為其工作提供電源，并通過變頻器調頻調壓從而調節(jié)電機轉速進而改變汽包的送水流量對汽包水位進行調節(jié)。同時直接將由電網引入的三相電通過另一接觸器的常開觸點連入三相異步電機的定子側回路，此時電機工作于工頻 50Hz 三相交流電下以用來在調試系統(tǒng)時或其他情況下使用。但兩個接觸器不能同時閉合，否則將會發(fā)生事故。根據以上所訴我們設計總體電器線路如圖 所示。電源插頭ANCB過流保護地線Q S 1總電源K M 1P E2 2 0 V2 4 V 1 2 V0 V2 4 V 0 V 1 2 V變頻器P EL 1L 3L 2UWVK M 2K 1M信號輸入A 1C 1B 1N 1C 2B 2A 2C 2B 3A 2C 3N 3N 4B 2 W 1 U 1 V 1 Q S 2Q S 3Q 1Q 2P EJ 1J 0J 2 P ED e v i c e N e t圖 總體電氣線路圖根據該設計可以得到供電線路接線如表 所示。表 供電線路接線表腳號 信號代號 信號名稱 所連設備 備注A B C N ACP3 三相電源電源插頭 經開關 QS1 到過流保護裝置三相供電設備A1 B1 C1 N1 ACP3 三相電源 過流保護裝置 保護設備PE GND 接地線電機外殼 傳感器接地線接地保護A2 B2 C2 ACP3 三相電源變頻器輸