【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。種課題背景下對(duì)火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。環(huán)境下，利用軟件特有的控件，設(shè)計(jì)了火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)界面，界面形象直觀，RS-232C通訊協(xié)議進(jìn)行了設(shè)計(jì)。做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽包水位變化和自動(dòng)化控制，以保證。汽包水位在正常水位范圍內(nèi)。

　　

【正文】 傳感器測(cè)量系統(tǒng)控制量能夠改善系統(tǒng)控制，使控制質(zhì)量有所提升。為滿足適用于本設(shè)計(jì)鍋爐型號(hào)，選用LUGB240304YD2N 渦街流量傳感器 [14]，其功能特點(diǎn)如下： （ 1） 間接測(cè)量，具有穩(wěn)定的性能，安全可靠性高； （ 2）可長(zhǎng)期使用，對(duì)于維護(hù)要求不高； （ 3）范圍度寬達(dá)： 15： 20： 1； （ 4）有很多樣式連接、使用簡(jiǎn)單、上手； （ 5）在規(guī)格 雷諾數(shù)內(nèi)，受外界影響??； （ 6）適配性強(qiáng)。 技術(shù)參數(shù)如表 所示： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 表 LUGB240304YD2N 渦街流量傳感器技術(shù)參數(shù) 采用標(biāo)準(zhǔn) Q/YHC4012020 JB/T680793 測(cè)量介質(zhì) 氣體、液體、蒸氣 標(biāo)準(zhǔn)口徑 法蘭卡裝式口徑規(guī)格 1 2 3 50、6 80、 100 法蘭連接式口徑規(guī)格 12 150、 200、 250、300 插入式口徑規(guī)格 200～ 2020 流量測(cè)量 測(cè)量范圍 雷諾數(shù) 104～ 4 106，氣體 5～50m/s，液體 ～7m/s 測(cè)量范圍 詳見表 精度 法蘭卡裝式、法蘭式為 1級(jí)， 插入式測(cè)量精度為 1級(jí)，插入工業(yè)管道上精度為 被測(cè)介質(zhì)溫度 常溫 25～ 100℃高溫25～ 150℃、 25～250℃、 25～ 300℃ 工作壓力 1..6Mpa,Mpa 輸出信號(hào) 脈沖電壓 高電平 4～ 5V，低電平～ ） 脈沖占空比： 50%，傳輸距離： 100m 標(biāo)準(zhǔn)電流 DC420m允許外接負(fù)載電阻小于 600Ω（電源 DC24V） ,傳輸距離為 3000m。 儀表使用環(huán)境 溫度： 25～ +55℃ 溫度： 590% RH50℃ 內(nèi)螺紋 1Cr18Ni9Ti、鋁合金 電源 DC12V177。 10%， DC24V177。 10%，或鋰電池 。 防爆等級(jí) 本安 iallcT1T5,隔爆型 ExdllBT4 防護(hù)等級(jí) Ip65 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 表 工況液、氣體流量范圍 通徑 液體 氣體 DNmm m3/h m3/h 15 530 20 25 32 15150 40 22220 50 450 35350 60 60600 80 9120 90900 100 14200 1401400 125 22280 2202200 150 38400 3003000 200 65700 5005000 250 1201200 110011000 300 1801800 150015000 同理根據(jù)鍋爐型號(hào)參數(shù)，滿測(cè)量不超過(guò) 52m3/h，所以據(jù)表 可知汽包送水管道管徑應(yīng)選用 50mm,對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍在 450m3/h，能夠滿足設(shè)計(jì)測(cè)量范圍。由于所選型號(hào)傳感器是汽、液兩相測(cè)量傳感器，所以可以測(cè)量蒸汽流量，滿測(cè)量不超過(guò) m3/h，同樣根據(jù)表 15mm，對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍在 530m3/h，滿足設(shè)計(jì)要求。 電機(jī)選型 介紹完水位傳感器和流量傳感器之后，開始對(duì)動(dòng)力設(shè)備電機(jī)進(jìn)行選型，選擇合適的電機(jī)型號(hào)用于鍋爐供水，提供有效的動(dòng)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(zhǔn)，計(jì)算電機(jī)功率如下： 2 235 00 0 10 / 50 00 00 4 9536 00 10 00 0 Wk g m sPKs? ? ? ???? () 經(jīng)計(jì)算可知應(yīng)該選用略高于正常工作狀態(tài)下功率的電機(jī)，為了便于選型可以將電機(jī)功率定在 100Kw 的電機(jī)。 YJTG315S4 三相異步電動(dòng)機(jī)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，可根據(jù)技術(shù)要求調(diào)整其額定功率為 100Kw。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 變頻器選型 變頻器是不可或缺的裝置，選用恰當(dāng)?shù)淖冾l器是電機(jī)能否正常工作給汽包供水的關(guān)鍵，從上一節(jié)電機(jī)選型可知額定功率大約在 100Kw,由具體分析可知電機(jī)在某種工況時(shí)其能夠保持與 50Hz 三相交流電下工作時(shí)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(hào)代碼為RA740110KwCHT：電壓 380V、頻率 50HZ、電流 216A?？梢则?qū)動(dòng) 50HZ、 100Kw 的電機(jī)，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(guò)載能力完全可以滿足電機(jī)功率要求，而且此型號(hào)變頻器在節(jié)能方面帶有獨(dú)特的節(jié)能設(shè)計(jì)，最佳勵(lì)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(jì)要求。 接觸器選型 接觸器作為重要的啟、停元件，交流電動(dòng)機(jī)的啟、停需要接觸器來(lái)完成，那么選擇合理的型號(hào)的接觸器，對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)很重要。其工作電流計(jì)算如下： AvKwUP 1 5 23 8 031 0 03I ???? （ ） 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(hào)接觸器同時(shí)工作能夠滿足一臺(tái) 380V三相交流電機(jī)的工作要求。 熔斷器選型 當(dāng)系統(tǒng)在異常工作時(shí)引起的電流過(guò)大，會(huì)嚴(yán)重?fù)p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(guò)流現(xiàn)象，采取熔斷保護(hù)，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(guò)流保護(hù)為 200A，完全可以滿足保護(hù)系統(tǒng)要求。因此選用型號(hào)為 SSOC(NCF)3 的 10Kv 切負(fù)荷熔斷器，自主設(shè)置電流 200A。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 功率三極管選型 功率三極管用于接觸器控制線路中，接觸器控制線路如下： 圖 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(shí)導(dǎo)通，接觸器閉合，否則，三級(jí)管處于截止?fàn)顟B(tài)，接觸器斷開。為滿足設(shè)計(jì)要求，選用 I3DD8 型三極管，其工作電流為 510A。 溫度傳感器 本設(shè)計(jì)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(cè)量，例如測(cè)量蒸汽溫度，可以輸出 420ma 的 模擬量信號(hào)，能夠滿足給水溫度、省煤器溫度、主蒸汽溫度的測(cè)量。 壓力傳感器 本設(shè)計(jì)選用的壓力傳感器為深圳市東本工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的VPRF2 和 VNF 系列型號(hào)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(cè)量。 VPRF2 系列傳感器能夠測(cè)量 1Mpa20Mpa 的壓力范圍，可調(diào)節(jié)電壓信號(hào) 05v，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 用于測(cè)量蒸汽壓力和汽包壓力。 VNF 系列型號(hào)的壓力傳感器，可測(cè)量壓力范圍為1000Kpa17000Kpa，可調(diào)電壓信號(hào) 05v，用于測(cè)量給水壓力。 設(shè)備清單 主要硬件設(shè)備清單如下： 表 主要硬件設(shè)備清單 設(shè)備名稱 型號(hào) 額定電壓 額定電流 額定功率 數(shù)量 水位傳感器 CN213型 24DCV 3 流量傳感器 LUGB240304YD2N型 24DCV 3 三相電機(jī) YJTG315S4 380VAC 61A 100Kw 2 變頻器 RA740110KwCHT 380VAC 216A 1 熔斷器 SSOC(NCF)3型 200A 3 功率三極管 I3DD8 型 2 接觸器 NCK525/2~40/2型 380VAC 5 溫度傳感器 P100 熱電阻 5 壓力傳感器 VPRFVNF 5 本章小結(jié) 本章闡述了利用 Visual Basic 軟件對(duì)火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括系統(tǒng)各設(shè)備設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)及流程。另外還針對(duì)各部分設(shè)備進(jìn)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 行了選型。 4 單片機(jī)選型設(shè)計(jì) 單片機(jī)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(chǔ)元件、很多種數(shù)據(jù)傳輸接口和多種功能于一體。隨著時(shí)代變遷，集成技術(shù)也在快速發(fā)展，單片機(jī)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(jì)需要，選用宏晶科技 STC15 系列的單片機(jī)。 單片機(jī)總體介紹 STC15F2K60S2 系列單片機(jī)是是傳統(tǒng) 51 單片機(jī)的加強(qiáng)與擴(kuò)充，主要優(yōu)點(diǎn)有高強(qiáng)度加密，與其他單片機(jī)代碼兼容，運(yùn)行速度快，寬泛的設(shè)置范圍，內(nèi)部集成高精度時(shí)鐘，可外接時(shí)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(jī)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(jī)）。 (2) 8K/16K/24K/32K/40K/48K/56K/60K/61K 字節(jié)片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器。 (3) 2K 大容量 SRAM。 (4) EEPROM 容量大，擦寫次數(shù) 10 萬(wàn)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(shí)使用的 2 組高速異步串行通信端口，管腳數(shù)可達(dá) 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(jì)，四種模式供使用。 (9)可編程時(shí)鐘輸出功能 . (10)硬件看門狗 (WDT) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)后，再來(lái)進(jìn)行單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這樣有利于明確單片機(jī)的工作原理。作為一個(gè)系統(tǒng)，必然會(huì)有幾部分基于單片機(jī)的組成。這樣能夠讓單片機(jī)發(fā)揮其具有的功能，正常運(yùn)行進(jìn)行處理計(jì)算。單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工 作并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分 [15]，可以這么認(rèn)為，有了油鹽醬醋，就能夠?qū)崿F(xiàn)美味佳肴的烹飪，對(duì)于單片機(jī)最小系統(tǒng)也是同樣道理。如圖 所示，應(yīng)用不可或缺的幾部分構(gòu)成最小系統(tǒng)。 圖 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示 :單片機(jī)設(shè)有一個(gè) ATD 轉(zhuǎn)換接口和一個(gè) SPI 串行總線接口，系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)傳感器測(cè)量測(cè)量信號(hào)實(shí)時(shí)傳入給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)高速處理器判斷運(yùn)算信號(hào)數(shù)據(jù)。即將模擬量信號(hào)運(yùn)算轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳入到單片機(jī)，單片機(jī)再經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)閥門開度來(lái)控制壓力、流量等，同時(shí)將單 片機(jī)處理結(jié)果通過(guò)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(guò)程中，單片機(jī)可能會(huì)進(jìn)行多次循環(huán)調(diào)節(jié)，才能達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，而對(duì)操作者來(lái)說(shuō)只需在界面進(jìn)行外設(shè)調(diào)節(jié)即可完成。同時(shí)，單片機(jī)還具有故障燈報(bào)警裝置，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，即可提醒進(jìn)行相應(yīng)事故處理，而電源電路是用于給單片機(jī)供電。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 圖 單片機(jī)電路圖 時(shí)鐘電路 對(duì)于 STC15系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，內(nèi)部時(shí)鐘電路精度已經(jīng)達(dá)到正負(fù)千分位級(jí)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(wú)需再次接入時(shí)鐘復(fù)位，解決了在外部接入外源振晶的問(wèn)題。當(dāng)然這種單片機(jī)也可以外接外部晶振，通過(guò)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(shí)際單片機(jī)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(jì)算時(shí)應(yīng)該以 24M 為基準(zhǔn) [17]。 復(fù)位電路 復(fù)位電路，它是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠上電復(fù)位及工作故障時(shí)的手動(dòng)復(fù)位而設(shè)計(jì)的。由于 STC15 系列單片機(jī)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(wú)非是多余之舉。但是，對(duì)于有特殊要求的場(chǎng)合下需要再設(shè)置接入外源振晶，此系列單片機(jī)同樣可以滿足外接要求。 STC15 系列型號(hào)的單片機(jī)中還有一個(gè)集成有一個(gè)看門狗電路，主要通過(guò)軟件設(shè)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。也就是在程序運(yùn)行時(shí)，如果在設(shè)定的時(shí)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(dòng)復(fù)位 [18]。有利的幫助了大型控制中的程序調(diào)試。 本章小結(jié) 本章可以認(rèn)為是第三章的延續(xù)，重點(diǎn)對(duì)本設(shè)計(jì)所用到的單片機(jī)部分進(jìn)行介紹，選用 STC15 系列的單片機(jī)作為下位機(jī)核心，從單片機(jī)主要 參數(shù)，到內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)給出簡(jiǎn)單介紹。 5 Modbus 串口通訊協(xié)議 通訊系統(tǒng)組成設(shè)計(jì) 本通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)以第四章所述的 STC15 系列型號(hào)的單片機(jī)為核心，單片機(jī)本身包含