【導讀】師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。文科類論文正文字數(shù)不少于萬字。合國家技術(shù)標準規(guī)范。種課題背景下對火電廠汽包水位監(jiān)測進行設(shè)計。環(huán)境下，利用軟件特有的控件，設(shè)計了火電廠汽包水位監(jiān)測界面，界面形象直觀，RS-232C通訊協(xié)議進行了設(shè)計。做到實時監(jiān)測汽包水位變化和自動化控制，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)計鍋爐型號，選用LUGB240304YD2N 渦街流量傳感器 [14]，其功能特點如下： （ 1） 間接測量，具有穩(wěn)定的性能，安全可靠性高； （ 2）可長期使用，對于維護要求不高； （ 3）范圍度寬達： 15： 20： 1； （ 4）有很多樣式連接、使用簡單、上手； （ 5）在規(guī)格 雷諾數(shù)內(nèi)，受外界影響?。? （ 6）適配性強。 技術(shù)參數(shù)如表 所示： 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 25 表 LUGB240304YD2N 渦街流量傳感器技術(shù)參數(shù) 采用標準 Q/YHC4012020 JB/T680793 測量介質(zhì) 氣體、液體、蒸氣 標準口徑 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 流量測量 測量范圍 雷諾數(shù) 104～ 4 106，氣體 5～50m/s，液體 ～7m/s 測量范圍 詳見表 精度 法蘭卡裝式、法蘭式為 1級， 插入式測量精度為 1級，插入工業(yè)管道上精度為 被測介質(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 脈沖電壓 高電平 4～ 5V，低電平～ ） 脈沖占空比： 50%，傳輸距離： 100m 標準電流 DC420m允許外接負載電阻小于 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 本安 iallcT1T5,隔爆型 ExdllBT4 防護等級 Ip65 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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)鍋爐型號參數(shù)，滿測量不超過 52m3/h，所以據(jù)表 可知汽包送水管道管徑應選用 50mm,對應測量范圍在 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，滿測量不超過 m3/h，同樣根據(jù)表 15mm，對應測量范圍在 530m3/h，滿足設(shè)計要求。 電機選型 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，完成鍋爐上水任務要求，汽包上水合格。以鍋爐參數(shù)為準，計算電機功率如下： 2 235 00 0 10 / 50 00 00 4 9536 00 10 00 0 Wk g m sPKs? ? ? ???? () 經(jīng)計算可知應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。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 27 變頻器選型 變頻器是不可或缺的裝置，選用恰當?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。 接觸器選型 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： 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。 熔斷器選型 當系統(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。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 三極管有導通和截止兩種狀態(tài)。上圖控制線路中，當 PLC 數(shù)字量以高電平輸出時導通，接觸器閉合，否則，三級管處于截止狀態(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。 溫度傳感器 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。 壓力傳感器 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，中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 29 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。 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 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 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 軟件對火電廠汽包水位監(jiān)測系統(tǒng)界面設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，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)備進中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 30 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。 單片機總體介紹 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) 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 31 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 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。如圖 所示，應用不可或缺的幾部分構(gòu)成最小系統(tǒng)。 圖 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示 :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，當出現(xiàn)故障時，即可提醒進行相應事故處理，而電源電路是用于給單片機供電。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 32 圖 單片機電路圖 時鐘電路 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位，解決了在外部接入外源振晶的問題。當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該以 24M 為基準 [17]。 復位電路 復位電路，它是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠上電復位及工作故障時的手動復位而設(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)中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 33 計來實現(xiàn)復位。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 通訊系統(tǒng)組成設(shè)計 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