【正文】 29 根據(jù)以上設(shè)計我們可以得到傳感器線路接線表如表 所示。PLC通過 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)控制變頻器的輸出頻率從而達到控制給水流量的目的。山東科技大學學士學位論文 硬件設(shè)計27表 供電線路接線表腳號 信號代號 信號名稱 所連設(shè)備 備注A B C N ACP3 三相電源電源插頭 經(jīng)開關(guān) QS1 到過流保護裝置三相供電設(shè)備A1 B1 C1 N1 ACP3 三相電源 過流保護裝置 保護設(shè)備PE GND 接地線電機外殼 傳感器接地線接地保護A2 B2 C2 ACP3 三相電源變頻器輸入 經(jīng)開關(guān) QS2 到電機定子回路三相供電設(shè)備C3 N1 ACP2 單相電源 直流電源輸入 單相供電設(shè)備B3 N1 ACP2 單相電源 接觸器線圈 單相供電設(shè)備U1 V1 W1 VACP3 變頻器輸出經(jīng)開關(guān) QS3 到電機定子回路三相供電設(shè)備J1 J0 DC20 24V 直流電源 傳感器 直流供電設(shè)備Q1 C1 KM1 控制信號功率三極管基極開關(guān)控制設(shè)備Q2 C2 KM2 控制信號功率三極管基極開關(guān)控制設(shè)備山東科技大學學士學位論文 硬件設(shè)計28 控制線路設(shè)計由于蒸汽流量傳感器、水位傳感器、送水流量傳感器都需要24V 直流電壓供電才能正常工作，因此三者的電源端子都要連入直流電源的24V 直流電壓輸出側(cè)，以為各個傳感器供電，保證其正常工作。根據(jù)以上所訴我們設(shè)計總體電器線路如圖 所示。同時直接將由電網(wǎng)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(cè)回路，此時電機工作于工頻 50Hz 三相交流電山東科技大學學士學位論文 硬件設(shè)計26下以用來在調(diào)試系統(tǒng)時或其他情況下使用。由于系統(tǒng)內(nèi)各種傳感器等設(shè)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(cè)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(cè)可以為各個直流設(shè)備提供直流電壓保證各個設(shè)備穩(wěn)定、有效、安全的工作。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。山東科技大學學士學位論文 硬件設(shè)計254 硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體線路設(shè)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(shè)備的損壞，正常情況下設(shè)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。在此期間，CPU按照 I/O 映像區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設(shè)。在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在 I/O 映像區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)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(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)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(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 （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 )。輸入接口將外部輸入的數(shù)字量、模擬量送入 CPU，CPU 根據(jù)所編程序完成相應的運算并由輸出接口輸出給外部設(shè)備實現(xiàn)控制的目的。典型的 PLC 結(jié)構(gòu)圖可以表示為圖 所示。 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(shè)計的。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。另一種稱為間接變換方式，又稱為交流直流交流變頻方式。山東科技大學學士學位論文 硬件選型22 硬件工作原理 變頻器工作原理變頻器從電網(wǎng)接收工頻 50Hz 的交流電，經(jīng)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(diào)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]。表 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(wǎng)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山東科技大學學士學位論文 硬件選型21據(jù)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。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(wǎng)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山東科技大學學士學位論文 硬件選型20CPU 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。 PLC 及相關(guān)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(jù)設(shè)計要求靈活的選擇相關(guān)模塊，而且使用 RS Logix5000 組態(tài)軟件進行梯形圖程序設(shè)計時可以根據(jù)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。 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(shè)計如下電路：山東科技大學學士學位論文 硬件選型19 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。 熔斷器的選型由于系統(tǒng)的主要耗電設(shè)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(shè)定工作電流為 200A 時進行過流保護。山東科技大學學士學位論文 硬件選型18 接觸器的選型接觸器是系統(tǒng)中用到的重要開關(guān)設(shè)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。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。根據(jù)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。 變頻器的選型 變頻器是電機的供能設(shè)備，合理選擇變頻器關(guān)系到電機能否正常工作為汽包供水。 電機的選型電機是鍋爐汽包供水的動力設(shè)備，電機的準確選型關(guān)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????山東科技大學學士學位論文 硬件選型17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。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。%；蒸汽，指示值的177。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山東科技大學學士學位論文 硬件選型15（5）測量范圍：正常工作范圍，雷諾數(shù)為 20，000～7，000，000；輸出信號不受液體溫度、壓力、粘度及組份影響。由原始資料可以做如下估算水位穩(wěn)定時供水量為：35 m3/h 。 流量傳感器的選型根據(jù)控制方案我們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。316 全不銹鋼結(jié)構(gòu)有多種量程可供選擇，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。10 mm，因此所選水位傳感器的精度應該高于 10/450=%FS，因此選擇該測量精度才可以滿足要求。因此所選傳感器的最大量程為:400～450 mm。根據(jù)原始資料可以知道汽包水位應該控制在 300177。山東科技大學學士學位論文 控制方案設(shè)計12省煤器過熱器水冷壁汽包變頻器F TF CH TH C∑F TF C圖 汽包水位三沖量控制系統(tǒng)給水流量調(diào)節(jié)器變頻器給水流量變送器液位變送器汽包變送器給水流量液位蒸汽流量+++液位流量調(diào)節(jié)器液位給定前饋調(diào)節(jié)器管道圖 汽包水位三沖量控制系統(tǒng)框圖山東科技大學學士學位論文 硬件選型133 硬件選型 水位傳感器選型 由于該設(shè)計的目的是控制水位穩(wěn)定，而整個控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是對水位的準確測量，因此水位能否準確測量直接關(guān)系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣。一方面可以克服給水擾動，使給水流量自行調(diào)節(jié)，另一方面可以有效地抑制“假水位現(xiàn)象” 。該三沖量控制系統(tǒng)包含給水流量控制回路和汽包水位控制回路兩個控制回路以及一個蒸汽流量前饋通道，實質(zhì)上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級系統(tǒng)組成的復合控制系統(tǒng)。省煤器過熱器水冷壁汽包變頻器F CH TH C∑F TF C圖 汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)山東科技大學學士學位論文 控制方案設(shè)計11給水流量調(diào)節(jié)器變頻器液位變送器汽包變送器給水流量液位蒸汽流量+++液位流量調(diào)節(jié)器液位給定前饋調(diào)節(jié)器 圖 汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)框圖此外考慮到給水流量的變化可以通過串級控制的方法讓給水量的擾動通過內(nèi)回路自行調(diào)節(jié)，設(shè)計如圖 所示的三沖量控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。當假水位現(xiàn)象消失后水位和蒸汽信號都能正確的指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。這個系統(tǒng)對以上所分析的兩種方案取長補短，可以極大的提高汽包水位的控制質(zhì)量。山東科技大學學士學位論文 控制方案設(shè)計10如果把以上所述兩種方案結(jié)合起來，就構(gòu)成了汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)如圖 所示，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。由于給水量和蒸汽量的測量不準確以及鍋爐系統(tǒng)引入的其他擾動使得給水量和蒸汽量并非準確的比值關(guān)系而保持水位恒定。省煤器過熱器水冷壁汽包變頻器H TH CF T圖 蒸汽流量隨動控制系統(tǒng) 給水流量調(diào)節(jié)器變頻器液位變送器汽包給水流量+蒸汽量變送器圖 蒸汽流量隨動控制系統(tǒng)框圖采用該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)完全根據(jù)物質(zhì)平衡條件工作，給水量的大小