【正文】 電磁閥及風(fēng)機(jī)控制 本程序段包括冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，最大加熱功率控制 淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁 共 40 頁 功率輸出程序段是查功率輸出表控制的。 淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁 共 40 頁 加熱及功率控制 溫度設(shè)定值與恒溫箱水溫進(jìn)行比較，當(dāng)溫度設(shè)定值高于恒溫箱水溫時(shí)，啟動(dòng)加熱裝置中間繼電器，做加熱 準(zhǔn)備工作。 水流流量測量 流量測量為采用 PLC的高速計(jì)數(shù)器對流量計(jì)輸出脈沖計(jì)數(shù)的方式測定流量。恒溫水箱水溫為電壓量經(jīng)過先乘 后除，余數(shù)比較是否四舍五入。 攪拌機(jī)控制 輔助繼電器 M200 接通，當(dāng)水位達(dá)到下液位開關(guān)時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。 泵控制 水泵的控制是由水泵中間繼電器的閉合來控制的。 溫度設(shè)定值讀入 溫度設(shè)定值在 X006 被按下時(shí)由接在輸入口上的撥碼開關(guān)輸入，由于撥碼開關(guān)為 BCD 碼，需轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制輸輸入。通道初始化包括 ：通道輸入量類型的選擇、取樣次數(shù)設(shè)定及工作狀態(tài)檢測等內(nèi)容，如模塊正常工作，則完成三個(gè)通道的工作。 程序說明 啟動(dòng)控制 X004 為系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)，當(dāng) X004 接通系統(tǒng)開始啟動(dòng) 判斷 PLC 與 FX2N4AD 是否聯(lián)機(jī) ，開始通道初始化 淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁 共 40 頁 判斷 PLC 與 FX2N4AD 是否聯(lián)機(jī)及初始化的程序是按照模塊使用手冊的推薦模式編寫的。 程序中使用了較多的可編程控制器的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器： D54 為用戶設(shè)定的溫度設(shè)定值； D4 為被加熱水的水溫即恒溫箱中水的溫度； D14 為水泵供水時(shí)的流水溫度； D24 為儲水箱中水的溫度； D34 為水流的速度； D44 為加熱功率等。 控制系統(tǒng)的接線圖請參見附圖 2。 輸出信號的控制對象有水泵、水閥、冷卻風(fēng)機(jī)、攪拌 電動(dòng)機(jī)、加熱裝置、狀態(tài)及溫度顯示裝置等，系統(tǒng)中所用到的元器件型號及功能請見附圖 2。 系統(tǒng)的配置 統(tǒng)計(jì)本系統(tǒng)的輸入信號有啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、液位開關(guān)、流量檢測開關(guān)、溫度傳感器等。為了方便溫度、流量、功率的顯示并減少投資，擬采用同一組數(shù)碼管分時(shí)完成。本系統(tǒng)中還有流量顯示要求， 擬 選用葉輪式流量計(jì)，采用 PLC 的高速計(jì)數(shù)器對流 量計(jì)輸出脈沖計(jì)數(shù)的方式測定流量。這樣系統(tǒng)輸入及輸出均需模擬量的控制系統(tǒng)。為了提高加熱的快速性及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加熱系統(tǒng)采用可以調(diào)壓的可控電源。 控制方案分析 由系統(tǒng)的工藝過程及控制要求知，本系 統(tǒng)的工作實(shí)質(zhì)是根據(jù)恒溫水箱及儲備水箱中水的溫度，決定系統(tǒng)的工作狀態(tài)：加熱攪拌，或經(jīng)兩個(gè)路徑（冷卻及不冷卻）為恒溫箱供入冷水。當(dāng)水溫高于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)冷水，當(dāng)儲備水箱中水溫高于設(shè)定值時(shí)，采用進(jìn)水與風(fēng)機(jī)冷卻同時(shí)進(jìn)行的方法實(shí)現(xiàn)降溫控制。兩個(gè)電磁閥的通、斷，攪拌電機(jī)和冷卻風(fēng)扇電機(jī)的工作設(shè)置指示燈顯示。水泵為水流提供動(dòng)力，水的流速由流量計(jì)計(jì)量。溫度傳感器為模擬量傳感器，測量范圍為 0100℃，輸出 010v DC 電壓量。恒淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 共 40 頁 溫水箱中間的攪拌器是為了水溫均勻使用的，兩個(gè)液位檢測開關(guān)分別用來檢測水的溢出及不足兩種特殊狀態(tài)，為開關(guān)量傳感器。設(shè)定值可通過撥碼開關(guān)設(shè)定。它由恒溫水箱、加熱裝置、攪拌電動(dòng)機(jī)、冷卻器、冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、儲水箱、溫度檢測裝置、溫度顯示、功率顯示、流量顯示、閥門及有關(guān)的狀態(tài)指示器等部件構(gòu)成。 本設(shè)計(jì) 中 采用風(fēng)冷式冷卻器，即風(fēng)扇降溫。 但是風(fēng)冷式冷卻器在夏季高溫下難以冷卻，過高的進(jìn)風(fēng)溫度是一座難以克服的大山，所以在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在原風(fēng)冷的基礎(chǔ)上，吸收水冷卻的優(yōu)點(diǎn)，出現(xiàn)了閉式循環(huán)水風(fēng)冷卻器，又名閉式冷卻塔，它是水冷和風(fēng)冷相結(jié)合的產(chǎn)兒，刷新了常溫冷卻器的新紀(jì)元，對傳統(tǒng)的水冷、風(fēng)冷進(jìn)行了有效改造 。其中風(fēng)冷式安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低，適合水資源不足的地 方；而水冷式具有體積小，冷卻效率高，能用于高溫、高濕、多塵的環(huán)境中。 冷卻器 以間壁式、混合式、蓄熱式交換器為主要對象，冷卻器的工作原理、傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、流動(dòng)阻力計(jì)算和設(shè)計(jì)程序，在熱交換器一書中均有較多插圖和詳盡的例題。 7 冷卻器簡介 冷卻器 換熱設(shè)備的一類，用以 冷卻 流體 。這些有關(guān)槳葉區(qū)剪切速率的概念，在攪拌機(jī)縮小及放大設(shè)計(jì)中需要特別當(dāng)心。但當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，最大剪切速率和平均剪切速率與槳葉直徑的關(guān)系與漿型有關(guān)。通過對剪切速率分布的研究表明，在一個(gè)攪拌槽中至少存在四種剪切速率數(shù)值，它們是： 槳葉區(qū)最大剪切速率、槳 葉區(qū)平均剪切速率、全槽區(qū)最大剪切速率、全槽區(qū)平均剪切速率。剪切應(yīng)力是一種力，是攪拌應(yīng)用中氣泡分散和液滴破碎等的真正原因。 在攪拌槽中，要使微團(tuán)相互碰撞，唯一的辦法是提供足夠的剪切速率。而攪拌消耗的軸功率則與流體比重，槳葉本身的功率準(zhǔn)數(shù)，轉(zhuǎn)速的三次方及槳葉直徑的五次方成正比。軸功率（ P）、槳葉排液量（ Q）、壓頭（ H）、槳葉直徑（ D）及攪拌轉(zhuǎn)速（ N）是描述一臺攪拌機(jī)的五個(gè)基本參數(shù)。在無粘性的介質(zhì)中，適合于氣 液交換及熱交換產(chǎn)生徑向流，具高抗動(dòng)性和高能耗，專用于特殊應(yīng)用 。傾斜的槳葉低速運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較高的擾動(dòng)。這種攪拌槳葉產(chǎn)生的流動(dòng)為主導(dǎo)軸向型帶徑向流，產(chǎn)生剪切擾動(dòng)。 帶有 “ Sabre形狀葉片的攪拌槳，攪拌能耗量小，產(chǎn)生的流動(dòng)為主導(dǎo)軸向型，確保非常有效的 水泵效應(yīng)，這種攪拌槳葉對大多數(shù)應(yīng)用均非常理想，特別是那淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 共 40 頁 些需要高速低能耗的場合。 攪拌槳葉的分類，也可以按照槳葉對流體作用所產(chǎn)生的流動(dòng)型態(tài)來分，可將槳葉分成兩種類型 軸流式槳葉及徑流式槳葉。如固體懸浮及互容液體的混合，要求槳葉能提供大排液量、低剪切。每一種槳葉在提供某種基本作用的同時(shí)（如流動(dòng)型槳葉的基本作用是產(chǎn)生排液量），也提供另外兩種作用（產(chǎn)生剪切和克服靜壓 頭）。槳葉產(chǎn)生的壓頭又可分成兩部分，即靜壓頭和剪切力；攪拌機(jī)槳葉在操作時(shí)，必須克服靜壓頭，而剪切力使得物料分散、混合。 淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁 共 40 頁 攪拌槳葉分類 攪拌機(jī)主要有電機(jī)、減 速裝置、攪拌軸和槳葉等組成。每一種基本攪拌應(yīng)用都有各自的攪拌特點(diǎn)，過程要求和放大設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 6 攪拌部分 攪拌過程分類 從攪拌技術(shù)觀點(diǎn)看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應(yīng)用，而每一種攪拌應(yīng)用又可根據(jù)物理過程和化學(xué)過程分為兩種類型。圖中，電阻是上拉電阻，也稱限流電阻，當(dāng)譯碼器內(nèi)部帶有上拉電阻時(shí)，則可省去。使用時(shí)，公 共陰極接地， 7 個(gè)陽極 a ~ g 由相應(yīng)的 BCD 七段譯碼器來驅(qū)動(dòng) (控制 )，如圖 (c)所示。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。 分段式顯示器 (LED 數(shù)碼管 )由 7 條線段圍成 8 型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。例如，當(dāng)輸入 8421 碼 DCBA=0100 時(shí)，應(yīng)顯示 4， 即要求同時(shí)點(diǎn)亮 b、 c、 f、 g 段， 熄滅 a、 d、 e 段，故譯碼器的輸出應(yīng)為 Fa~Fg=0110011，這也是一組代碼，常稱為段碼。 BCD 七段譯碼器的輸入是一位 BCD 碼 (以 D、 C、 B、 A 表示 )，輸出是數(shù)碼管 各段的驅(qū)動(dòng)信號 (以 Fa~Fg 表示 )，也稱 4— 7 譯碼器。編碼是將某種信號或十進(jìn)制的十個(gè)數(shù)碼（輸入）編成二進(jìn)制代碼（輸出）。同時(shí)還具有其他一些功能如動(dòng)作信號的 延時(shí)、光電開關(guān)的信號靈敏度調(diào)節(jié)等。 淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁 共 40 頁 自控式 ： 這種光電開關(guān)是具有一定功能性的。隨著技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)藏放大器式的光電開關(guān)的體積越來越小 ；這種形式采用相對較少，尤其是光纖傳感器的發(fā)展。 放大器分離式 ： 這是種早期采用比較多的方式，發(fā)光、感光元件裝在探頭內(nèi)，用屏蔽線與專用放大器（光電開關(guān)主體）連接。 直流交流混合式 ： 直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個(gè)供電回路的形式，直流電壓范圍 12240V，交流電壓范圍 24240V，此形式適應(yīng)性比較靈活，不需要考慮配電的問題。 （ 5） 按供電種類的分類 直流式 ： 采用直流電壓供電的形式，一般大多采用 1224V（ 1030V）的直流電壓的供電。 ③ 掃描式 ： 將多個(gè)發(fā)射器與接收器組合，通過同步信號逐一掃描，防止相互干擾。 調(diào)制式 ① 脈沖調(diào)制式 ： 使發(fā)射器發(fā)的出光線為具有一定頻率的脈沖波，一般稱為調(diào)制光，采用這種方式除了可以獲得峰值很高的光脈沖功率外，還可以對接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進(jìn)行放大，從而減少周圍光線和電氣噪聲的影響，這是目前國內(nèi)外使用最廣的一種方式。 淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 40 頁 （ 4） 按光源調(diào)制種類的分類 直流光式 ： 使發(fā)射器的光線為不變的直流光，包括白熾燈和用直流驅(qū)動(dòng)的發(fā)光二極管。 氣體激光式（可見光） :光束比較強(qiáng)，用于探傷系統(tǒng)、條形碼系統(tǒng)、及強(qiáng)光衰減大的場合，如蒸汽、煙霧、火焰等場合。 熒光式（可見光） :主要用于需要長度的光電系統(tǒng)（圖像傳感器等） 。 白熾燈式（可見光） :用于需要白光的標(biāo)志檢測器，由于壽命與抗震性能，現(xiàn)在使用比較少。 激光測量法 :由激光器對被測目標(biāo)發(fā)射一個(gè)光信號， 然后接受目標(biāo)反射回來的光信號，通過測量光信號往返經(jīng)過 的時(shí)間， 計(jì)算出目標(biāo)的距離。 （ 2） 按檢測方法的分類 光量法 :目前大多數(shù)光電開關(guān)用來檢測物體有無的均為光量方式，既光源受物體遮蔽或發(fā)生反射、輻射和遮光導(dǎo)致受光量變化來檢測對象的有無。 折射后通過鏡頭聚焦發(fā)射出去，接收光線通過聚焦鏡頭入射到接收器，主要用于標(biāo)志檢測。 夾角式 這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射器與接收器形成一個(gè)角度，發(fā)射光聚焦點(diǎn)與接收光聚焦交叉區(qū)域檢測物體，用于精細(xì)檢測，如標(biāo)記檢測等。如用于鋼鐵行業(yè)的對加熱的鐵輻射出的紅外線進(jìn)行檢測的光電開關(guān)。如果是平面淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 共 40 頁 鏡或反光率比較的物體（如：玻璃瓶等）不能改變偏振方向，由它阻擋而產(chǎn)生的反射光不能進(jìn)入受光器，因此它可以很容易被 檢測到，從而解決了由它表面反射而它引 起的誤動(dòng)作問題。 ② 具有 功能的反射器式光電開關(guān)，如果被檢測物是平面而且有光澤，則會產(chǎn)生誤動(dòng)作，欲解決此問題，可采用 功能，它的主要工作原理是基于角矩陣反射器能使偏振光方向改變 90176。 圖 鏡面反射式 ① 這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，光電開關(guān)對置反角矩陣射鏡，發(fā)射器的光被反射鏡后反饋回接收器， 光電開關(guān) 與角矩陣反射鏡（多棱鏡）形成閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進(jìn)行檢測的一種檢測形式，這種檢測形式作用 距離比對射式短，比直接反射式較長?？梢哉f是近似人的眼睛的一種檢測器。 如圖 淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 40 頁 圖 ② 發(fā)射器與接收器一體化，光傳輸為直流方式的非調(diào)制信號，主要小型縫隙光電開關(guān)，如 U 型、 C 型的槽型光電開關(guān)。 光電開關(guān) 原理與分類 （ 1） 按檢測形式的分類 對射式 ① 對射式是由一個(gè)發(fā)射器與一個(gè)接收器相對配置的，發(fā)射器發(fā)射出的光指向接收器，發(fā)射器與接收器之間組成一個(gè)閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進(jìn)行檢測的一種檢測形式。 光電開關(guān)的叫法，主要是輸出為開關(guān)量的開關(guān)元件。光電開關(guān)包括幾種類型，自身不具備光源，利用被測物體發(fā)射的光的變化量進(jìn)行檢測的；利用自然光對光電開關(guān)的照射，物體遮蔽自然光產(chǎn)生的關(guān)變化量；光電開關(guān)自身具備光源，發(fā)射的光源對被檢測物體反射、吸收、和透射光的變化量進(jìn)行檢測。 本設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用為光電開關(guān)。 檢測電路設(shè)計(jì)中主要考慮電容的變化引起電路相應(yīng)頻率的變化，只要把頻率的變化檢測出來，就可以反應(yīng)電容變化快慢，而電容的變化，反應(yīng)了葉輪轉(zhuǎn)速的變化，從而反應(yīng)了流量的大小。作為上電極的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下電極時(shí)鐘不動(dòng)，因此相對面積發(fā)生改變，在間距、介質(zhì)材料都不變的情況下，電容跟著變，轉(zhuǎn)的越快，檢測電容變化越快。其工作原理是利用流體造成葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，流量的淮海工學(xué)院二 〇〇 九屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 共 40 頁 大小直接影響到葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，當(dāng)轉(zhuǎn)速和流量大小之間的對應(yīng)關(guān)系確定后，如果能檢測出轉(zhuǎn)速就能反映流量的大小。 葉輪式微流量傳感器圖 該 葉輪式流量傳感器是利用電容的變化來進(jìn)行流量檢測的非熱式微流量傳感器，其工藝 結(jié)構(gòu)如上圖所示。常用的葉輪式流量計(jì)有切