966-常規(guī)量檢測與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計

966-常規(guī)量檢測與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計,常規(guī),檢測,控制工程,專業(yè),綜合,實驗設(shè)計 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書11 前言 本實驗裝置為常規(guī)量檢測與控制的實驗裝置，它可以進(jìn)行流量、液位、溫度、壓力的檢測與控制 。為了體現(xiàn)專業(yè)特色本課題對 CAM3225 磨也進(jìn)行控制。本次課程設(shè)計大致可分為兩塊：其一、實驗裝置的工藝部分的設(shè)計及選型部分如泵、閥、液微計等的選型，我們都采用標(biāo)準(zhǔn)件，因這是實驗裝置所以要求所選的裝置都要盡量符合本實驗裝置的需要并配備齊全，為不久的將來能做出次實驗裝置做準(zhǔn)備。其二、實驗裝置的控制電路設(shè)計及軟件程序的設(shè)計。本課題來源于學(xué)校綜合實驗臺，其方案流程是用差壓變送器測量水槽液位，將測量值與給定值進(jìn)行比較得到偏差，調(diào)節(jié)器按次偏差發(fā)出控制命令，控制調(diào)節(jié)閥開度，達(dá)到使水槽液位控制在給定值上的目的。為了體現(xiàn)專業(yè)特色,又增加了對立磨的控制,立式磨的控制設(shè)計的方案流程主要是：物料由料倉經(jīng)喂料機(jī)送給 CKP 磨，經(jīng)過 CKP 磨磨出來的粗粉再次被送入磨內(nèi)進(jìn)行研磨，細(xì)粉被送出，送出的細(xì)粉被送到皮帶稱上，經(jīng)過皮帶稱稱重后，得到細(xì)粉的重量，這個數(shù)據(jù)被送入放大器、積分器運算后得到的數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來控制進(jìn)料量的多少。另外，磨輥上的力是通過液壓系統(tǒng)來控制的，而液壓系統(tǒng)也是由電路控制的。因在工業(yè)生產(chǎn)中，有很多像過熱蒸汽的溫度控制、污水廢液的酸堿度中和處理和貯藏液位控制等需要為學(xué)生提供一個研究次項目的實驗平臺，而設(shè)計了這個適用的液位平衡控制系統(tǒng)實驗裝置。而 CKP 預(yù)粉磨系統(tǒng)的突出特點是產(chǎn)量高、能耗小、工作性能穩(wěn)定。在生粉磨方面立磨和傳統(tǒng)球磨機(jī)已經(jīng)平分秋色，各占一半左右。但是在選用的立磨之中，目前約 80%是進(jìn)口的，而在進(jìn)口立磨之中，丹麥?zhǔn)访芩构镜?ATOX 型立磨則占有 70%以上的份額。預(yù)計到 2005 年我國水泥工業(yè) 2000/d,以上生產(chǎn)線選用生料立磨的比例將上升到 70%左右，其中國產(chǎn)立磨的份額也將增至 20%以上。另外，在水泥和煤的粉磨中，隨著人們認(rèn)知水平的提高，立磨的選用率必將有相應(yīng)的增長，特別是立式煤磨，已有基本適用的國產(chǎn)設(shè)備，尤應(yīng)采取積極態(tài)度，認(rèn)真推廣選用之。 本課題的基本條件是單回路液位控制系統(tǒng)方塊圖，其技術(shù)要求是工藝部分都用標(biāo)準(zhǔn)件、在控制部分要求用單片微機(jī)控制來設(shè)計電路編寫一套程序.實驗裝置的工藝部分的設(shè)計及選型、實驗裝置的控制電路設(shè)計及軟件程序的設(shè)計是要解決的主要問題。過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）22 國內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀進(jìn)入新世紀(jì)以來，自動化技術(shù)發(fā)展很快，并取得了驚人的成就，已成為國家高科技的重要分支。過程控制是自動化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，過程控制技術(shù)正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動條件、促進(jìn)環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。過程控制的發(fā)展與控制理論、儀表、計算機(jī)以及有關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密相關(guān)的，過程控制的發(fā)展大體上可以分為下表 2－1 所示的三個發(fā)展階段。70 年代以前可以看作是第一階段。表 2－1 階段過程控制的三個發(fā)展階段 70 年代以前 70～80 年代 90 年代控制理論 經(jīng)典控制理論 現(xiàn)代控制理論 控制論、信息論、系統(tǒng)論、人工只能等學(xué)科之間的交叉控制工具 常規(guī)儀表（電動、液動、氣動）分布式控制計算機(jī)（DCS）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制要求 安全、平穩(wěn) 優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗 市場預(yù)測、快速響應(yīng)、柔性生產(chǎn)、創(chuàng)新管理控制水平 簡單控制系統(tǒng) 先進(jìn)控制系統(tǒng) 綜合自動化（CIPS）這一時期應(yīng)屬于自動化孤島模式的階段，其控制目標(biāo)只能保證生產(chǎn)平穩(wěn)和少出事故。70～80 年代是發(fā)展的第二階段，分布式工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)（DCS）的出現(xiàn)為是先進(jìn)控制創(chuàng)造了條件，多變量預(yù)測控制等先進(jìn)控制方法的應(yīng)用，使控制達(dá)到了新的水平，在實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的控制目標(biāo)控制目標(biāo)方面前進(jìn)了一大步，值得指出的是在 70 年代中期，出現(xiàn)了現(xiàn)代控制理論是否適用于過程控制的困惑，這迫使人們?nèi)パ芯可a(chǎn)過程的特點與難點，以縮小理論與應(yīng)用之間的鴻溝。80 年代后期，工業(yè)控制中出現(xiàn)了多學(xué)科間的相互滲透與交叉，人工智能和智能控制受到人們的普遍關(guān)注，信號處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、通訊技術(shù)以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為實現(xiàn)高水平的自動控制提供了強有力的技術(shù)工具。過程控制開始突破自動化孤島傳統(tǒng)模式，采用 CIM 的思想和方法來組織、管理和指揮整個生產(chǎn)過程，出現(xiàn)了集控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理于一體的新模式。在連續(xù)工業(yè)中，也將這種模式稱為綜合自動化或CIPS（computer integrated processing systems）.可以看到，過程控制在這階段的目標(biāo)已從保持平穩(wěn)和少出事故轉(zhuǎn)向提高產(chǎn)品質(zhì)量、降耗節(jié)能、降低成本、減少污染，并最終以效益為驅(qū)動力來重新組織整個生產(chǎn)系統(tǒng)，最大限度地滿足動態(tài)多變市場的需求，提高產(chǎn)品的市場競爭力。當(dāng)前過程控制正處于第三個發(fā)展階段，并以前所未有的速度和規(guī)模飛速前進(jìn)。綜觀這一時期，可以歸納為如下三個主要特點。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書3a. 簡單控制向先進(jìn)控制發(fā)展早期的控制受經(jīng)典控制理論和常規(guī)儀表的限制，難以處理工業(yè)過程中存在的復(fù)雜性、耦合性、非線性等，只能按某種原則將復(fù)雜系統(tǒng)分解成若干相對獨立的單變量系統(tǒng)。這種簡單控制是一種分散自治控制。隨著企業(yè)提出的高效益、高柔性的要求，上述控制方式已不能適應(yīng)，先進(jìn)控制便應(yīng)運而生，先進(jìn)過程控制（ advanced process control ）是指一類在動態(tài)環(huán)境中，基于數(shù)學(xué)模型，借助充分的計算能力，為工廠獲得最大利潤而實施的運行和技術(shù)策略。這種新的控制策略實施后，系統(tǒng)運行在最佳工況，達(dá)到所謂的 “卡邊控制” 。據(jù)資料報道，一個乙烯裝置投資 163 萬美元實施先進(jìn)控制，完成后預(yù)期可獲得效益 600 萬美元/年。目前，國內(nèi)許多大企業(yè)均紛紛投資，在裝置自動化系統(tǒng)中實施先進(jìn)控制。b. 封閉的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向具有國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng)1975 年 Honeywell 公司推出第一臺分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS） ，實現(xiàn)了分散、監(jiān)控視集中的功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性，為連續(xù)工業(yè)自動化建立了豐功偉績。但是 DCS 的一個致命弱點就是封閉性。隨著綜合自動化的潮流和計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)isher-Rosemount,Honeywell 等歐美十余家公司經(jīng)過激烈的競爭，最后終于連手，將共同推出一種國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線（fieldbus）控制系統(tǒng)，它被公認(rèn)為具有時代特點的新一代分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著控制工具的又一次重大變。它的主要特點為：開放性、只能化現(xiàn)場儀表、數(shù)字信號傳輸、徹底分散性。c. 單一控制系統(tǒng)向綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展本質(zhì)上講，工業(yè)企業(yè)自動化在 90 年代以前仍是自動化孤島模式。進(jìn)入 90 年代，國內(nèi)外企業(yè)界在國際市場劇烈競爭的刺激下，已把注意力轉(zhuǎn)移到節(jié)能降耗、少投入多產(chǎn)出的高效生產(chǎn)模式上。企業(yè)開始把提高綜合自動化水平作為快速挖潛增效、提高競爭能力的重要途徑。集常規(guī)控制、先進(jìn)控制、在線優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理、經(jīng)營決策等功能于一體的綜合自動化成了當(dāng)前自動化發(fā)展的趨勢。有一種煉油廠的綜合自動化模式。在整個系統(tǒng)中，信息是由底層不斷經(jīng)過加工處理向上層傳遞，而各種指令也由最高層逐級分解，以指令形式向下層傳遞。每個層次的運行周期不等，從底層向上，以秒、分、時、日、旬，乃至月、季來計算。這種遞階系統(tǒng)，把全廠各層控制功能與企業(yè)管理相結(jié)合，實現(xiàn)從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠的全部控制與分布式數(shù)據(jù)庫的支持下，實現(xiàn)信息與功能的集成，進(jìn)而實現(xiàn)充分調(diào)動人的因素的經(jīng)營系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)及組織系統(tǒng)（ humanware ）的集成，最終形成一個能適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場需求多變性的全局最優(yōu)的高質(zhì)量、高柔性、高效益的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。這就是 CIM 思想在連續(xù)工業(yè)中的體現(xiàn)。據(jù)報道，國外目前約有 100 個煉油廠和化工廠企業(yè)在建立一體化信息系統(tǒng)，在歐洲有 13 家煉油廠、北美至少有 15 家煉油廠、遠(yuǎn)東和澳洲有 14 家煉油廠正在實施 CIM 計劃。她們的基本思想都是集控制、優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、計劃排產(chǎn)和優(yōu)化決策于一體，以達(dá)到節(jié)能降耗、提高產(chǎn)量和質(zhì)量、增加產(chǎn)品市場競爭能力的最終目標(biāo)。有關(guān)統(tǒng)計資料也已經(jīng)表明了綜合自動化的重要作用。我國在連續(xù)工業(yè)方面，自 1990過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）4年開始，已進(jìn)行了一些綜合自動化試點。近年來，連續(xù)工業(yè) CIM 已列入國家科委863CIMS 典型應(yīng)用工程和國家計委“八五” 、 “九五”攻關(guān)任務(wù)?？梢灶A(yù)料，綜合自動化的實施和發(fā)展將給國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是一個十分誘人的發(fā)展方向。實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化對于發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)、提高技術(shù)水平有著十分重要的意義。 當(dāng)前，一項在今后幾年內(nèi)可能大大改變過程控制系統(tǒng)面貌的新技術(shù)－現(xiàn)場總線正處于迅速發(fā)展中。這是用于現(xiàn)場儀表與控制室之間的全數(shù)字化、雙向、多站的通迅系統(tǒng)。通迅總線地直延伸到現(xiàn)場儀表，使得許多現(xiàn)場儀表可以在同一總線上進(jìn)行雙向多信息數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線用全數(shù)字化、雙向、多站的通迅方式來替代目前使用的 4－20ma 單變量單向模擬傳輸方工式。隨著這一技術(shù)的不斷完善，一種更高層次的自控技術(shù)－工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)也將逐步應(yīng)用于工廠或工藝流程的過程控制系統(tǒng)。就目前該課程的教學(xué)來看，大部分內(nèi)容還處在 80 年代以前的水平，嚴(yán)重地落后于當(dāng)代過程控制技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，另外我國的工業(yè)過程控制仍處在經(jīng)典過程控制和程序化、數(shù)字化的數(shù)字處理技術(shù)并存的局面，過程控制裝置及儀表工業(yè)還處于較落后狀態(tài)，且與世界先進(jìn)水平的差距越來越大。為能訪問到所有現(xiàn)場設(shè)備的信息，而不一定要到集中的控制室才能獲得。工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)包括三個組成部分，即符合現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的智能現(xiàn)場設(shè)備、規(guī)格可變的控制的管理技術(shù)水平臺以及集成的模塊化軟件。可以用工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)裝備整個工廠，也可從一臺設(shè)備或幾個回路開始，然后再方便地擴(kuò)充規(guī)模。容易想象，未來的控制系統(tǒng)，是用控制器用戶操作站、PL和軟件將所有現(xiàn)場設(shè)備的功能更方便地集成在一起的控制系統(tǒng)。實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化對于發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)、提高技術(shù)水平有十分重要的意義。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書53 總體方案設(shè)計3.1 實驗裝置介紹控制技術(shù)基本實驗裝置為液位自控實驗裝置，它可以進(jìn)行壓力、溫度、流量、液位等多種控制系統(tǒng)內(nèi)容的實驗。今后的控制系統(tǒng)實驗都將在實驗裝置進(jìn)行。實驗將工藝裝置部分的測量信號直接送到計算機(jī)的信號調(diào)理板，儀表的電源、D/A、計算機(jī)電源、水泵的按鈕開關(guān)、信號燈等設(shè)備，組裝成一個電控箱，該電控箱安裝在工藝裝置部分中部。圖 3-1 實驗裝置工藝流程圖圖 3-1 中有三只水槽。其中槽 1、槽 2 為被控對象。它們的液位高度 L1 及 L2分別通過兩臺差壓變送器測出，槽 3 為儲槽，是為了構(gòu)成水的循環(huán)而設(shè)置的。儲槽3 中的水通過水泵 1 或 2 抽出，經(jīng)孔板和控制閥后送入槽 1 或 2（視手動閥 1.2.3.4的開閉而定） ，兩路水管中的水流量大小分別通過各自的變壓器（與孔板配合）回到儲槽 3 中，這樣對水來說始終處于循環(huán)狀態(tài)。本實驗裝置除比值實驗外，一般情況下，所在的管道為主物料管道，F(xiàn)2 管線則專供作為加干擾用。3.2 單回路反饋控制電路基本原理過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）6圖 3-2 控制系統(tǒng)方塊圖本實驗裝置中的液位控制系統(tǒng)為單回路控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)方塊圖如 3-2 所示：單回路控制系統(tǒng)是指只有一個測量變送器；一個調(diào)節(jié)器；一個調(diào)節(jié)閥連同被控過程。對一個被控參數(shù)進(jìn)行控制的反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，易于調(diào)整和投運，又能滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求，因此應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于被控過程的純時延和慣性小，負(fù)荷和擾動變化比較平緩，或者對被控質(zhì)量要求不太高的場合。單回路控制系統(tǒng)雖然簡單，但是，它的分析、設(shè)計方法是其他各類復(fù)雜控制系統(tǒng)分析、設(shè)計的基礎(chǔ)。所以，掌握了單回路控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計方法，就不難設(shè)計其他更為復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)。3.3 工藝方案的擬定3.3.1 實驗裝置的工藝部分設(shè)計方案根據(jù)實驗裝置的需要選擇水泵、水管、水龍頭、電動執(zhí)行器，根據(jù)水泵的流量特性選選擇水槽的材料和尺寸，再根據(jù)水槽的尺寸選擇傳感器的類型和尺寸和液位計，估算控制柜的尺寸，再綜合各個元件大體定整體框架尺寸。最后設(shè)計控制箱。磨的部分：物料由料倉經(jīng)喂料機(jī)送給 CKP 磨，經(jīng)過 CKP 磨磨出來的粗粉再次被送入磨內(nèi)進(jìn)行研磨，細(xì)粉被送出，送出的細(xì)粉被送到皮帶稱上，經(jīng)過皮帶稱稱重后，得到細(xì)粉的重量，這個數(shù)據(jù)被送入放大器、積分器運算后得到的數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來控制接觸器 CR 的動作以實現(xiàn)整個電路的控制。另外，磨輥上的力是通過液壓系統(tǒng)來控制的，而液壓系統(tǒng)也是由電路控制的。關(guān)鍵是設(shè)計的整個系統(tǒng)是用接觸繼電器控制了還是用 PLC 控制了，前者控制線路復(fù)雜，價格比較便宜，但控制不夠穩(wěn)定，后者是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上正在使用的控制元件，控制精度高，性能穩(wěn)定，使用壽命長，但價錢比較貴考慮了方方面面，我決選定用 PLC 控制系統(tǒng)。3.3.2 實驗裝置的控制部分設(shè)計方案磨機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動由電機(jī) M1 拖動，磨機(jī)主軸轉(zhuǎn)動不需要正反轉(zhuǎn)控制。但電機(jī) M1的功率很大由于磨盤需承受很大的壓力，壓力大了，電機(jī)的工作電流也會增大，所以要防止電機(jī)燒壞，在電路中加入過電流繼電 ；另外，主電機(jī)的運轉(zhuǎn)要考慮的另一個大的問題，這么大的電機(jī)的啟動電流很大，所以要用減壓啟動回路。在粉磨過程中要考慮的問題，防止一些堅硬的異物進(jìn)入磨內(nèi)，如有這種現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)使主電機(jī) M1 立即停止轉(zhuǎn)動，而且壓力立即降低，以免傷到整個磨機(jī)系統(tǒng)。磨盤的轉(zhuǎn)動是Y180M-2,Y 系列（IP44）封閉式三相異步電機(jī)帶動的，我這里采用的星型—三角形減壓起動，這種方式的起動電流只有 正常工作的 1/3 扭矩是正常工作時的 1/ ，3能夠很好的保護(hù)電路。入磨輸送部分主要應(yīng)考慮選哪種方式給磨機(jī)喂料，考慮到產(chǎn)量和磨機(jī)的效率，還有成本費用，所以用電子皮帶稱給它喂料，通過電子皮帶稱上鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書7的喂料機(jī)的控制壓力。液壓系統(tǒng)的繼電接觸控制是立磨系統(tǒng)中的一全重要部分，只能對液壓系統(tǒng)如何對磨盤進(jìn)行壓力控制的還有其它一些輔助功能。液壓系統(tǒng)中的液壓泵是由電動機(jī)帶動，直接全壓起動。當(dāng)電動機(jī)帶動液壓泵時該系統(tǒng)向液壓缸供油，隨著時間的延長，缸里壓力越來越大，加在磨盤上的力也越來越大，二個缸的動作基本一致的，當(dāng)缸內(nèi)壓力達(dá)到壓力繼電器的上限時，主液壓泵供油結(jié)束 Y12-，換向閥 6 處于中位，二位二通電磁換向閥 Y14+、Y 15+使系統(tǒng)保壓，但由于實際情況中，系統(tǒng)中的任何液壓元件都要有泄漏，使系統(tǒng)中的壓力逐漸下降，當(dāng)下降到壓力繼電器下限時，泵8、9 又都開始工作，使系統(tǒng)中的壓恢復(fù)，當(dāng)達(dá)到壓力繼電器的上限時，泵 8、9 都停止工作，就這樣循環(huán)的為缸保壓，它們的電機(jī)都用全壓啟動，用熔斷器、熱繼電器對電路保護(hù)。 電氣控制箱置于專門的操作室。民器板與控制板之間，以及電控箱與執(zhí)行系統(tǒng)之間的連接，采用接線板進(jìn)出線方式。根據(jù)實驗需要初步選擇單片機(jī)、鍵盤、顯示器、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、放大電路的選擇，畫出電路圖，在編寫程序，最后上機(jī)調(diào)試。其控制思路為：打開水泵、水龍頭 1 及水龍頭 3。將液位變送器測量的液位經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)控制系統(tǒng)。將此信號與鍵盤設(shè)定值進(jìn)行比較。單片機(jī)控制系統(tǒng)輸出差值信號，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換、電壓/電流轉(zhuǎn)換后控制電動執(zhí)行器的開閉，從而實現(xiàn)液位的平衡。電機(jī)、電器的絕緣，導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時，都可能造成短路事故。很大的短路電流和電動力可能使電器設(shè)備損壞或發(fā)生更嚴(yán)重的后果，因此要求一旦發(fā)生短路故障時，控制線路能迅速地切除電源的 保護(hù)叫短路保護(hù)。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和短路器等。其保護(hù)原理及保護(hù)元件的選擇方法、短路器的整定要求。 電動機(jī)長期超載運行，繞組溫升將超過其允許值，造成絕緣材料變脆，壽命縮短，嚴(yán)重時還會使電動機(jī)損壞。過載電流越大，達(dá)到允許溫升的時間就越短。常用的過載保護(hù)元件是熱繼電器。由于熱慣性的原因，熱繼電器不會受電動機(jī)短時過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬間動作，所以在使用熱繼電器作過載保護(hù)的同時，還必須有短路保護(hù)。作短路保護(hù)的熔斷器熔體的額定電流不能大于 4 倍熱繼電器發(fā)熱元件的額定電流。過電流保護(hù)廣泛用于直流電動機(jī)或繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。對于三相籠型異步電動機(jī)，由于其短時過電流不會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，故可不設(shè)置過電流保護(hù)。過電流電流保護(hù)往往由于不正確的起動和過大的負(fù)載引起的，一般比短路電流要小，在電動機(jī)運行中產(chǎn)生過電流比發(fā)生短路的可能性更大，尤其是在頻繁正反轉(zhuǎn)動的重復(fù)短時工作制電動機(jī)更是如此。直流電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)控制線路中，過電流繼電器也起著短路保護(hù)的作用，一般過電流的動作值為起動電流的 1.2 倍。必須強調(diào)指出，短路、過載、過電流保護(hù)雖然都是電流型保護(hù)，但由于故障過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）8電流、動作值以及保護(hù)特性、保護(hù)要求以及使用元件的不同，它們是不能互相取代的。3.4 CKP 磨液壓系統(tǒng)的分析調(diào)壓回路的功用在于調(diào)定或限制液壓系統(tǒng)的最高工作壓力，或者使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作過程不同階段實現(xiàn)多級壓力變換。一般由溢流閥來實現(xiàn)這一功能。如圖 3－2 為最基本的調(diào)壓回路。當(dāng)改變節(jié)流閥 2 的開口來調(diào)節(jié)液壓缸速度時，溢流閥 1 始終開啟溢流，使系統(tǒng)工作壓力穩(wěn)定在溢流閥 1 調(diào)定壓力附近，溢流閥 1 作定壓閥用。若系統(tǒng)中無節(jié)流閥，溢流閥 1 則作安全閥用，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力達(dá)到或超過溢流閥調(diào)定壓力時，溢流閥開啟，對系統(tǒng)起安全保護(hù)作用。如果在先導(dǎo)型溢流閥 1 的遙控口上接一遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 3，則系統(tǒng)壓力可由閥3 遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制。主溢流閥的調(diào)定壓力必須大于遠(yuǎn)程調(diào)壓閥的調(diào)定 圖3-2 調(diào)壓回路壓力。在 CKP 磨的液壓系統(tǒng)中沒有節(jié)流閥，溢流 閥只是起安全保護(hù)作用。卸載回路是在系統(tǒng)執(zhí)行元件短時間不工作時，不頻繁啟停驅(qū)動泵的原動機(jī)，而使泵在很小的輸出功率下運轉(zhuǎn)的回路。因為泵的輸出功率等于壓力和流量的乘積，因此卸載的方法有兩種，一種是將泵的出口直接接回油箱，泵在零壓或接近零壓下工作，一種是使泵在零流量或接近零流量下工作。前者稱為壓力卸載，后者稱為流量卸載。當(dāng)然，流量卸載僅適合于變量泵。定量泵可借助M 型、H 型或 K 型換向閥中位機(jī)能來實現(xiàn)泵降壓卸載，如圖 3－3。因回路需保持一定控制壓力以操縱液動元件，在回油路上應(yīng)安裝背壓閥 a。該液壓回路是用在主回路 圖 3-3 卸載回路中，對整個系統(tǒng)起卸載作用。右圖 3－4 中的是采用二位二通電磁閥控制先導(dǎo)行溢流閥的卸載回路。當(dāng)先導(dǎo)型溢流閥 1 的遙控口通過二位二通電磁閥 2 接通油箱時，泵輸出的油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱，實現(xiàn)卸載。為防止卸載或升壓時產(chǎn)生壓力沖擊，在溢流閥遙控口與電磁閥之間可設(shè)置阻尼 b。這鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書9個回路的應(yīng)用主要考慮保壓和停止工作時設(shè)計的，當(dāng)系統(tǒng)處于保壓時，電磁鐵失電，油路截至；當(dāng)液壓缸不工作時，這時活塞桿要退回，換向閥電磁鐵得電，油液可以從該回路流油 圖 3-4 電磁閥箱。這里我要介紹的是保壓回路，這個回路在我的設(shè)計系統(tǒng)中起著很重要的作用，在我的設(shè)計系統(tǒng)中它是我的整個液壓系統(tǒng)的主干回路我只介紹我用到的自動補油保壓回路。 右圖 3－5 中在回路中增設(shè)了一臺小流量高壓泵 5。當(dāng)液壓缸加壓完畢要求保壓時，有壓力繼電器 4 發(fā)訊，換向閥 2 處于中位，主泵 1 卸載；同時二位二通換向閥 8 處于左位，由輔助泵 5 向封閉的保壓系統(tǒng) a 點供油，維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。由于輔助泵只需補償系統(tǒng)的泄露量，可選用小流量泵，功率損失小。壓力穩(wěn)定性取決于溢流閥 7 的穩(wěn)定性能。CKP 磨的液壓系統(tǒng)中主要采用類是該回路的思想，用小流量高壓泵 5 來保壓。 圖 3-5 卸載回路過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）10壓 頭 H排 出 量 Q4 實驗裝置的工藝部分設(shè)計及設(shè)備選型4.1 水泵的選擇圖 4-1 離心泵特性曲線水泵用來整個系統(tǒng)的供水，管道式結(jié)構(gòu)安裝。本實驗的循環(huán)介質(zhì)采用清水，管路直徑為 10mm，實驗臺采用丹麥格蘭富 UPA-90AUTO 型單級循環(huán)水泵。噪音低，不會影響教師授課。壽命長，減少使用的麻煩。泵可以分為離心泵和容積泵兩大類；容積泵有往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵之分，在石油、化工等生產(chǎn)過程中，離心泵的使用最為廣泛。離心泵主要由葉輪和機(jī)殼組成，葉輪在原動機(jī)的帶動下作高速旋轉(zhuǎn)運動。離心泵的出口壓頭由旋轉(zhuǎn)葉輪作用于液體而產(chǎn)生離心力，轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，壓頭也越高，因離心泵的葉輪與機(jī)殼之間存在空隙，所以當(dāng)泵的出口閥完全關(guān)閉時，液體將在泵內(nèi)循環(huán)，泵的排量為零，壓頭接近最高值。此時對泵所做的功被轉(zhuǎn)化為熱能向外散發(fā)，同時泵內(nèi)液體也發(fā)熱升溫，故離心泵的出口閥可以關(guān)閉，但不宜處于長時間關(guān)閉狀態(tài)。隨著出口閥的逐步開啟，排出量也隨之增大，而出口壓力將慢慢下降；泵的壓頭 H，排量 Q 和轉(zhuǎn)速 n 之間的函數(shù)關(guān)系，稱為泵的特性，如圖 4-1：離心泵的特性；由[10]H=R1n2-R2Q2 （4－1）式中 R1、R2 為比例常數(shù)。泵是安裝在工藝系統(tǒng)的管路上運行的，因此要分析泵的實際排量與出口壓頭，除了與泵本身的特性有關(guān)外，也要考慮到與其連接的管路特性，所以有必要對管路鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書11特性作一些分析。管路特性就是管路系統(tǒng)中流體流量與管路系統(tǒng)阻力之間的關(guān)系。通常管路系統(tǒng)的阻力包含四項內(nèi)容。四項阻力分別如下：a. 管路兩端的靜壓差引起的壓頭 hp：由[10]hp= （4－2）gP?12?式中 P1、P2 分別是管路系統(tǒng)的入口與出口處的壓力。 為流體密度，g 為?重力加速度。由于工藝系統(tǒng)在正常操作是 P1、P2 基本穩(wěn)定，所以這項也是比較穩(wěn)定的。b. 管路兩端的靜液柱高度 HL，即升揚高度。在實際工藝系統(tǒng)中，管路和設(shè)備安裝就緒后，這項將是恒定的。c. 管路中的摩擦損失壓頭 hf。hf 與流量的平方值近似成正比例關(guān)系。d. 控制閥兩端節(jié)流損失壓頭 hV 。在閥門開度一定時，hV 也與流量的平方值成正比關(guān)系，當(dāng)閥門的開度變化時，hV 也跟著變化。管路總阻力為 HL，則：HL=hp+HL+hV+hf （4－3）上式即為管路特性表達(dá)式。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時，泵的壓頭 H 必然等于 HL，這是建立平衡的條件，上圖中泵的特性曲線與管路特性曲線的交點 C，即是泵的一個平衡工作點。工作點 C 的流量應(yīng)符合工藝預(yù)定的要求，可以通過改變 hV 或其它的手段來滿足這一要求，這也是離心泵的壓力（流量）的控制方案的主要依據(jù)。先對整個實驗裝置進(jìn)行估計，再選擇適合此裝置的水泵確定其參數(shù)所以我選擇凱節(jié)理公司的 CP 系列清水泵CP 系列清水泵是屬于電機(jī)與水泵直聯(lián)的漩渦電泵，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，具有較高的揚程，流量相對較小，適合輸送溫度不超過 80'C 的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的液體。適用于家庭水井的抽水、汽車沖洗、噴泉供水、花園灌溉等場合。其參數(shù)如表 4-1：表 4-1 水泵參數(shù)功 率型 號 機(jī)座號W HP最大流量(L/min)最大揚程(m)最大吸程(m)轉(zhuǎn) 速(r.p.m)管 徑(mm)凈重(Kg) 外形尺寸(mm)CP-45 63 125 0.17 35 30 9 2850 25X25 5 262X137X1524.2 水管的選擇根據(jù)所選離心泵口徑的大小，可以選擇直徑 25mm 壁厚為 1mm 的不銹鋼水管過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）12不銹鋼水管參數(shù)如表 4-2 所示表 4-2 水管參數(shù)產(chǎn)品名稱 公稱直徑（mm） 產(chǎn)品代碼 壁厚（mm）15 001500 0.820 00200025 002500132 00320040 00400050 0050001.265 00650080 008000100 0100002150 015000 2.5不銹 鋼水 管00200 020000 34.3 水龍頭的選擇水龍頭主要是根據(jù)所選水管的直徑來選擇。由于選擇的是直徑 25mm 的水管，所以水龍頭與水管的配合端的口徑也為 25mm。由于水龍頭沒什么講究所以選擇普通水龍頭所以選擇了型號為 YW1001 的水龍頭，該水龍頭表面鍍鉻,螺紋為 1/2,重為195g。4.4 流量計的選擇在選擇流量計時，不是從管道口徑或管內(nèi)流速出發(fā)的而是將液體、氣體或蒸汽換算成與水或空氣相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)流量，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)流量值從說明書中選擇適當(dāng)?shù)目趶?。管道口徑最好與流量計口徑相同，當(dāng)有差異時，應(yīng)配用異徑管。本實驗選用LZD 型電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計，本流量計的配套儀表是輸入信號范圍為 0－10MA。4.5 各種按鈕的選擇按鈕的選擇依據(jù)主要是根據(jù)需要的觸電對數(shù)，動作要求是否需要帶指示燈，使用場合以及顏色等要求。刀開關(guān)主要用于接通和切斷長期工作設(shè)備的電源及不經(jīng)常起動及制動、容量小于 7.5KW 的異步電動機(jī)。選擇它的依據(jù)主要根據(jù)電源種類、電壓等級、短流容量及需要極數(shù)。當(dāng)用刀開關(guān)來控制電動機(jī)時，其額定電流要大于電鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書13動機(jī)額定電流的 3 倍 。組合開關(guān)的選擇依據(jù)是電源種類、電壓等級、櫥頭數(shù)量。當(dāng)采用組合開關(guān)來控制 5KW 以下小容量異步電動機(jī)時其額定電流一般為（1.5~2.5） IN，接通次數(shù)小于（15~ 20）次/h，常用的組合開關(guān)為 HZ10 系列。 4.6 接觸器的選擇接觸器分直流和交流兩大類，交流接觸器主要有 CJ0 及 CJ10 系列。在一般情況下，交流接觸器的選用主要依據(jù)是接觸器主觸頭的額定電壓、電流要求，輔助觸頭的種類、數(shù)量及其額定電流，控制線圈電源種類、頻率與額定電壓，操作頻繁程度負(fù)載類型等因素。具體做法如下：a. 主觸頭的額定電流應(yīng)大于、等于負(fù)載電流，對于電動機(jī)負(fù)載可按下面經(jīng)驗公式計算主觸頭電流 IN：由［ 7］IN= kUP310?（4－4）式中，P N為控制電動機(jī)額定功率（KW） ；U N為電動機(jī)額定線電壓（V） ；k 為經(jīng)驗系數(shù)取 1~1.4。在選用接觸器額定電流應(yīng)大于計算值，按被控制電動機(jī)的容量進(jìn)行選取。b. 主觸頭額定電壓 應(yīng)大于控制線的額定電壓。Nc. 接觸器觸電數(shù)量、種類應(yīng)滿足控制需要，當(dāng)輔助觸電的對數(shù)不能滿足要求時，可用增設(shè)中間繼電器方法來解決。d. 接觸器控制線圈的電壓種類與電壓等級應(yīng)根據(jù)控制線路要求選用。簡單控制線路可直接選用 380V、220V。線路復(fù)雜，使用電器較多時，應(yīng)選用 127V、110V或更低的控制電壓。4.7 繼電器的選擇a.中間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器的選擇依據(jù)主要是：被控制或被保護(hù)對象的特征，觸頭的種類、數(shù)量、控制電路的電壓、電流、負(fù)責(zé)性質(zhì)等因素。線圈電壓、電流應(yīng)滿足控制線路的要求。如果控制電流超過繼電器觸頭額定電流，可將觸頭并聯(lián)使用也可以采用觸頭串聯(lián)使用方法來提高觸頭的分短能力。b.時間繼電器選用時應(yīng)考慮延時方式、延時范圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價格等因素。c.熱繼電器發(fā)熱元件額定電流，原則上按被控制電動機(jī)的額定電流選取，并依此選擇發(fā)熱元件編號和一定的調(diào)節(jié)范圍。4.8 熔斷器的選擇電流是選擇熔斷器的關(guān)鍵，它與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)密切相關(guān)。對于負(fù)載平穩(wěn)、無沖擊電流，而對于像電動機(jī)一類有沖擊負(fù)責(zé)，熔體額定電流可按下式計算值選取。單臺電動機(jī)長期工作：由［7］ 過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）14IR=（1.5~2.5）I N （4－5）多臺電動機(jī)長期共用一個熔斷器保護(hù)：由［7］IR=（1.5~2.5 ）I Nmax+∑I N （4－6）式中，I Nmax 為容量最大一臺電動機(jī)的額定電流；∑I N 是除容量最大的電動機(jī)之外，其余電動機(jī)額定電流之和。4.9 傳感器的選擇我選擇的是投入式壓力傳感器其原理如下：鋼弦固定在上下夾塊之間，弦中央固定一塊純鐵，靠近純鐵安裝磁鋼和線圈，下夾塊固定在膜片上。當(dāng)有一脈沖電流流過線圈時，純鐵塊由于被電磁力吸引，當(dāng)脈沖電消失后，純鐵塊連同鋼弦在初始張力的作用下產(chǎn)生機(jī)械振動，引起線圈中的磁通量變化，從而在線圈中感應(yīng)產(chǎn)生周期變化的電動勢并以交流電信號的形式從線圈兩段輸出。由于弦的機(jī)械能耗損和磁鋼及線圈的電磁能量損耗，使振幅逐漸減小，但頻率可看成不變。當(dāng)外界壓力作用于膜片時，膜片中心發(fā)生變形，從而導(dǎo)致弦的張力發(fā)生了變化，這是鋼弦在電脈沖作用下，振動的頻率亦發(fā)生變化，輸出電信號的頻率也發(fā)生相應(yīng)的變化，將傳感器和二次儀表及微機(jī)系統(tǒng)連接，就可以進(jìn)行壓力測量如圖 4－2：圖 4-2 投入壓力傳感器原理圖4.10 電動執(zhí)行器的選擇根據(jù)實驗裝置需要我選擇 DJK 型角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)4.10.1 用途DKJ 型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是 DDZ-II 型電動單元組合式檢測調(diào)節(jié)儀表中的執(zhí)行單元。它以電源為動力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號 0-10mA（直流） ，將此轉(zhuǎn)變成與輸入信號相鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書15對應(yīng)的轉(zhuǎn)角位移，自動地操縱風(fēng)門擋板、閥門，完成自動調(diào)節(jié)任務(wù)，廣泛用于發(fā)電、冶金、石油、化工、輕工業(yè)等部門。使用 DKJ 型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，配用 DFD-09 型電動操作器，可實現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動和自動無擾動的切換。4.10.2 型號DKJ-210 出軸力矩：100N.m出軸每轉(zhuǎn)時間：100S供電電源：單相 VAC消耗功率：20W重量：31Kg4.10.3 主要技術(shù)性能輸入信號 0-10mA DC 回差 ≤1.5%出軸力矩 100N.m 純滯后 ≤1S出軸每轉(zhuǎn)時間 100S 電源電壓 220V 50Hz出軸有效位移 0-90°（轉(zhuǎn)角） 使用環(huán)境溫度輸入電阻 200 歐 伺服放大器 0-+50℃輸入通道 3 個互相隔 執(zhí)行機(jī)構(gòu) -10-+55℃死區(qū) ≤3% 使用環(huán)境濕度 伺服放大器 ≤85執(zhí)行機(jī)構(gòu) ≤95%4.10.4 工作原理DKJ 型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用一個單相伺服電動機(jī)為原動機(jī)的位置伺服機(jī)構(gòu)，其系統(tǒng)方塊如圖 4－3 下：ZPE——伺服放大器SD——單相伺服電動機(jī)WF——位置發(fā)送器J——減速機(jī)DJD——電動操作器過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）16圖 4-3 DKJ 型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方塊圖4.11 CPU 的選擇因為選擇單片機(jī)來實現(xiàn)這次實驗裝置的自動控制，所以選擇芯片很重要。這里選擇的是 51 系列的 CPU51 子系列的主要功能有：8 位 CPU；片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率范圍為 1.2-12MHz；可有時鐘輸出；128 個字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器（8031 無） ；趁許存儲器的尋址范圍為 64K 字節(jié)；21 個字節(jié)專用寄存器；4 個 8 位并行 I/O 接口，可多機(jī)通信；2 個 16 位定時器/計數(shù)器；中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級；111 條指令，含乘法指令和出發(fā)指令；有強的位尋址、位處理能力；片內(nèi)采用但總線結(jié)構(gòu)；用單一+5V 電源。52 子系列單片機(jī)與 51 子系列單片機(jī)的不同在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器增至 256 個字節(jié)；片內(nèi)程序存儲器增至 8KB（8032 無） ；有 3 個 16 位定時器/計數(shù)器；有 6 個中斷源。其他性能均與 51 子系列相同。這樣看來 52 系列的單片機(jī)的功能在某些方面比 51 子系列強的多，但是由于這里的實驗裝置所需要的只要 51 子系列的就足夠了所以選擇 51 子系列的單片機(jī)。51 子系列的單片機(jī)可分 8031、8051、和 8751 三種機(jī)型，8031 內(nèi)無程序存儲器；8051 內(nèi)有 4k 字節(jié)的掩膜程序存儲器；8751 內(nèi)有 4k 字節(jié)的 EPROM。這三種芯片沒有多少本質(zhì)的區(qū)別，它們所代表的是三個不同的版本。8051 是目前最流行的 51 系列單片機(jī)芯片：8 位 CPU、128B RAM、4KB ROM、23個特殊寄存器、4 個 8 位并行口、1 個全雙工串行口、2 個 16 位定時/計數(shù)器。8751：僅僅是將 8051 的 4KB ROM 改為 4KB EPROM。8031：與 8051 相比較，不含有 ROM，算不上是完整的單片機(jī)。一旦使用，就需要擴(kuò)展 ROM，比較麻煩。 并且市場上這種單片機(jī)漸漸被淘汰。所以根據(jù)實驗裝置的需要這里選擇的是 89C51 的單片機(jī)。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書17作為 CPU 的芯片選擇 AT89C51：帶有 4K 字節(jié)閃速存儲器的 8 位微控制器AT89S51 這是一個帶有 4K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器的低功能，高性能的CMOS8 位控制器，它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 80C51 的指令設(shè)置和管腳輸出相兼容。它可以與MSC-51 產(chǎn)品兼容；具有 4K 字節(jié)內(nèi)部可編程閃速存儲器；它可以進(jìn)行 1000 次寫/擦除；它的數(shù)據(jù)可保持 10 年；它的 2 髖工作電壓范圍為 2.7-6V；它的全靜態(tài)工作時的頻率為 0HZ-16MHZ；它具有三級程序存儲鎖存；它有 32 根可編程 I/O 接口線；它有 2 個 16 位定時/記數(shù)器；有 5 個中斷源；有可編程串行口；有低功率休眠和功率下降模式；其極限參數(shù)為：工作環(huán)境溫度范圍：-55℃-125℃存儲溫度：-65℃-150℃與地相連任一腳電壓-1.0-7.0V最大工作電壓：6.6VA直流輸出電壓：5.0MA4.12 如何根據(jù)控制要求選擇 PLC 機(jī)型如何根據(jù)控制要求來選擇機(jī)型是使用可編程控制器的很重要的一步，在選擇PLC 時，根據(jù)自己的需要，既不能選擇比實際運用多的多的點數(shù)，也不能使點數(shù)不夠用，F(xiàn)X 2N 系列每一種都有它的擴(kuò)展模塊，要盡可能充分利用。在選擇時考慮到以下幾點就可以了。a.分析系統(tǒng)類型是屬于單位控制對象的小系統(tǒng)，還是慢過程大系統(tǒng)，或者實時控制快速系統(tǒng)等。工業(yè)現(xiàn)場對控制器響應(yīng)速度有何要求。b.有多少點開關(guān)量輸出，是直流電壓輸入還是交流電壓輸入，電壓分別為多c.有多少點開關(guān)量輸出，采用何種輸出方式，常用的輸出方式有繼電器輸出、雙向晶閘管輸出及晶體管輸出等方式。輸出功率分別為多大。d.有多少模擬量輸入和多少模擬量輸出，各自的精度要求為多少，采樣的速率要求有多高。e.需否擴(kuò)展配置，若需擴(kuò)展配置，是采用本地擴(kuò)展配置，還是采用遠(yuǎn)程擴(kuò)展配置，或者二者都要；若有遠(yuǎn)程擴(kuò)展配置，是接終端還是接模塊。f.是否有特殊控制要求，如高速計數(shù)器、位控及運動控制單元、溫度單元、凸輪定位器、PID 單元、語音單元等。g.是否有通信及組網(wǎng)的要求，通信及聯(lián)網(wǎng)打算采用何種方式。不同廠家的設(shè)備是否兼容，比如：要選擇的 PLC，其通信及網(wǎng)絡(luò)是否支持已選擇好的智能裝置等。h.對于可靠性要求有多高，需否冷備份或熱備份。i.控制機(jī)房與工業(yè)現(xiàn)場是分開還是一起。j.輸入、輸出單元及內(nèi)存容量等應(yīng)考慮一定的冗于配置，以備以后的擴(kuò)展。4.13 選擇單片機(jī)的理由近幾十年來，單片機(jī)在生產(chǎn)過程控制、自動檢測、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計算、過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）18商業(yè)管理和辦公自動化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價格低、可靠性高、靈活通用等優(yōu)點，因此在各種專業(yè)控制中也得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它已經(jīng)滲透到了諸多學(xué)科和各種領(lǐng)域乃至人們生活的方方面面。單片機(jī)在各個技術(shù)領(lǐng)域中的迅猛發(fā)展，與單片機(jī)所構(gòu)成的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的特點有關(guān)：單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)具有較強的可靠性；系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置比較典型而規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)；由于構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)是一個計算機(jī)系統(tǒng)，相當(dāng)多的測控功能由軟件實現(xiàn)，故具有柔性特點；有優(yōu)異的性能價格比。機(jī)等等！而其中 8 位單片機(jī)又有很多派別，在中國主流分為：PIC、MCS51、AVR 等等！自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了近 20 年的發(fā)展路程。縱觀 20 年來單片機(jī)發(fā)展里程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的發(fā)展趨勢。4.13.1 單片機(jī)壽命長這里所說的長壽命分兩個方面:一方面指用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作 10 年，20 年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，MPU 更新?lián)Q代的速度越來越快，以 386、486、586 為代表的 MPU，很短的時間內(nèi)就被淘汰出局，而傳統(tǒng)的單片機(jī)如 68HC05、8051 等年齡已有 15 歲，產(chǎn)量仍是上升的。這一方面是由于其對相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性，另一方面是由于以該類CPU 為核心，集成以更多 I/O 功能模塊的新單片機(jī)系列層出不窮?？梢灶A(yù)見，一些成功上市的相對年輕的 CPU 核心，也會隨著 I/O 功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長的生存周期。新的 CPU 類型的加盟，使單片機(jī)隊伍不斷壯大，給用戶帶來了更多的選擇余地。4.13.2 8 位、16 位、32 位單片機(jī)共同發(fā)展這是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一個動向。長期以來，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以 8 位機(jī)為主的。隨著移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭，32 位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。以 MOTOROLA68k 為 CPU 的 32 位單片機(jī)為例，1997 年的銷售量達(dá) 8 千萬枚。過去認(rèn)為由于 8 位單片機(jī)功能越來越強，32 位機(jī)越來越便宜，使 16 位單片機(jī)生存空間有限，而 16 位單片機(jī)的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來都有較大幅度的增長。4.13.3 單片機(jī)的速度越來越快MPU 發(fā)展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標(biāo)志的。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。一些 8051 單片機(jī)兼容廠商改善了單片機(jī)的內(nèi)部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了許多。MOTOROLA 單片機(jī)則使用鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書19了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時鐘頻率。68HC08 單片機(jī)使用 4.9M 外部振蕩器而內(nèi)部時鐘達(dá) 32MHz，而 M68K 系列 32 位單片機(jī)使用 32K 的外部振蕩頻率，內(nèi)部時鐘可達(dá) 16MHz 以上。4.13.4 低電壓低功耗自 80 年代中期以來，NMOS 工藝單片機(jī)逐漸被 CMOS 工藝所代替，功耗得以大幅度下降，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)由 3um 工藝發(fā)展 1.5、1.2、0.8、0.5、0.35進(jìn)而實現(xiàn)了 0.2um 工藝，全靜態(tài)設(shè)計使時鐘頻率從直流電到數(shù)十 MHz 任選，都使功耗不斷下降。MOTOROLA 最近推出任選的 M.CORE 可在 1.8V 電壓下以 50MHz/48 MIPS全速工作，功率約為 20mW。幾乎所有的單片機(jī)都有 Wait、Stop 等省電運行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機(jī)都能在 3—6V 范圍內(nèi)工作，對電池供電的單片機(jī)不再需要對電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已由2.7V 降至 2.2V、1.8V。0.9V 供電的單片機(jī)已經(jīng)問世。4.13.5 低噪聲與高可靠性技術(shù)為提高單片機(jī)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機(jī)商家在單片機(jī)內(nèi)部電路中采取了一些新的技術(shù)措施。如美國國家半導(dǎo)體 NS 的 COP8 單片機(jī)內(nèi)部增加了抗 EMI 電路，增強了“看門狗”的性能。MOTOROLA 也推出了低噪聲的 LN 系列單片機(jī)。壽命長、8 位、16 位、32 位單片機(jī)共同發(fā)展、速度快、低電壓、低功耗、低噪聲、高可靠性技術(shù)這正符合了實驗裝置的需要所以在這里選擇單片機(jī)來實現(xiàn)這次實驗裝置的自動控制。過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）205 設(shè)計計算5.1 水槽尺寸計算 根據(jù)所選水泵的參數(shù)，流量 Q 為 6.0 /h，即 6/60=0.1 /min。在實驗中，3m3m打開水泵抽水時，水裝滿水槽的時間既不能太長也不能太短。為了節(jié)省實驗時間，需要在 2～3 分鐘內(nèi)使水槽中的水達(dá)到實驗所需要的的液位。對于單回路反饋控制的實驗，可以選擇兩分鐘內(nèi)使實驗裝置中水位達(dá)到平衡。水泵的流量 Q 為 0.1 /min。3實驗裝置中水位達(dá)到平衡的時間 h 為 3min。設(shè)三個水槽的總體積為 V。則 V=Q h =3 0.1=0.3 ?3m由 V 可初步選擇兩個裝有兩個液位變送器的水槽即槽 1 和槽 2 的尺寸為600 400 300(mm)的水槽、用于水循環(huán)的槽 3 為 700 500 300（mm）的水槽。?此時總體積：V=2 （600 400 200） +700 500 300 =0.297?3?3m3液位平衡時間 h=V/Q=0.397/0.1=2.97min由于計算所得的時間 h 在所需要的時間范圍 2～3 分鐘之內(nèi)，這就說明水槽的尺寸選擇合適。選擇白口鐵作為三個水箱的材料，壁厚為 5mm， 槽 1 中的水通過水管流入槽 2，槽 2 中的水又通過水管流回到槽 3 中。樣對于水來說，始終處于循環(huán)狀態(tài)。其中槽 3 為儲槽，是為了構(gòu)成水的循環(huán)而設(shè)置的。5.2 框架的材料選擇及尺寸的確定鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書21框架選用不銹鋼根據(jù)所選的水泵、流量計、液位傳感器、電動執(zhí)行器、水管及水龍頭的尺寸確定框架結(jié)構(gòu)的尺寸。箱架的斷口截面尺寸為 40×40（mm） 。箱架設(shè)置為三層：上兩層框架距離=水槽高+留出的水管水龍頭尺寸和壓力傳感器的高度=300+70+100+60=530（mm）底層框架距離 =水槽高+留出的水管水龍頭尺寸=300+70＋100+60 2?=590（mm）整體結(jié)構(gòu)：長=335+700+435=1465mm）寬=140＋500＋140=780（mm）高=530+530+590=1650（mm）為了使實驗裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，電控箱的尺寸設(shè)計為 400×200×200（mm） 。5.3 通過計算選擇各種電器元件 a. 皮帶輸送機(jī)的電熔器及熔斷器 FU2 的選擇：由［7］IRN = )(1.932.8~5.27AIN??（5－1）型號為 RL1—60，外形尺寸為 5接觸器 KM4 的選擇：由［7］IC= )(.7380)4.1~(0UkPN???（5－2）型號 CJ10-10，外形尺寸為 92熱繼電器 FR2 的選擇：由［ 7］ I .)5.9.0(???jre（5－3）型號 JR16B-20/3b. 入磨輸送機(jī)的電熔器及熔斷器 FU3 的選擇：由［7］ IRN= )(1.932.87~5.2AIN??（5－1） 電熔器、熔斷器及熱繼電器的型號與皮帶輸送機(jī)相同。c. 斗式提升機(jī)的電熔器及熔斷器 FU4 的選擇：由［ 7］IRN= )(9.1538.67~5.2IN??過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）22（5－1）型號為 RL1-60，外形尺寸為 758?接觸器 KM4 的選擇：由［7］IC= )(6.30)4.1~(0AUkPN??（5－2）型號為 CJ10-10，外形尺寸為 927?熱繼電器 FR2 的選擇：由［ 7］I 8.6)05.1~9.(???jre（5－3） 過電流繼電器 KI1、KI2 的型號為 DL-54Q，外形尺寸為 28061?6 結(jié)論在本次電氣控制的設(shè)計中主要有以下幾個優(yōu)點：a)實行了由繼電器控制向 PLC 控制的轉(zhuǎn)變，提高了自動化程度，降低了工人的勞動強度，操作簡單，效率高。b)不僅用 PLC 控制機(jī)械，還實現(xiàn)了用 PLC 控制系統(tǒng)的電磁換向閥，實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的控制。c)雖然 PLC 有它的很多優(yōu)點，但還是要對繼電器控制的系統(tǒng)有一定的了解，因為它們是在原理上相通的。d)在保證質(zhì)量的前提下，能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并且對工人的技術(shù)要求也不高。所以本設(shè)計達(dá)到了預(yù)期的效果，但還存在以下不足之處：a)設(shè)計的控制系統(tǒng)在邏輯上并不是很完美，而且存在很大的缺陷，降低了生產(chǎn)的效率。b)報警系統(tǒng)在我的設(shè)計中并沒涉及到，它在整個系統(tǒng)中對生產(chǎn)的安全起到很重要的作用。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書23c)系統(tǒng)在設(shè)計時還有手工操作的并沒很好的實現(xiàn)自動化。 參考文獻(xiàn)［1］周力平．PLC 在小型化工生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用［J］ ．湖北化工，1997(3)：63-64.［2］楊祥刊，李保金主編.水泥設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊[M]. 北京: 中國建材工業(yè)出版社，1995.［3］何離慶主編.過程控制系統(tǒng)與裝置[M].重慶大學(xué)出版社,2002.［4］王毅. 教學(xué)過程控制的認(rèn)識與實踐［J］. 大連水產(chǎn)學(xué)院,1994(3)：33-36.［5］朱昆泉，許林發(fā)主編.建材機(jī)械工程手冊[M]. 武漢: 武漢工業(yè)大學(xué)出版社,2000. ［6］曲忠慶,王君慧. 計算機(jī)在過程控制中的應(yīng)用和發(fā)展［J］.洛陽農(nóng)專學(xué)報,1994 (1)：53-57.［7］俞金壽主編.過程自動化及儀表[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.［8］ 林中達(dá). 過程控制系統(tǒng)的實時性分析［J］. 東南大學(xué)學(xué)報,1995(4)：94-97.［9］陳鳳謀. 過程控制中多任務(wù)并行模式［J］.廣西科學(xué),1995(2)：14-17.過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）24[10] 翁維勤，孫洪程主編.過程控制系統(tǒng)及工程[M].化學(xué)工業(yè)出版社,1995.致謝本次設(shè)計的設(shè)計的內(nèi)容是過程裝備與控制專業(yè)綜合實驗設(shè)計 。 設(shè)計中采用了繼電器控制和 PLC 控制，使以前學(xué)的知識得到的鞏固，對 PLC 的各種型號及工作原理都有了更深的理解。本次設(shè)計還培養(yǎng)了我的自學(xué)和獨立完成各項工作能力，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中倪老師及時的了解我們設(shè)計的進(jìn)展情況，及時幫助我們解決設(shè)計過程中遇到的難題。他以高度的責(zé)任心和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度深深感染著我。在此向倪老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！同時感謝海安鵬飛集團(tuán)有限公司的領(lǐng)導(dǎo)在實習(xí)過程中所給予的幫助；也感謝給予我關(guān)心和幫助的其他老師和同學(xué)們！限于本人水平有限和時間倉促，文中缺點和錯誤在所難免，懇請廣大老師不吝批評指正。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書25程序清單(一)磨機(jī)與輔機(jī)控制程序清單0 LD X11 AND X292 SET M13 LD M14 OUT Q05 LD M16 TMR T1 K=2007 LD X38 AND XO9 AND T1過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗設(shè)計（常規(guī)量檢測與控制部分）2610 SET M211 LD M212 OUT Q113 LD M214 TMR T2 K=20015