鍋爐溫度課程設(shè)計--鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　過程控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目: 鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　院系名稱： 電氣工程學院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級： 自動化1106 </p><p>　　電阻爐是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要裝備，在國民經(jīng)濟建設(shè)中具有舉足輕重的作用。本次設(shè)計是根據(jù)電阻爐溫度控制技術(shù)的發(fā)展要求而設(shè)計的一種溫度實時串級控制系統(tǒng)。其控制原理、思想非常適用于自動化程度比較高的企業(yè)以及現(xiàn)場環(huán)境比較復雜的控制

3、場所。本系統(tǒng)利用溫度傳感器、變送器、PLC及其配套的A/D轉(zhuǎn)換器件MAD02、上位計算機等，完成了電阻爐溫度可編程控制器串級控制系統(tǒng)的設(shè)計，以CX-Programmer、Windows為平臺，通過上位機和下位機軟件的設(shè)計，實現(xiàn)電阻爐溫度的實時串級控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 鍋爐溫度 串級閉環(huán) PLC</p><p><b>　　目錄</b>

4、;</p><p><b>　　1系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　1.1 控制方式的確定</p><p>　　1.2 檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)的選擇</p><p><b>　　2設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)的原理框圖.</p><

5、p>　　2.2溫度檢測電路單元</p><p>　　2.3 執(zhí)行器的選擇</p><p>　　2.4系統(tǒng)電氣原理圖</p><p><b>　　3. I/O分配表</b></p><p>　　3.1 儀表型號清單</p><p><b>　　4外部接線圖</b><

6、/p><p><b>　　5梯形圖</b></p><p><b>　　6 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　7設(shè)計心得</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)簡

7、述</b></p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鍋爐的使用范圍越來越廣泛。而鍋爐溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制,有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量?，F(xiàn)代鍋爐的生產(chǎn)過程可以實現(xiàn)高度的機械化，這就為鍋爐的自動化提供了有利條件。鍋爐自動化是提高鍋爐安全性和經(jīng)濟性的重要措施。目前，鍋爐的自動化主要包括自動檢測、自動調(diào)節(jié)、程序控制、自動保護和控制計算五個方面。實現(xiàn)鍋

8、爐自動化能夠提高鍋爐運行的安全性、經(jīng)濟性和勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減少運行人員。</p><p>　　鍋爐是工業(yè)企業(yè)重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽或熱水，以滿足負荷的需要。鍋爐設(shè)備是一個復雜的控制對象，燃氣燃油鍋爐主要輸入變量包括負荷、給水、燃料量、送風和引風量等，主要調(diào)節(jié)變量包括水位、溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負壓等；電加熱鍋爐主要輸入變量包括負荷、鍋爐給水和電阻絲電壓等，主要調(diào)節(jié)變量包括水位和溫

9、度等。鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴格控制。鍋爐系統(tǒng)是一個具有時變和時滯的比較復雜的系統(tǒng)，因此，對鍋爐溫度進行控制是工業(yè)過程控制中一個重要而且困難的問題[3] 。</p><p>　　在生產(chǎn)過程控制中，一些復雜環(huán)節(jié)，往往需要進行串級控制。即把兩個控制器串聯(lián)起來，第一個控制器的設(shè)定值是控制目標，它的輸出傳給第二個控制器，作為它的設(shè)定值，第二個控制器的輸出作為串級控制系統(tǒng)的輸出，送到被控系統(tǒng)，作為它的控制“動作”

10、?？刂葡到y(tǒng)的這種串級形式對于復雜對象的控制往往比單回路控制的效果更好。串級控制對克服被控系統(tǒng)的時滯之所以能收到好的效果，是因為當用兩個控制器進行串級控制時,每個控制器克服時滯的負擔相對減小,這就使得整個控制系統(tǒng)克服時滯的能力得到加強。</p><p>　　在鍋爐自動控制系統(tǒng)中，除了應(yīng)用基于反饋控制原理而設(shè)計的各種調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以外，計算機技術(shù)的應(yīng)用也越來越普及。由于PLC具有高可靠性、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域中

11、得到了廣泛的應(yīng)用。進入21世紀以來，PLC已經(jīng)由原來的邏輯控制器發(fā)展成具有較強的數(shù)據(jù)處理能力、通訊能力的標準工控設(shè)備，用其進行各種算法的實現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢[4] 。</p><p>　　本設(shè)計以電加熱鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鍋爐水溫的定值控制。</p><p>　　1

12、.1 控制方式的確定</p><p>　　自動控制方式一般有兩種：即開環(huán)控制和閉環(huán)控制。</p><p>　　開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有按順序工作，沒有反向聯(lián)系的控制過程,按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng),其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動修正或補償?shù)哪芰Αｉ_環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高,響應(yīng)時間相對來說很長,精確度不高,使用于對系統(tǒng)穩(wěn)定性

13、精確度要求不高的簡單的系統(tǒng).。人工控制一般是開環(huán)控制。比如人工轉(zhuǎn)換電扇檔位實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制。</p><p>　　閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個取出量和輸入量相位相反，所以叫負反饋控制。通過反饋系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高,響應(yīng)時間縮短,適合于對系統(tǒng)的響應(yīng)時間,穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。自動控制通常是閉環(huán)控制。比如家用空調(diào)溫度的控制。</p><p&g

14、t;　　而閉環(huán)控制又包含有單回路控制和串級控制等。串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上多了一個副回路，形成了兩個閉環(huán)----雙閉環(huán)或稱雙環(huán)。串級控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動自動控制系統(tǒng)中的雙環(huán)系統(tǒng)相同，就其主回路（外環(huán)）來看是一個定值控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)環(huán)）則為一個隨動系統(tǒng)。以加熱爐串級控制系統(tǒng)為例，在控制過程中，副回路起著對爐出口溫度的“粗調(diào)”作用，而主回路則完成對爐出口溫度的“細調(diào)”任務(wù)。與單回路控制系統(tǒng)相

15、比，串級控制系統(tǒng)多用了一個測量變送器與一個控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對計算機控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個測量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級控制系統(tǒng)中增加了一個包含二次擾動的副回路，使系統(tǒng)①改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率； ②對二次擾動有很強的克服能力；③提高了對一次擾動的克服能力和對回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力 [5] 。</p><p>　　綜上所述，根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，決

16、定在系統(tǒng)設(shè)計中采用閉環(huán)串級控制方式。</p><p>　　1.2 檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)的選擇</p><p>　　1.2.1 檢測元件的選擇</p><p>　　檢測與變送設(shè)備主要根據(jù)被檢測參數(shù)的性質(zhì)與系統(tǒng)設(shè)計的總體考慮來決定。被檢測參數(shù)性質(zhì)的不同，準確度要求、響應(yīng)速度要求的不同以及對控制性能要求的不同都影響檢測、變送器的選擇，要從工藝的合理性、經(jīng)濟性加以綜合考慮

17、。檢測、變送器選擇的幾個基本原則如下 [6] ：</p><p>　?、俦M可能選擇測量誤差小的測量元件。</p><p>　?、诒M可能選擇快速響應(yīng)的測量元件與變送設(shè)備。</p><p>　?、壅_采用微分超前補償。</p><p>　?、芎侠磉x擇測量點位置并正確安裝。</p><p>　?、輰y量信號作必要的處理。&l

18、t;/p><p>　　本系統(tǒng)需要兩個溫度傳感器，一個安裝在爐膛內(nèi)；另一個安裝在出口處。根據(jù)測量精度和測量范圍等要求，選用鉑熱電阻pt100為溫度傳感器，選擇JCJ100G為溫度變送器。</p><p>　　1.2.2 執(zhí)行機構(gòu)的選擇</p><p>　　由于本次設(shè)計選用的是電阻絲加熱爐，屬于電加熱形式，應(yīng)該選擇溫度控制器作為執(zhí)行機構(gòu)，選用對應(yīng)的MJYD-JL-20型單

19、相交流模塊。</p><p>　　PLC控制器輸出的數(shù)字量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成溫度控制器可識別的模擬電壓信號后，根據(jù)不同的電流值，MJYD-JL-20型單相交流模塊輸出相應(yīng)的電壓值從而控制電阻絲兩端的電壓值，達到調(diào)節(jié)溫度的目的。</p><p>　　1.2.3 微型計算機的選擇</p><p>　　工業(yè)中常用的控制器有工業(yè)控制計算機、單片機和可編程控制器等。與其它幾種控

20、制器相比較，可編程控制器是綜合了計算機技術(shù)、自動化技術(shù)與繼電器邏輯控制概念而開發(fā)的一代新型工業(yè)控制器，是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開關(guān)量的控制，比如，將行程開關(guān)、按鈕開關(guān)、無觸點開關(guān)或敏感元器件作為輸入信號，輸出信號可控制電動閥門、開關(guān)、電磁閥和步進電機等執(zhí)行機構(gòu)。它采用可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械和生產(chǎn)過

21、程實現(xiàn)自動化。工業(yè)控制采用PLC，顯示了突出的優(yōu)越性，因它可對用戶提出的生產(chǎn)控制要求和意見，能方便地在現(xiàn)場進行程序修改和調(diào)試，使系統(tǒng)的靈活性大大增強。內(nèi)部的軟繼電器使系統(tǒng)在控制中能嚴格地起到互鎖作用，增加了系統(tǒng)的可靠性，簡化設(shè)備，維修方便。而且，隨著PLC的發(fā)展，在硬件、軟件方面都會有更先進的計數(shù)出現(xiàn)。針對系統(tǒng)的特點，分析各控制器的優(yōu)缺點，采用PLC作為本次設(shè)計的控制器。具體比較如下[7] ：</p><p>　

22、　首先，PLC和PC控制相比,具有以下優(yōu)點：</p><p>　　(1)對低端應(yīng)用,PLC具有極大的性能價格比優(yōu)勢.工控機的價格較高,將它用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)以取代繼電器控制,無論是在體積和價格上都很難接受,可靠性也遠不如PLC。</p><p>　　(2)PLC的可靠性無可比擬,故障停機時間最少.基本W(wǎng)indowsNT/2000/XP操作系統(tǒng)的IPC控制系統(tǒng),在實時任務(wù)處理,長期穩(wěn)定運

23、行,抗病毒和惡意攻擊等方面還存在較大的問題.IPC控制系統(tǒng)在可靠性和安全性等方面還未獲得廣泛的認同。</p><p>　　(3)PLC是專為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的,結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型,對印制板,電源,機架,插座的制造和安裝,均采取了嚴密的措施。</p><p>　　(4)PLC是使用專門為工業(yè)設(shè)計的編程語言,這些語言簡單易學.工控機如果用VB,VC等語言來編程,需要花更多時間來

24、學習,編程的效率也沒有PLC高.如果使用Windows操作系統(tǒng)，其穩(wěn)定性遠遠不如PLC,時間控制精度也較差。</p><p>　　(5)與PC機發(fā)展太快相比,PLC產(chǎn)品可以長期供貨,并提供長期的技術(shù)支持。</p><p>　　(6)PLC有龐大的有經(jīng)驗的設(shè)計人員,維護人員和技術(shù)支持系統(tǒng)。</p><p>　　其次，與單片機相比，具有以下優(yōu)點：</p>

25、<p>　　1.由專業(yè)大公司精心設(shè)計的硬件和軟件系統(tǒng)，功能強大、可靠性好。</p><p>　　2.編程方法簡單易學，即使是不熟悉電腦的工程師也可以用它開發(fā)復雜的控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.抗干擾能力強，適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場合。</p><p>　　4.有豐富的擴展模塊和聯(lián)網(wǎng)能力，可以做成大型復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)。</p><

26、;p>　　再次，目前在張力、速度、液位特別是溫度等過程控制中，經(jīng)常使用溫控器等專用控制器或用戶自制設(shè)備。這些控制器雖然使用和設(shè)置比較簡單且控制針對性強，但是用途比較單一，控制范圍有限，同時用戶自身的經(jīng)驗技巧不易應(yīng)用到其中。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC的處理速度越來越快，功能也越來越豐富。因此，采用PLC進行PID控制可以逐漸取代一些傳統(tǒng)的控制手段。就以溫度為例，可以比較出采用PLC的優(yōu)點。通常所使用的溫度控制器適用于單純的單回路

27、溫度控制，而PLC可以實現(xiàn)多回路的整體控制，相比主要有以下的特點：在多點加熱時，可以錯開加熱導通時序，避免同時導通引起的大電流;在控制過程中可以自由簡便地修改設(shè)定值及其它參數(shù)；可以定時自動執(zhí)行所需的控制曲線；可以使用相位控制，降低沖擊電流、峰值電流，減少加熱器頻繁冷熱變化引起的熱壓力；可以同時控制系統(tǒng)或機械中的其它動作；可以實現(xiàn)多種報警功能等等。</p><p>　　最初的PLC主要是用于取代繼電器進行順序控制，

28、其后又逐步擴充了數(shù)值運算、模擬量、電機控制、網(wǎng)絡(luò)通信。從發(fā)展趨勢看，PID控制特別是溫度控制將是今后PLC應(yīng)有的功能。</p><p>　　綜上，針對系統(tǒng)的工藝機構(gòu)及要求，最后選擇了小型機CPM2A系列PLC，具體型號為CPM2A-40CDR-A，I/O點數(shù)為40，使用電源類型為AC，輸出方式為繼電器輸出型。</p><p>　　1.2.4 輸入輸出通道及外圍設(shè)備的選擇</p>

29、;<p>　　根據(jù)鍋爐的控制、監(jiān)視和管理的要求，選擇輸入輸出通道的配置并配備所需要的外圍設(shè)備如下：</p><p>　　輸入通道：Pt100溫度傳感器→JCJ100G鉑電阻溫度變送器→MAD02→CPM2A-40CDR-A</p><p>　　輸出通道：CPM2A-40CDR→MAD02→MJYD-JL-20型單相交流模塊</p><p><b&

30、gt;　　。</b></p><p><b>　　2設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)的原理框圖.</p><p>　　系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示，工作原理如下：選取爐出口溫度為主被控參數(shù)（簡稱主參數(shù)），選取爐膛溫度為副被控參數(shù)（簡稱副參數(shù)），把爐出口溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為爐膛溫度調(diào)節(jié)器的給定值。這樣，擾動對出口溫度的影

31、響主要由爐膛溫度調(diào)節(jié)器（稱為副調(diào)節(jié)器）構(gòu)成的控制回路（稱副回路）來克服，擾動對爐出口溫度的影響則由出口溫度調(diào)節(jié)器（稱為主調(diào)節(jié)器）構(gòu)成的控制回路（稱為主回路）來消除。</p><p>　　本系統(tǒng)是以CPM2A-40CDR-A為核心的溫度串級控制系統(tǒng)的設(shè)計,在設(shè)計中采用高精度的鉑電阻傳感器對電熱鍋爐的水溫進行實時精確測量,用JCJ100G溫度變送器把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成0～5V標準電壓信號,再送入8位的MAD02進

32、行A/D轉(zhuǎn)換,從而實現(xiàn)自動檢測?？刂撇糠植捎肞ID算法,經(jīng)過PID運算產(chǎn)生的控制信號u(k)是數(shù)字信號，將其送入012通道實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，此時在MAD02的輸出端就形成了模擬信號，將此模擬信號送入執(zhí)行機構(gòu)（溫度控制器）。實時更新PWM控制輸出參數(shù),控制可控硅,最終實現(xiàn)對爐溫的高精度控制</p><p>　　2.2溫度檢測電路單元.</p><p>　?。?） 檢測器件的選擇</p&

33、gt;<p>　　系統(tǒng)檢測部分采用鉑電阻傳感器測量輸入信號，鉑是目前最好的熱電阻材料，它在國際使用溫標中13.81K～630.74℃范圍內(nèi)作為基準器的復現(xiàn)溫標。它的物理、化學性能穩(wěn)定，容易得到純凈物質(zhì)，而且電阻-溫度特性復制性很強。因此，可以制作-50℃以下、100℃以上的工業(yè)用熱電阻。它的缺點是價格昂貴。鉑在0℃以上，其電阻與溫度的關(guān)系近似于直線，а0=3.9×10-3/℃，ρ=0.1Ω.mm2 /m。在-20

34、0℃～0℃范圍內(nèi)電阻-溫度的特性為[14]</p><p>　　Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t5] (2-1)</p><p>　　在0℃～650℃范圍內(nèi)電阻-溫度的特性為</p><p>　　Rt=R0[1+At+Bt2]

35、 （2-2）</p><p>　　式中，A、B、C為常系數(shù)。</p><p>　　鉑電阻兼具熱電偶和熱敏電阻兩種技術(shù)優(yōu)點，而又克服其缺點。鉑熱電阻溫度傳感器RTD具有穩(wěn)定性好、溫度范圍寬、抗震動、抗沖擊等優(yōu)點，在溫度檢測系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。鉑電阻RTD在0～850℃范圍內(nèi)，其溫度與阻抗的關(guān)系為</p><p>

36、;　　Rt=R0 (1+at+bt2) （2-3）</p><p>　　式中常數(shù)a=3.90802×10-3℃，b=-5.80195×10-7℃；Rt是t℃時RTD傳感器的直流電阻值；R。=100Ω。從上式可以看到，式中存在的二次項bt2，導致了RTD電阻值隨溫度的變化呈非</p><p>　　線性關(guān)系，影響著溫度

37、檢測的精度。在0～850℃溫度范圍內(nèi)，非線性大約為2.7%。</p><p>　　為了對鉑電阻進行線性校正，并提高溫度信號的遠距離傳輸能力，研制線性化的鉑電阻變送器具有重要的實用價值?？梢圆捎靡环N利用負電阻校正鉑電阻非線性的4～20mA變送器。</p><p>　　根據(jù)測溫范圍（0～1000C）及設(shè)計所要求的精度（0.2%FS），采用的溫度變送器件為JCJ100G溫度變送器。</p&

38、gt;<p><b>　?。?）產(chǎn)品簡介</b></p><p>　　JCJ100G溫度變送器將熱電阻（熱偶）所測的溫度變化通過電路處理，經(jīng)信號放大后轉(zhuǎn)化成標準的電壓或電流信號。信號可以供給指示、記錄儀、模擬調(diào)節(jié)器、DCS系統(tǒng)，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)過程檢測與控制系統(tǒng)。信號輸出一般采用兩線制電流，其具有以下優(yōu)點：</p><p>　　① 二線制輸出4～20mA

39、，抗干擾能力強；</p><p>　　② 節(jié)省補償導線及安裝溫度變送器費用；</p><p>　　③ 測量范圍大；使用率高，標準級輸出信號；</p><p>　?、?冷端溫度自動補償，非線性校正電路。</p><p>　?。?）JCJ100G接線示意圖：</p><p>　　圖2-1 JCJ100G接線示意圖</

40、p><p>　　技術(shù)參數(shù)： JCJ100G 溫度變送模塊輸出信號：（4～20）mA 、（0～5）VDC、（0～10）VDC輸入信號：熱電阻：Pt100、Pt500、 Pt1000、 Cu50  熱電偶：K、E、S、T、J 、B、 R 、N  負載電阻：≤500Ω（電流輸出），≥3KΩ（電壓輸出）輸入線阻：≤50Ω 電源電壓：1、24VDC/AC   2、12VDC

41、/AC （0～5V輸出） 環(huán)境溫度：-20～80℃   相對濕度：5～90%RH無凝露消耗功率：≤0.6W 準 確 度： 熱電阻： 0.5%F.S(默認)熱 電 偶：I級   II級(默認)</p><p>　?。?） A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊MAD02</p><p>　　在本次設(shè)計中，需要進行溫度信號的采集，但采集過來的信號為模擬信號，而P

42、LC所能存儲并進行處理的信號為數(shù)字信號。因此，需要對采集到的溫度信號進行相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，以便實現(xiàn)鍋爐溫度的控制。相應(yīng)地，PLC輸出的為數(shù)字信號，必須進行D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量才能實現(xiàn)對執(zhí)行器的控制。由于本次設(shè)計選用PLC作為控制工具，所以應(yīng)選擇轉(zhuǎn)換模塊或與所選用PLC相配套的器件。本次設(shè)計中選用CPM2A—MAD02作為A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件。</p><p><b>　?、?輸入端子表</b>

43、;</p><p>　　表2-1 MAD02輸入端</p><p><b>　?、?輸出端子表</b></p><p>　　表2-2 MAD02輸出端</p><p>　　⑤ 通道的IR位分配</p><p><b>　　“輸入通道1”</b></p><

44、p><b>　　“輸入通道1”＋1</b></p><p><b>　　“輸出通道”</b></p><p>　　S：符號位 0：正電壓輸出</p><p><b>　　1：負電壓輸出</b></p><p>　　注：只有當使用±10V量程時，符號位才有用。

45、 </p><p><b>　?、掭敵鼋泳€圖</b></p><p><b>　　圖2-2輸出接線圖</b></p><p><b>　?、咻斎虢泳€圖</b></p><p><b>　　圖2-3輸入接線圖</b></p><p>

46、<b>　?、鄶?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　圖2-4 MAD02數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　圖2-5 MAD02數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　MAD02是集A/D和D/A轉(zhuǎn)換于一體的模塊，是與所選OMRON的CPM2A型PLC相配套的產(chǎn)品，在編程和使用上簡便得多。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可將各種運行參數(shù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字代碼。

47、MAD02型轉(zhuǎn)換器能很好地兼顧速度和精度，故它在16位以下的A/D轉(zhuǎn)換器中得到了廣泛的應(yīng)用。其與CPM2A的連接圖如圖4-6所示。</p><p>　　工作原理為：開始轉(zhuǎn)換之前，將移位寄存器及數(shù)碼寄存器各位清“0”，數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)中各晶體管開關(guān)S0～S9接地。開始時，首先根據(jù)起動信號，將移位寄存器的最左邊一位cy0置“1”。這個“1”信號傳送到數(shù)碼寄存器的最高位（最左邊的位）C0，再由C0輸出“1”信號使晶體管開關(guān)S0

48、換接至電源-5端。這時-5V電源通過晶體管開關(guān)S0接至電阻2°R的一端，數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)輸出的反饋電壓：</p><p>　　此反饋電壓送至比較鑒別放大器BF，與輸入的待轉(zhuǎn)換模擬電壓uin進行比較，如果比較的結(jié)果∣uin∣≥∣ufb∣，放大器BF輸出低電位，使數(shù)碼寄存器的C0位保持原來的“1”狀態(tài)，晶體開關(guān)S0也保持接到-5V端的狀態(tài)，反饋電壓保持-2.5V。如果比較結(jié)果∣uin∣<∣ufb∣時，放大器B

49、F輸出高電位，使數(shù)碼寄存器第一位C0置“0”后又控制S0接到接地端，使反饋電壓消失。</p><p>　　比較是在定時脈沖控制下進行的。每發(fā)一次脈沖便進行一次比較。當?shù)诙€定時脈沖來到時，移位寄存器右移一位，原在cy0中的“1”現(xiàn)移到第一位cy1中。因此，又使C1置“1”,并使S1與-5V端接通，于是反饋電壓ubf又在原來的基礎(chǔ)上增加了</p><p>　　這時反饋電壓再與輸入的待轉(zhuǎn)換模擬

50、電壓相比較，根據(jù)放大器BF輸出電位的高與低，同上述方法，決定數(shù)碼寄存器第二位C1置“0”還是置“1”。即決定晶體管開關(guān)S1返回到接地端還是停留在-5V端。</p><p>　　如此繼續(xù)進行，直到移位寄存器最后一位cy9置“1”，比較放大器第十次動作結(jié)束為止。此時，在數(shù)碼寄存器中的十位二進制數(shù)，就是轉(zhuǎn)換完畢的用二進制數(shù)表示的輸入模擬量。</p><p><b>　　2.3執(zhí)行器的選

51、擇</b></p><p>　　晶閘管智能控制模塊廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)的各種領(lǐng)域如調(diào)溫，調(diào)光，勵磁，電鍍，電解，電焊，等離子拉弧，充放電，穩(wěn)壓，逆變等電源裝置，模塊還可以通過模塊控制端口，與外置的多功能控制板連接，實現(xiàn)交流電機軟啟動，雙閉環(huán)電機調(diào)速，和橫流調(diào)速等功能。具體型號采用MJYD-JL-20型單相交流模塊，本模塊具有以下特點：</p><p>　?、?本模塊均采用全數(shù)字移

52、相觸發(fā)集成電路，實現(xiàn)了控制電路與晶閘管住電路集成一體化，使模塊具備了弱點控制強電的電力調(diào)控能力。</p><p>　　② 采用進口芯片，高級芯片支持板，模塊壓降小，功耗低，效率高，節(jié)電效果好。</p><p>　?、?采用進口貼片元件，保證觸發(fā)控制電路可靠性。</p><p>　?、?采用陶瓷覆銅板，經(jīng)獨特處理方法，和特殊焊接工藝，保證焊接層無空洞，導熱性能好，熱循

53、環(huán)負載次數(shù)高于國家標準近10倍。</p><p>　?、?采用高級導熱絕緣封裝材料，絕緣防潮性能好。</p><p>　?、?觸發(fā)控制電路，主電路與導熱底板相互隔離，導熱底板不帶電，絕緣強度高，安全性好。⑦ 輸入0-10伏直流控制信號，可實現(xiàn)對主電路輸出電壓進行平滑調(diào)節(jié)。</p><p>　　⑧ 可手動，儀表或微機控制。</p><p>　　

54、⑨ 適用于阻性或感性負載。</p><p>　?。?） 模塊控制電源要求：</p><p>　?、?電壓為DC12V±0.5V；② 紋波電壓≤30mV；③ 輸出電流≥1A；④ 可以采用開關(guān)電源，也可采用線性電源（即變壓器整流式穩(wěn)壓電源）。開關(guān)電源外殼應(yīng)帶屏蔽罩。線性電源要求濾波電容必須≥2200μf／25V。⑤ 控制電源極性要求正確接入模塊控制端口，嚴禁反接。否則將燒壞模

55、塊控制電路。</p><p>　?。?）使用環(huán)境要求① 工作場所環(huán)境溫度范圍：-25℃～+45℃。② 模塊周圍應(yīng)干燥、通風、遠離熱源、無塵、無腐蝕性液體或氣體。（3） 其它要求① 當模塊控制變壓器負載時，如果變壓器空載，輸出電流可能會小于晶閘管芯片的擎住電流，導致回路中產(chǎn)生較大直流分量，嚴重時會燒掉保險絲。為了避免出現(xiàn)上述情況，可在模塊輸出端接一固定電阻，一般每相輸出電流不小于500mA（具體可根據(jù)試驗情

56、況確定）。② 小規(guī)格模塊主電極無螺釘緊固，極易掀起折斷，接線時應(yīng)注意避免外力或電纜重力將電極拉起折斷。③ 嚴禁將電纜銅線直接壓接在模塊電極上，以防止接觸不良產(chǎn)生附加發(fā)熱。④ 模塊不能當作隔離開關(guān)使用。為保證安全，模塊輸入端前面需加空氣開關(guān)。⑤ 測量模塊工作殼溫時，測試點選擇靠近模塊底板中心的散熱器表面?？蓪⑸崞鞅砻嬉韵聶M向打一深孔至散熱器中心，把熱電偶探頭插到孔底。要求該測試點的溫度應(yīng)≤80℃。</p><

57、p>　?。?） 模塊主要參數(shù)：① 工作頻率f為50Hz；② 模塊輸入交流電壓VIN（RMS）范圍：額定電壓為220VAC時為170～250VAC、額定電壓為380VAC時為300～450VAC、（輸入電壓低于或高于上述各規(guī)定值時，應(yīng)專門定做）；③ 三相交流輸出電壓不對稱度＜6%；④ 控制電源電壓12VDC；⑤ 控制信號：VCON為0～10VDC；⑥ 控制信號電流ICON≤1mA；⑦ 輸出電壓溫度系數(shù)＜600PPM/℃

58、；⑧ 模塊絕緣電壓VISO（RMS）≥2500VAC</p><p>　　（5） 模塊接線如圖4-7所示</p><p>　　圖2-7 MJYD-JL-20型單相交流模塊</p><p>　　引腳功能代號說明：POWER：外接12V控制電源正極。GND1：控制電源地線及屏蔽線。GND2：控制電源地線，內(nèi)部與GND1相通。CON1：0～10V信號輸入。E

59、con：方便用戶檢測模塊功能使用。此端在模塊內(nèi)部通過1K電阻與控制電源+12V連接，輸出10V直流信號?？赏饨?0～100K電位器，但不宜作給定信號使用。此端一般空置。</p><p>　　CON接線端子與輸入控制信號相連，GND1與GND2接地，POWER接入220V交流電壓，OUT端接入控制對象電阻絲，POWER接入12V電源。即可實現(xiàn)對電阻絲兩端電壓的控制。</p><p>　　2.

60、4系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　綜上所述，可以畫出整個系統(tǒng)的電氣原理圖，如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)電氣原理圖</p><p><b>　　3 I/O分配表</b></p><p><b>　　3.1元器件明細表</b></p><

61、p>　　系統(tǒng)中所采用的一系列元器件如表4-1所示。</p><p><b>　　4外部接線圖</b></p><p><b>　　5梯形圖</b></p><p>　　5.1A/D轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　5.2D/A轉(zhuǎn)換程序</p><p><b>　　

62、5.3PID程序</b></p><p><b>　　6系統(tǒng)調(diào)式</b></p><p><b>　　7設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。</p><p>　　首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我

63、能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計商的難題。同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同

64、學</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]辛廣路.鍋爐運行與操作指南.機械工業(yè)出版社，2006年</p><p>　　[2]張子棟，王懷彬，李炳熙.鍋爐自動調(diào)節(jié).哈爾濱大學出版社，1994年</p><p>　　[3]張亮明，夏桂娟.工業(yè)鍋爐微機控制.中國建筑工業(yè)出版社，1989年<

65、;/p><p>　　[4] 邵裕森,巴筱云. 過程控制及儀表[M] . 北京:機械工業(yè)出版社,1999</p><p>　　[5]邵裕森，戴先中.過程控制工程.機械工業(yè)出版社，2000年</p><p>　　[6]中國電子學會.2000/2001傳感器與執(zhí)行器大全（年卷）-傳感器·變送器·執(zhí)行器.電子工業(yè)出版社，2001年</p>&l