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

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

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

3、場(chǎng)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(jì)算機(jī)等，完成了電阻爐溫度可編程控制器串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以CX-Programmer、Windows為平臺(tái)，通過上位機(jī)和下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度的實(shí)時(shí)串級(jí)控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 鍋爐溫度 串級(jí)閉環(huán) PLC</p><p><b>　　目錄</b>

4、;</p><p><b>　　1系統(tǒng)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.1 控制方式的確定</p><p>　　1.2 檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)的原理框圖.</p><

5、p>　　2.2溫度檢測(cè)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(hào)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(jì)心得</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)簡(jiǎn)

7、述</b></p><p>　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(duì)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(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化，這就為鍋爐的自動(dòng)化提供了有利條件。鍋爐自動(dòng)化是提高鍋爐安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要措施。目前，鍋爐的自動(dòng)化主要包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、程序控制、自動(dòng)保護(hù)和控制計(jì)算五個(gè)方面。實(shí)現(xiàn)鍋

8、爐自動(dòng)化能夠提高鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減少運(yùn)行人員。</p><p>　　鍋爐是工業(yè)企業(yè)重要的動(dòng)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(fù)荷的需要。鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，燃?xì)馊加湾仩t主要輸入變量包括負(fù)荷、給水、燃料量、送風(fēng)和引風(fēng)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(fù)壓等；電加熱鍋爐主要輸入變量包括負(fù)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(gè)主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)具有時(shí)變和時(shí)滯的比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，對(duì)鍋爐溫度進(jìn)行控制是工業(yè)過程控制中一個(gè)重要而且困難的問題[3] 。</p><p>　　在生產(chǎn)過程控制中，一些復(fù)雜環(huán)節(jié)，往往需要進(jìn)行串級(jí)控制。即把兩個(gè)控制器串聯(lián)起來，第一個(gè)控制器的設(shè)定值是控制目標(biāo)，它的輸出傳給第二個(gè)控制器，作為它的設(shè)定值，第二個(gè)控制器的輸出作為串級(jí)控制系統(tǒng)的輸出，送到被控系統(tǒng)，作為它的控制“動(dòng)作”

10、?？刂葡到y(tǒng)的這種串級(jí)形式對(duì)于復(fù)雜對(duì)象的控制往往比單回路控制的效果更好。串級(jí)控制對(duì)克服被控系統(tǒng)的時(shí)滯之所以能收到好的效果，是因?yàn)楫?dāng)用兩個(gè)控制器進(jìn)行串級(jí)控制時(shí),每個(gè)控制器克服時(shí)滯的負(fù)擔(dān)相對(duì)減小,這就使得整個(gè)控制系統(tǒng)克服時(shí)滯的能力得到加強(qiáng)。</p><p>　　在鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中，除了應(yīng)用基于反饋控制原理而設(shè)計(jì)的各種調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以外，計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中

11、得到了廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，PLC已經(jīng)由原來的邏輯控制器發(fā)展成具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力、通訊能力的標(biāo)準(zhǔn)工控設(shè)備，用其進(jìn)行各種算法的實(shí)現(xiàn)是工控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)[4] 。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以電加熱鍋爐為被控對(duì)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(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)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(dòng)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(duì)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(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰?。開環(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(shí)間相對(duì)來說很長(zhǎng),精確度不高,使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性

13、精確度要求不高的簡(jiǎn)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(shí)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(hào)作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個(gè)取出量和輸入量相位相反，所以叫負(fù)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(shí)間縮短,適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間,穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。自動(dòng)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(jí)控制等。串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個(gè)顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)副回路，形成了兩個(gè)閉環(huán)----雙閉環(huán)或稱雙環(huán)。串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動(dòng)自動(dòng)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(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)環(huán)）則為一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。以加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)為例，在控制過程中，副回路起著對(duì)爐出口溫度的“粗調(diào)”作用，而主回路則完成對(duì)爐出口溫度的“細(xì)調(diào)”任務(wù)。與單回路控制系統(tǒng)相

15、比，串級(jí)控制系統(tǒng)多用了一個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個(gè)測(cè)量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回路，使系統(tǒng)①改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率； ②對(duì)二次擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力；③提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)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(jì)中采用閉環(huán)串級(jí)控制方式。</p><p>　　1.2 檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　1.2.1 檢測(cè)元件的選擇</p><p>　　檢測(cè)與變送設(shè)備主要根據(jù)被檢測(cè)參數(shù)的性質(zhì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體考慮來決定。被檢測(cè)參數(shù)性質(zhì)的不同，準(zhǔn)確度要求、響應(yīng)速度要求的不同以及對(duì)控制性能要求的不同都影響檢測(cè)、變送器的選擇，要從工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性加以綜合考慮

17、。檢測(cè)、變送器選擇的幾個(gè)基本原則如下 [6] ：</p><p>　?、俦M可能選擇測(cè)量誤差小的測(cè)量元件。</p><p>　?、诒M可能選擇快速響應(yīng)的測(cè)量元件與變送設(shè)備。</p><p>　?、壅_采用微分超前補(bǔ)償。</p><p>　?、芎侠磉x擇測(cè)量點(diǎn)位置并正確安裝。</p><p>　　⑤對(duì)測(cè)量信號(hào)作必要的處理。&l

18、t;/p><p>　　本系統(tǒng)需要兩個(gè)溫度傳感器，一個(gè)安裝在爐膛內(nèi)；另一個(gè)安裝在出口處。根據(jù)測(cè)量精度和測(cè)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(jī)構(gòu)的選擇</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，選用對(duì)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(shí)別的模擬電壓信號(hào)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(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。</p><p>　　1.2.3 微型計(jì)算機(jī)的選擇</p><p>　　工業(yè)中常用的控制器有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、單片機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(jì)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(diǎn)開關(guān)或敏感元器件作為輸入信號(hào)，輸出信號(hào)可控制電動(dòng)閥門、開關(guān)、電磁閥和步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械和生產(chǎn)過

21、程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。工業(yè)控制采用PLC，顯示了突出的優(yōu)越性，因它可對(duì)用戶提出的生產(chǎn)控制要求和意見，能方便地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行程序修改和調(diào)試，使系統(tǒng)的靈活性大大增強(qiáng)。內(nèi)部的軟繼電器使系統(tǒng)在控制中能嚴(yán)格地起到互鎖作用，增加了系統(tǒng)的可靠性，簡(jiǎn)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(huì)有更先進(jìn)的計(jì)數(shù)出現(xiàn)。針對(duì)系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析各控制器的優(yōu)缺點(diǎn)，采用PLC作為本次設(shè)計(jì)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(diǎn)：</p><p>　　(1)對(duì)低端應(yīng)用,PLC具有極大的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì).工控機(jī)的價(jià)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(jià)格上都很難接受,可靠性也遠(yuǎn)不如PLC。</p><p>　　(2)PLC的可靠性無可比擬,故障停機(jī)時(shí)間最少.基本W(wǎng)indowsNT/2000/XP操作系統(tǒng)的IPC控制系統(tǒng),在實(shí)時(shí)任務(wù)處理,長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)

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(rèn)同。</p><p>　　(3)PLC是專為工廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的,結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型,對(duì)印制板,電源,機(jī)架,插座的制造和安裝,均采取了嚴(yán)密的措施。</p><p>　　(4)PLC是使用專門為工業(yè)設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言,這些語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué).工控機(jī)如果用VB,VC等語(yǔ)言來編程,需要花更多時(shí)間來

24、學(xué)習(xí),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(yuǎn)遠(yuǎn)不如PLC,時(shí)間控制精度也較差。</p><p>　　(5)與PC機(jī)發(fā)展太快相比,PLC產(chǎn)品可以長(zhǎng)期供貨,并提供長(zhǎng)期的技術(shù)支持。</p><p>　　(6)PLC有龐大的有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員,維護(hù)人員和技術(shù)支持系統(tǒng)。</p><p>　　其次，與單片機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p>

25、<p>　　1.由專業(yè)大公司精心設(shè)計(jì)的硬件和軟件系統(tǒng)，功能強(qiáng)大、可靠性好。</p><p>　　2.編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，即使是不熟悉電腦的工程師也可以用它開發(fā)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.抗干擾能力強(qiáng)，適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制場(chǎng)合。</p><p>　　4.有豐富的擴(kuò)展模塊和聯(lián)網(wǎng)能力，可以做成大型復(fù)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(jiǎn)單且控制針對(duì)性強(qiáng)，但是用途比較單一，控制范圍有限，同時(shí)用戶自身的經(jīng)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)。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(shí)現(xiàn)多回路的整體控制，相比主要有以下的特點(diǎn)：在多點(diǎn)加熱時(shí)，可以錯(cuò)開加熱導(dǎo)通時(shí)序，避免同時(shí)導(dǎo)通引起的大電流;在控制過程中可以自由簡(jiǎn)便地修改設(shè)定值及其它參數(shù)；可以定時(shí)自動(dòng)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(shí)控制系統(tǒng)或機(jī)械中的其它動(dòng)作；可以實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能等等。</p><p>　　最初的PLC主要是用于取代繼電器進(jìn)行順序控制，

28、其后又逐步擴(kuò)充了數(shù)值運(yùn)算、模擬量、電機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信。從發(fā)展趨勢(shì)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(duì)系統(tǒng)的工藝機(jī)構(gòu)及要求，最后選擇了小型機(jī)CPM2A系列PLC，具體型號(hào)為CPM2A-40CDR-A，I/O點(diǎn)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(jì)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(jiǎn)稱主參數(shù)），選取爐膛溫度為副被控參數(shù)（簡(jiǎn)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(dòng)對(duì)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(dòng)對(duì)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(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)中采用高精度的鉑電阻傳感器對(duì)電熱鍋爐的水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量,用JCJ100G溫度變送器把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào),再送入8位的MAD02進(jìn)

32、行A/D轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)?？刂撇糠植捎肞ID算法,經(jīng)過PID運(yùn)算產(chǎn)生的控制信號(hào)u(k)是數(shù)字信號(hào)，將其送入012通道實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，此時(shí)在MAD02的輸出端就形成了模擬信號(hào)，將此模擬信號(hào)送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)（溫度控制器）。實(shí)時(shí)更新PWM控制輸出參數(shù),控制可控硅,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的高精度控制</p><p>　　2.2溫度檢測(cè)電路單元.</p><p>　?。?） 檢測(cè)器件的選擇</p&

33、gt;<p>　　系統(tǒng)檢測(cè)部分采用鉑電阻傳感器測(cè)量輸入信號(hào)，鉑是目前最好的熱電阻材料，它在國(guó)際使用溫標(biāo)中13.81K～630.74℃范圍內(nèi)作為基準(zhǔn)器的復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)。它的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，容易得到純凈物質(zhì)，而且電阻-溫度特性復(fù)制性很強(qiáng)。因此，可以制作-50℃以下、100℃以上的工業(yè)用熱電阻。它的缺點(diǎn)是價(jià)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(diǎn)，而又克服其缺點(diǎn)。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(dòng)、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，在溫度檢測(cè)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(shí)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(xiàng)bt2，導(dǎo)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(cè)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(duì)鉑電阻進(jìn)行線性校正，并提高溫度信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸能力，研制線性化的鉑電阻變送器具有重要的實(shí)用價(jià)值。可以采用一種利用負(fù)電阻校正鉑電阻非線性的4～20mA變送器。</p><p>　　根據(jù)測(cè)溫范圍（0～1000C）及設(shè)計(jì)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>　　（1）產(chǎn)品簡(jiǎn)介</b></p><p>　　JCJ100G溫度變送器將熱電阻（熱偶）所測(cè)的溫度變化通過電路處理，經(jīng)信號(hào)放大后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)。信號(hào)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(cè)與控制系統(tǒng)。信號(hào)輸出一般采用兩線制電流，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、?二線制輸出4～20mA

39、，抗干擾能力強(qiáng)；</p><p>　　② 節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線及安裝溫度變送器費(fèi)用；</p><p>　　③ 測(cè)量范圍大；使用率高，標(biāo)準(zhǔn)級(jí)輸出信號(hào)；</p><p>　?、?冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)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(hào)：（4～20）mA 、（0～5）VDC、（0～10）VDC輸入信號(hào)：熱電阻：Pt100、Pt500、 Pt1000、 Cu50  熱電偶：K、E、S、T、J 、B、 R 、N  負(fù)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(duì)濕度：5～90%RH無凝露消耗功率：≤0.6W 準(zhǔn) 確 度： 熱電阻： 0.5%F.S(默認(rèn))熱 電 偶：I級(jí)   II級(jí)(默認(rèn))</p><p>　?。?） A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊MAD02</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行溫度信號(hào)的采集，但采集過來的信號(hào)為模擬信號(hào)，而P

42、LC所能存儲(chǔ)并進(jìn)行處理的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。因此，需要對(duì)采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，以便實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的控制。相應(yīng)地，PLC輸出的為數(shù)字信號(hào)，必須進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量才能實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行器的控制。由于本次設(shè)計(jì)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(jì)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>　　② 輸出端子表</b></p><p>　　表2-2 MAD02輸出端</p><p>　?、?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(hào)位 0：正電壓輸出</p><p><b>　　1：負(fù)電壓輸出</b></p><p>　　注：只有當(dāng)使用±10V量程時(shí)，符號(hào)位才有用。

45、 </p><p><b>　　⑥輸出接線圖</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(jiǎn)便得多。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可將各種運(yùn)行參數(shù)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)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(shí)，首先根據(jù)起動(dòng)信號(hào)，將移位寄存器的最左邊一位cy0置“1”。這個(gè)“1”信號(hào)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(hào)使晶體管開關(guān)S0

48、換接至電源-5端。這時(shí)-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(jìn)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(shí)，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(shí)脈沖控制下進(jìn)行的。每發(fā)一次脈沖便進(jìn)行一次比較。當(dāng)?shù)诙€(gè)定時(shí)脈沖來到時(shí)，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(shí)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(jìn)行，直到移位寄存器最后一位cy9置“1”，比較放大器第十次動(dòng)作結(jié)束為止。此時(shí)，在數(shù)碼寄存器中的十位二進(jìn)制數(shù)，就是轉(zhuǎn)換完畢的用二進(jìn)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(lì)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(shí)現(xiàn)交流電機(jī)軟啟動(dòng)，雙閉環(huán)電機(jī)調(diào)速，和橫流調(diào)速等功能。具體型號(hào)采用MJYD-JL-20型單相交流模塊，本模塊具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?、?本模塊均采用全數(shù)字移

52、相觸發(fā)集成電路，實(shí)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(diǎn)控制強(qiáng)電的電力調(diào)控能力。</p><p>　?、?采用進(jìn)口芯片，高級(jí)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(jìn)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(dú)特處理方法，和特殊焊接工藝，保證焊接層無空洞，導(dǎo)熱性能好，熱循

53、環(huán)負(fù)載次數(shù)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)近10倍。</p><p>　?、?采用高級(jí)導(dǎo)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(dǎo)熱底板相互隔離，導(dǎo)熱底板不帶電，絕緣強(qiáng)度高，安全性好。⑦ 輸入0-10伏直流控制信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路輸出電壓進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。</p><p>　?、?可手動(dòng)，儀表或微機(jī)控制。</p><p>　　

54、⑨ 適用于阻性或感性負(fù)載。</p><p>　?。?） 模塊控制電源要求：</p><p>　　① 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(yán)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(chǎng)所環(huán)境溫度范圍：-25℃～+45℃。② 模塊周圍應(yīng)干燥、通風(fēng)、遠(yuǎn)離熱源、無塵、無腐蝕性液體或氣體。（3） 其它要求① 當(dāng)模塊控制變壓器負(fù)載時(shí)，如果變壓器空載，輸出電流可能會(huì)小于晶閘管芯片的擎住電流，導(dǎo)致回路中產(chǎn)生較大直流分量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒掉保險(xiǎn)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(yàn)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(shí)應(yīng)注意避免外力或電纜重力將電極拉起折斷。③ 嚴(yán)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(dāng)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(cè)量模塊工作殼溫時(shí)，測(cè)試點(diǎn)選擇靠近模塊底板中心的散熱器表面。可將散熱器表面以下橫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(cè)試點(diǎn)的溫度應(yīng)≤80℃。</p><

57、p>　　（4） 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(shí)為170～250VAC、額定電壓為380VAC時(shí)為300～450VAC、（輸入電壓低于或高于上述各規(guī)定值時(shí)，應(yīng)專門定做）；③ 三相交流輸出電壓不對(duì)稱度＜6%；④ 控制電源電壓12VDC；⑤ 控制信號(hào)：VCON為0～10VDC；⑥ 控制信號(hào)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>　?。?） 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(hào)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(hào)輸入。E

59、con：方便用戶檢測(cè)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(hào)?？赏饨?0～100K電位器，但不宜作給定信號(hào)使用。此端一般空置。</p><p>　　CON接線端子與輸入控制信號(hào)相連，GND1與GND2接地，POWER接入220V交流電壓，OUT端接入控制對(duì)象電阻絲，POWER接入12V電源。即可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)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(jí)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(xì)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(jì)總結(jié)</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)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(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我

63、能順利完成這次報(bào)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(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計(jì)商的難題。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同

64、學(xué)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]辛廣路.鍋爐運(yùn)行與操作指南.機(jī)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(dòng)調(diào)節(jié).哈爾濱大學(xué)出版社，1994年</p><p>　　[3]張亮明，夏桂娟.工業(yè)鍋爐微機(jī)控制.中國(guó)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(jī)械工業(yè)出版社,1999</p><p>　　[5]邵裕森，戴先中.過程控制工程.機(jī)械工業(yè)出版社，2000年</p><p>　　[6]中國(guó)電子學(xué)會(huì).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