常規(guī)量檢測(cè)與控制工程專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p><b>　　目　錄</b></p><p>　　1 前言………………………………………………………………………………1</p><p>　　2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀 …………………………………………………………………2</p><p>　　3總體方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………5</p&g

2、t;<p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹…………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2 單回路反饋控制電路基本原理………………………………………………………5</p><p>　　3.3 工藝方案的擬定………………………………………………………………………6</p><p>　　3.4 CKP磨液壓系統(tǒng)的分析…………

3、……………………………………………………8</p><p>　　4 實(shí)驗(yàn)裝置的工藝部分設(shè)計(jì)及設(shè)備選型…………………………………………………10</p><p>　　4.1水泵的選擇………………………………………………………………………10</p><p>　　4.2水管的選擇……………………………………………………………………………11</p><

4、;p>　　4.3水龍頭的選擇………………………………………………………………………12</p><p>　　4.4流量計(jì)的選擇……………………………………………………………………12</p><p>　　4.5各種按鈕的選擇…………………………………………………………12</p><p>　　4.6接觸器的選擇…………………………………………………………12&

5、lt;/p><p>　　4.7 繼電器的選擇…………………………………………………………………13</p><p>　　4.8 熔斷器的選擇…………………………………………………………13</p><p>　　4.9 傳感器的選擇…………………………………………………………13</p><p>　　4.10 電動(dòng)執(zhí)行器的選擇……………………………

6、…………………………………14</p><p>　　4.11 CPU的選擇……………………………………………………………………15</p><p>　　4.12如何根據(jù)控制要求選擇PLC機(jī)型………………………………………16</p><p>　　4.13 選擇單片機(jī)的理由………………………………………………………17</p><p>　　5

7、設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………………………………20</p><p>　　5.1 水槽尺寸計(jì)算………………………………………………………………………… 20</p><p>　　5.2 框架的材料選擇及尺寸的確定……………………………………………………… 20</p><p>　　5.3 通過(guò)計(jì)算選擇各種電器元件…………………………………………

8、……………… 21</p><p>　　6 結(jié)論………………………………………………………………………………………22</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………23</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………………24</p><p>　　程序清單…………

9、…………………………………………………………………………25</p><p>　　(一) 磨機(jī)與輔機(jī)控制程序清單………………………………………………………… 25</p><p>　　(二) 液位與溫度等控制程序清單……………………………………………………… 29</p><p>　　附錄…………………………………………………………………………………………30<

10、;/p><p>　　過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)</p><p>　?。ǔＲ?guī)量檢測(cè)與控制部分）</p><p>　　摘要： 為了滿(mǎn)足教學(xué)科研的需要，本課題設(shè)計(jì)了用于流量、液位、溫度、壓力等控制與檢測(cè)的綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。設(shè)計(jì)中采用了單回路反饋控制電路基本原理，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，得到的偏差控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，達(dá)到使水槽液位控制在給定值上。為了體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)特色，還對(duì)立磨進(jìn)

11、行了控制，將選粉機(jī)選出的細(xì)粉送到皮帶秤上，得到的重量被送入放大器，通過(guò)積分器運(yùn)算后得到的數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)控制進(jìn)料量的多少。另外，磨輥上的力是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)控制的，較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：綜合；控制；檢測(cè)；反饋</p><p>　　The Comprehensive experimental design for the</p><

12、;p>　　process equipment and control engineering major</p><p>　　(the part of routine measure checking and conventional measure)</p><p>　　Abstract： In order to meet the demands of teaching and r

13、esearch,This topic designs</p><p>　　all experiment platform for controlling and testing about flow ,liquid location,temperature and pressure.In the design ,it adopts the control circuit cardinal principle of

14、 sideloop feedback,and compars measure value with given value.the offset controls the degree of aperture to control the liquid location at the given value. In order to embodies specific features,it controls the stand mil

15、l,too.it takes thin power to the belt to weigh, and then put the result to the amplifier.Then it compares the</p><p>　　Key words: Combine ; control ; test ; feedback</p><p><b>　　1前言 </b

16、></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)裝置為常規(guī)量檢測(cè)與控制的實(shí)驗(yàn)裝置，它可以進(jìn)行流量、液位、溫度、壓力的檢測(cè)與控制 。為了體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)特色本課題對(duì)CAM3225磨也進(jìn)行控制。本次課程設(shè)計(jì)大致可分為兩塊：其一、實(shí)驗(yàn)裝置的工藝部分的設(shè)計(jì)及選型部分如泵、閥、液微計(jì)等的選型，我們都采用標(biāo)準(zhǔn)件，因這是實(shí)驗(yàn)裝置所以要求所選的裝置都要盡量符合本實(shí)驗(yàn)裝置的需要并配備齊全，為不久的將來(lái)能做出次實(shí)驗(yàn)裝置做準(zhǔn)備。其二、實(shí)驗(yàn)裝置的控制電路設(shè)

17、計(jì)及軟件程序的設(shè)計(jì)。</p><p>　　本課題來(lái)源于學(xué)校綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其方案流程是用差壓變送器測(cè)量水槽液位，將測(cè)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(kāi)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(zhuān)業(yè)特色,又增加了對(duì)立磨的控制,立式磨的控制設(shè)計(jì)的方案流程主要是：物料由料倉(cāng)經(jīng)喂料機(jī)送給CKP磨，經(jīng)過(guò)CKP磨磨出來(lái)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(chēng)上，經(jīng)

18、過(guò)皮帶稱(chēng)稱(chēng)重后，得到細(xì)粉的重量，這個(gè)數(shù)據(jù)被送入放大器、積分器運(yùn)算后得到的數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)控制進(jìn)料量的多少。另外，磨輥上的力是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)控制的，而液壓系統(tǒng)也是由電路控制的。</p><p>　　因在工業(yè)生產(chǎn)中，有很多像過(guò)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(gè)研究次項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而設(shè)計(jì)了這個(gè)適用的液位平衡控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置。而CKP預(yù)粉磨系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是產(chǎn)量高、

19、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镜腁TOX型立磨則占有70%以上的份額。預(yù)計(jì)到2005年我國(guó)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(guó)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(zhǎng)，特別是立式煤磨，已有基本適用的國(guó)產(chǎn)設(shè)備

20、，尤應(yīng)采取積極態(tài)度，認(rèn)真推廣選用之。 </p><p>　　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(lái)設(shè)計(jì)電路編寫(xiě)一套程序.實(shí)驗(yàn)裝置的工藝部分的設(shè)計(jì)及選型、實(shí)驗(yàn)裝置的控制電路設(shè)計(jì)及軟件程序的設(shè)計(jì)是要解決的主要問(wèn)題。</p><p>　　2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀</p><p>　　進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，自動(dòng)化

21、技術(shù)發(fā)展很快，并取得了驚人的成就，已成為國(guó)家高科技的重要分支。過(guò)程控制是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，過(guò)程控制技術(shù)正在為實(shí)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(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、促進(jìn)環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來(lái)越大的作用。過(guò)程控制的發(fā)展與控制理論、儀表、計(jì)算機(jī)以及有關(guān)學(xué)科的發(fā)展緊密相關(guān)的，過(guò)程控制的發(fā)展大體上可以分為下表2－1所示的三個(gè)發(fā)展階段。70年代以前可以看作是第一階段。</p>

22、<p>　　表2－1 階段過(guò)程控制的三個(gè)發(fā)展</p><p>　　這一時(shí)期應(yīng)屬于自動(dòng)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(jì)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(cè)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(shí)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

23、適用于過(guò)程控制的困惑，這迫使人們?nèi)パ芯可a(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)與難點(diǎn)，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(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、通訊技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)高水平的自動(dòng)控制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)工具。過(guò)程控制開(kāi)始突破自動(dòng)化孤島傳統(tǒng)模式，采用CIM的思想和方法來(lái)組織、管理和指揮整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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

24、稱(chēng)為綜合自動(dòng)化或CIPS（computer integrated processing systems）.可以看到，過(guò)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</p><p>　　當(dāng)前過(guò)程控制正處于第三個(gè)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(shí)期，可以歸納為如下三個(gè)主要特點(diǎn)。</p><p>　　a. 簡(jiǎn)單控制向

25、先進(jìn)控制發(fā)展</p><p>　　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(guò)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(duì)獨(dú)立的單變量系統(tǒng)。這種簡(jiǎn)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(yùn)而生，先進(jìn)過(guò)程控制（ advanced process control ）是指一類(lèi)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，基于數(shù)學(xué)模型，借助充分的計(jì)算能力

26、，為工廠獲得最大利潤(rùn)而實(shí)施的運(yùn)行和技術(shù)策略。這種新的控制策略實(shí)施后，系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工況，達(dá)到所謂的 “卡邊控制”。據(jù)資料報(bào)道，一個(gè)乙烯裝置投資163萬(wàn)美元實(shí)施先進(jìn)控制，完成后預(yù)期可獲得效益600萬(wàn)美元/年。目前，國(guó)內(nèi)許多大企業(yè)均紛紛投資，在裝置自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)施先進(jìn)控制。</p><p>　　b. 封閉的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向具有國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式系統(tǒng)</p><p>　　1975年Ho

27、neywell公司推出第一臺(tái)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS），實(shí)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(dòng)化建立了豐功偉績(jī)。但是DCS的一個(gè)致命弱點(diǎn)就是封閉性。隨著綜合自動(dòng)化的潮流和計(jì)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(guò)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，最后終于連手，將共同推出一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）控制系統(tǒng)，它被公認(rèn)為具有時(shí)代特點(diǎn)的新一代分布式計(jì)算機(jī)控制系

28、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(diǎn)為：開(kāi)放性、只能化現(xiàn)場(chǎng)儀表、數(shù)字信號(hào)傳輸、徹底分散性。</p><p>　　c. 單一控制系統(tǒng)向綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展</p><p>　　本質(zhì)上講，工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化在90年代以前仍是自動(dòng)化孤島模式。進(jìn)入90年代，國(guó)內(nèi)外企業(yè)界在國(guó)際市場(chǎng)劇烈競(jìng)爭(zhēng)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(kāi)始把提高綜合自動(dòng)化水平作為快

29、速挖潛增效、提高競(jìng)爭(zhēng)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(yíng)決策等功能于一體的綜合自動(dòng)化成了當(dāng)前自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>　　有一種煉油廠的綜合自動(dòng)化模式。在整個(gè)系統(tǒng)中，信息是由底層不斷經(jīng)過(guò)加工處理向上層傳遞，而各種指令也由最高層逐級(jí)分解，以指令形式向下層傳遞。每個(gè)層次的運(yùn)行周期不等，從底層向上，以秒、分、時(shí)、日、旬，乃至月、季來(lái)計(jì)算。這種遞階系統(tǒng)，把全廠各層控制功能與企

30、業(yè)管理相結(jié)合，實(shí)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(kù)的支持下，實(shí)現(xiàn)信息與功能的集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)充分調(diào)動(dòng)人的因素的經(jīng)營(yíng)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(gè)能適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場(chǎng)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)。</p><p>　　據(jù)報(bào)道，國(guó)外目前約有100個(gè)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

31、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(shí)施CIM計(jì)劃。她們的基本思想都是集控制、優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的最終目標(biāo)。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料也已經(jīng)表明了綜合自動(dòng)化的重要作用。我國(guó)在連續(xù)工業(yè)方面，自1990年開(kāi)始，已進(jìn)行了一些綜合自動(dòng)化試點(diǎn)。近年來(lái)，連續(xù)工業(yè)CIM已列入國(guó)家科委863CIMS典型應(yīng)用工程和國(guó)家計(jì)委“八五”、“九五”攻關(guān)任務(wù)?？梢灶A(yù)料，綜合

32、自動(dòng)化的實(shí)施和發(fā)展將給國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是一個(gè)十分誘人的發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化對(duì)于發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、提高技術(shù)水平有著十分重要的意義。 </p><p>　　當(dāng)前，一項(xiàng)在今后幾年內(nèi)可能大大改變過(guò)程控制系統(tǒng)面貌的新技術(shù)－現(xiàn)場(chǎng)總線正處于迅速發(fā)展中。這是用于現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)儀表，使得許多現(xiàn)場(chǎng)儀表可以在同一總線上進(jìn)行雙向多信息數(shù)字通信。現(xiàn)

33、場(chǎng)總線用全數(shù)字化、雙向、多站的通迅方式來(lái)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)也將逐步應(yīng)用于工廠或工藝流程的過(guò)程控制系統(tǒng)。</p><p>　　就目前該課程的教學(xué)來(lái)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(guò)程控制技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，另外我國(guó)的工業(yè)過(guò)程控制仍處在經(jīng)典過(guò)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(guò)程控制裝置及

34、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(lái)越大。為能訪問(wèn)到所有現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)組成部分，即符合現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、規(guī)格可變的控制的管理技術(shù)水平臺(tái)以及集成的模塊化軟件?？梢杂霉I(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)裝備整個(gè)工廠，也可從一臺(tái)設(shè)備或幾個(gè)回路開(kāi)始，然后再方便地?cái)U(kuò)充規(guī)模。容易想象，未來(lái)的控制系統(tǒng)，是用控制器用戶(hù)操作站、PL和軟件將所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能更方便地集成在一起的控制系統(tǒng)。<

35、;/p><p>　　實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化對(duì)于發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、提高技術(shù)水平有十分重要的意義。</p><p><b>　　3 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)裝置介紹</p><p>　　控制技術(shù)基本實(shí)驗(yàn)裝置為液位自控實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。今后的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)都將在

36、實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)將工藝裝置部分的測(cè)量信號(hào)直接送到計(jì)算機(jī)的信號(hào)調(diào)理板，儀表的電源、D/A、計(jì)算機(jī)電源、水泵的按鈕開(kāi)關(guān)、信號(hào)燈等設(shè)備，組裝成一個(gè)電控箱，該電控箱安裝在工藝裝置部分中部。</p><p>　　圖3-1 實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程圖</p><p>　　圖3-1中有三只水槽。其中槽1、槽2為被控對(duì)象。它們的液位高度L1及L2分別通過(guò)兩臺(tái)差壓變送

37、器測(cè)出，槽3為儲(chǔ)槽，是為了構(gòu)成水的循環(huán)而設(shè)置的。儲(chǔ)槽3中的水通過(guò)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(dòng)閥1.2.3.4的開(kāi)閉而定），兩路水管中的水流量大小分別通過(guò)各自的變壓器（與孔板配合）回到儲(chǔ)槽3中，這樣對(duì)水來(lái)說(shuō)始終處于循環(huán)狀態(tài)。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)裝置除比值實(shí)驗(yàn)外，一般情況下，所在的管道為主物料管道，F(xiàn)2管線則專(zhuān)供作為加干擾用。</p><p>　　3.2 單回路

38、反饋控制電路基本原理</p><p>　　圖3-2 控制系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)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：</p><p>　　單回路控制系統(tǒng)是指只有一個(gè)測(cè)量變送器；一個(gè)調(diào)節(jié)器；一個(gè)調(diào)節(jié)閥連同被控過(guò)程。對(duì)一個(gè)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(jiǎn)單，投資少，易于調(diào)整和投運(yùn)，又能滿(mǎn)足一般工業(yè)生產(chǎn)

39、過(guò)程的控制要求，因此應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于被控過(guò)程的純時(shí)延和慣性小，負(fù)荷和擾動(dòng)變化比較平緩，或者對(duì)被控質(zhì)量要求不太高的場(chǎng)合。單回路控制系統(tǒng)雖然簡(jiǎn)單，但是，它的分析、設(shè)計(jì)方法是其他各類(lèi)復(fù)雜控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。所以，掌握了單回路控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法，就不難設(shè)計(jì)其他更為復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.3 工藝方案的擬定</p><p>　　3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置的工藝部分

40、設(shè)計(jì)方案</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的需要選擇水泵、水管、水龍頭、電動(dòng)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(lèi)型和尺寸和液位計(jì)，估算控制柜的尺寸，再綜合各個(gè)元件大體定整體框架尺寸。最后設(shè)計(jì)控制箱。</p><p>　　磨的部分：物料由料倉(cāng)經(jīng)喂料機(jī)送給CKP磨，經(jīng)過(guò)CKP磨磨出來(lái)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(chēng)上，

41、經(jīng)過(guò)皮帶稱(chēng)稱(chēng)重后，得到細(xì)粉的重量，這個(gè)數(shù)據(jù)被送入放大器、積分器運(yùn)算后得到的數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)控制接觸器CR的動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的控制。另外，磨輥上的力是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)控制的，而液壓系統(tǒng)也是由電路控制的。關(guān)鍵是設(shè)計(jì)的整個(gè)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(jià)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(zhǎng)，但價(jià)錢(qián)比較貴考慮了方方面面，我決選定用PLC

42、控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置的控制部分設(shè)計(jì)方案</p><p>　　磨機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)由電機(jī)M1拖動(dòng)，磨機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)不需要正反轉(zhuǎn)控制。但電機(jī)M1的功率很大由于磨盤(pán)需承受很大的壓力，壓力大了，電機(jī)的工作電流也會(huì)增大，所以要防止電機(jī)燒壞，在電路中加入過(guò)電流繼電 ；另外，主電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)要考慮的另一個(gè)大的問(wèn)題，這么大的電機(jī)的啟動(dòng)電流很大，所以要用減壓?jiǎn)?dòng)回路。在粉磨過(guò)程中要考慮的問(wèn)

43、題，防止一些堅(jiān)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(dòng)，而且壓力立即降低，以免傷到整個(gè)磨機(jī)系統(tǒng)。磨盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)是Y180M-2,Y系列（IP44）封閉式三相異步電機(jī)帶動(dòng)的，我這里采用的星型—三角形減壓起動(dòng)，這種方式的起動(dòng)電流只有 正常工作的1/3扭矩是正常工作時(shí)的1/，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(fèi)用，所以用電子皮帶稱(chēng)給它喂料，通過(guò)電子皮帶稱(chēng)上的喂料機(jī)

44、的控制壓力。</p><p>　　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(duì)液壓系統(tǒng)如何對(duì)磨盤(pán)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)，直接全壓起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵時(shí)該系統(tǒng)向液壓缸供油，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，缸里壓力越來(lái)越大，加在磨盤(pán)上的力也越來(lái)越大，二個(gè)缸的動(dòng)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(shí)，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 Y

45、14+、Y15+使系統(tǒng)保壓，但由于實(shí)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(shí)，泵8、9又都開(kāi)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(shí)，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?jiǎn)?dòng)，用熔斷器、熱繼電器對(duì)電路保護(hù)。 </p><p>　　電氣控制箱置于專(zhuān)門(mén)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。

46、</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要初步選擇單片機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、放大電路的選擇，畫(huà)出電路圖，在編寫(xiě)程序，最后上機(jī)調(diào)試。</p><p>　　其控制思路為：打開(kāi)水泵、水龍頭1及水龍頭3。將液位變送器測(cè)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(hào)與鍵盤(pán)設(shè)定值進(jìn)行比較。單片機(jī)控制系統(tǒng)輸出差值信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、電壓/電流轉(zhuǎn)換后控制電動(dòng)執(zhí)行器的開(kāi)閉，從而實(shí)現(xiàn)液位的平

47、衡。</p><p>　　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(shí)，都可能造成短路事故。很大的短路電流和電動(dòng)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(shí)，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。 </p><p>　　電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期超載運(yùn)行，繞組溫升將超過(guò)其允許值，造成

48、絕緣材料變脆，壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使電動(dòng)機(jī)損壞。過(guò)載電流越大，達(dá)到允許溫升的時(shí)間就越短。常用的過(guò)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(huì)受電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載沖擊電流或短路電流的影響而瞬間動(dòng)作，所以在使用熱繼電器作過(guò)載保護(hù)的同時(shí)，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。</p><p>　　過(guò)電流保護(hù)廣泛用于直流電動(dòng)機(jī)或繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)于三相籠型異步電

49、動(dòng)機(jī)，由于其短時(shí)過(guò)電流不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，故可不設(shè)置過(guò)電流保護(hù)。過(guò)電流電流保護(hù)往往由于不正確的起動(dòng)和過(guò)大的負(fù)載引起的，一般比短路電流要小，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生過(guò)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(dòng)的重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)更是如此。直流電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)控制線路中，過(guò)電流繼電器也起著短路保護(hù)的作用，一般過(guò)電流的動(dòng)作值為起動(dòng)電流的1.2倍。</p><p>　　必須強(qiáng)調(diào)指出，短路、過(guò)載、過(guò)電流保護(hù)雖然

50、都是電流型保護(hù)，但由于故障電流、動(dòng)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。</p><p>　　3.4 CKP磨液壓系統(tǒng)的分析</p><p>　　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(guò)程不同階段實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓力變換。一般由溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。</p><p>　　如圖3－2為最基本的調(diào)壓回路。當(dāng)改變節(jié)流

51、閥2的開(kāi)口來(lái)調(diào)節(jié)液壓缸速度時(shí)，溢流閥1始終開(kāi)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(wú)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(guò)溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥開(kāi)啟，對(duì)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</p><p>

52、　　壓力。在CKP磨的液壓系統(tǒng)中沒(méi)有節(jié)流閥，溢流 </p><p>　　閥只是起安全保護(hù)作用。</p><p>　　卸載回路是在系統(tǒng)執(zhí)行元件短時(shí)間不工作時(shí)，不頻繁啟停驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)，而使泵在很小的輸出功率下運(yùn)轉(zhuǎn)的回路。因?yàn)楸玫妮敵龉β实扔趬毫土髁康某朔e，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(chēng)為壓力卸載

53、，后者稱(chēng)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(lái)實(shí)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(dòng)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</p><p>　　中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起卸載作用。</p><p>　　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</p>&

54、lt;p>　　的卸載回路。當(dāng)先導(dǎo)型溢流閥1的遙控口通過(guò)二位二通電磁閥2接通油箱時(shí)，泵輸出的油液以很低的壓力經(jīng)溢流閥回油箱，實(shí)現(xiàn)卸載。為防止卸載或升壓時(shí)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。這個(gè)回路的應(yīng)用主要考慮保壓和停止工作時(shí)設(shè)計(jì)的，當(dāng)系統(tǒng)處于保壓時(shí)，電磁鐵失電，油路截至；當(dāng)液壓缸不工作時(shí)，這時(shí)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</p><p>&l

55、t;b>　　箱。</b></p><p>　　這里我要介紹的是保壓回路，這個(gè)回路在我的設(shè)計(jì)系</p><p>　　統(tǒng)中起著很重要的作用，在我的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中它是我的整個(gè)液壓系統(tǒng)的主干回路我只介紹我用到的自動(dòng)補(bǔ)油保壓回路。 </p><p>　　右圖3－5中在回路中增設(shè)了一臺(tái)小流量高壓泵5。當(dāng)液壓缸加壓完畢要求保壓時(shí)，有壓力繼電器4發(fā)訊，換向閥2處于中

56、位，主泵1卸載；同時(shí)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(diǎn)供油，維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。由于輔助泵只需補(bǔ)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(lèi)是該回路的思想，用小流量高壓泵5來(lái)保壓。 圖3-5 卸載回路</p><p>　　4 實(shí)驗(yàn)裝置的工藝部分設(shè)計(jì)及設(shè)

57、備選型</p><p><b>　　4.1 水泵的選擇</b></p><p>　　圖4-1 離心泵特性曲線</p><p>　　水泵用來(lái)整個(gè)系統(tǒng)的供水，管道式結(jié)構(gòu)安裝。本實(shí)驗(yàn)的循環(huán)介質(zhì)采用清水，管路直徑為10mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用丹麥格蘭富UPA-90AUTO型單級(jí)循環(huán)水泵。噪音低，不會(huì)影響教師授課。壽命長(zhǎng)，減少使用的麻煩。</p>

58、<p>　　泵可以分為離心泵和容積泵兩大類(lèi)；容積泵有往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵之分，在石油、化工等生產(chǎn)過(guò)程中，離心泵的使用最為廣泛。</p><p>　　離心泵主要由葉輪和機(jī)殼組成，葉輪在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(shí)，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(shí)對(duì)

59、泵所做的功被轉(zhuǎn)化為熱能向外散發(fā)，同時(shí)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(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉狀態(tài)。隨著出口閥的逐步開(kāi)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(chēng)為泵的特性，如圖4-1：</p><p>　　離心泵的特性；由[10]</p><p>　　H=R1n2-R2Q2

60、 （4－1）</p><p>　　式中R1、R2為比例常數(shù)。</p><p>　　泵是安裝在工藝系統(tǒng)的管路上運(yùn)行的，因此要分析泵的實(shí)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(duì)管路特性作一些分析。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(xiàng)內(nèi)容。</p><p><b>　　

61、四項(xiàng)阻力分別如下：</b></p><p>　　a. 管路兩端的靜壓差引起的壓頭hp：由[10]</p><p>　　hp= （4－2）</p><p>　　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(xiàng)也是

62、比較穩(wěn)定的。</p><p>　　b. 管路兩端的靜液柱高度HL，即升揚(yáng)高度。在實(shí)際工藝系統(tǒng)中，管路和設(shè)備安裝就緒后，這項(xiàng)將是恒定的。</p><p>　　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。</p><p>　　d. 控制閥兩端節(jié)流損失壓頭hV 。在閥門(mén)開(kāi)度一定時(shí)，hV也與流量的平方值成正比關(guān)系，當(dāng)閥門(mén)的開(kāi)度變化時(shí)，hV也跟著變化。

63、</p><p>　　管路總阻力為HL，則：</p><p>　　HL=hp+HL+hV+hf （4－3）</p><p>　　上式即為管路特性表達(dá)式。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，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(diǎn)C，即是泵的一個(gè)平衡工作點(diǎn)。<

64、/p><p>　　工作點(diǎn)C的流量應(yīng)符合工藝預(yù)定的要求，可以通過(guò)改變hV或其它的手段來(lái)滿(mǎn)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)。</p><p>　　先對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行估計(jì)，再選擇適合此裝置的水泵確定其參數(shù)</p><p>　　所以我選擇凱節(jié)理公司的CP系列清水泵</p><p>　　CP 系列清水泵是屬于電機(jī)與水泵直聯(lián)的漩渦

65、電泵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，具有較高的揚(yáng)程，流量相對(duì)較小，適合輸送溫度不超過(guò)80'C的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似于清水的液體。適用于家庭水井的抽水、汽車(chē)沖洗、噴泉供水、花園灌溉等場(chǎng)合。</p><p><b>　　其參數(shù)如表4-1：</b></p><p><b>　　表4-1 水泵參數(shù)</b></p><p>&

66、lt;b>　　4.2 水管的選擇</b></p><p>　　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</p><p>　　不銹鋼水管參數(shù)如表4-2所示</p><p>　　表4-2 水管參數(shù)</p><p>　　4.3 水龍頭的選擇</p><p>　　水龍頭主要是根

67、據(jù)所選水管的直徑來(lái)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(méi)什么講究所以選擇普通水龍頭所以選擇了型號(hào)為YW1001的水龍頭，該水龍頭表面鍍鉻,螺紋為1/2,重為195g。</p><p>　　4.4 流量計(jì)的選擇</p><p>　　在選擇流量計(jì)時(shí)，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

68、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)流量值從說(shuō)明書(shū)中選擇適當(dāng)?shù)目趶?。管道口徑最好與流量計(jì)口徑相同，當(dāng)有差異時(shí)，應(yīng)配用異徑管。本實(shí)驗(yàn)選用LZD型電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)，本流量計(jì)的配套儀表是輸入信號(hào)范圍為0－10MA。</p><p>　　4.5 各種按鈕的選擇</p><p>　　按鈕的選擇依據(jù)主要是根據(jù)需要的觸電對(duì)數(shù)，動(dòng)作要求是否需要帶指示燈，使用場(chǎng)合以及顏色等要求。刀開(kāi)關(guān)主要用于接通和切斷長(zhǎng)期工作設(shè)備的電源及不經(jīng)常起動(dòng)及制

69、動(dòng)、容量小于7.5KW的異步電動(dòng)機(jī)。選擇它的依據(jù)主要根據(jù)電源種類(lèi)、電壓等級(jí)、短流容量及需要極數(shù)。當(dāng)用刀開(kāi)關(guān)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流要大于電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍 。組合開(kāi)關(guān)的選擇依據(jù)是電源種類(lèi)、電壓等級(jí)、櫥頭數(shù)量。當(dāng)采用組合開(kāi)關(guān)來(lái)控制5KW以下小容量異步電動(dòng)機(jī)時(shí)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(kāi)關(guān)為HZ10系列。 </p><p>　　4.6 接觸器的選擇<

70、;/p><p>　　接觸器分直流和交流兩大類(lèi)，交流接觸器主要有CJ0及CJ10系列。</p><p>　　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(lèi)、數(shù)量及其額定電流，控制線圈電源種類(lèi)、頻率與額定電壓，操作頻繁程度負(fù)載類(lèi)型等因素。具體做法如下：</p><p>　　a. 主觸頭的額定電流應(yīng)大于、等于負(fù)載電流，對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載可

71、按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主觸頭電流IN：由［7］</p><p>　　IN= （4－4）</p><p>　　式中，PN為控制電動(dòng)機(jī)額定功率（KW）；UN為電動(dòng)機(jī)額定線電壓（V）；k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取1~1.4。</p><p>　　在選用接觸器額定電流應(yīng)大于計(jì)算值，按被控制電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行選取。</p><p>　

72、　b. 主觸頭額定電壓應(yīng)大于控制線的額定電壓。</p><p>　　c. 接觸器觸電數(shù)量、種類(lèi)應(yīng)滿(mǎn)足控制需要，當(dāng)輔助觸電的對(duì)數(shù)不能滿(mǎn)足要求時(shí)，可用增設(shè)中間繼電器方法來(lái)解決。</p><p>　　d. 接觸器控制線圈的電壓種類(lèi)與電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)控制線路要求選用。簡(jiǎn)單控制線路可直接選用380V、220V。線路復(fù)雜，使用電器較多時(shí)，應(yīng)選用127V、110V或更低的控制電壓。</p>

73、<p>　　4.7 繼電器的選擇</p><p>　　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(duì)象的特征，觸頭的種類(lèi)、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(mǎn)足控制線路的要求。如果控制電流超過(guò)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(lái)提高觸頭的分短能力。</p><p>　　b.時(shí)間繼電器選用時(shí)應(yīng)考慮延時(shí)方

74、式、延時(shí)范圍、延時(shí)精度要求、外形尺寸、安裝方式、價(jià)格等因素。</p><p>　　c.熱繼電器發(fā)熱元件額定電流，原則上按被控制電動(dòng)機(jī)的額定電流選取，并依此選擇發(fā)熱元件編號(hào)和一定的調(diào)節(jié)范圍。</p><p>　　4.8 熔斷器的選擇</p><p>　　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(duì)于負(fù)載平穩(wěn)、無(wú)沖擊電流，而對(duì)于像電動(dòng)機(jī)一類(lèi)有沖擊負(fù)責(zé)，熔體

75、額定電流可按下式計(jì)算值選取。</p><p>　　單臺(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作：由［7］ </p><p>　　IR=（1.5~2.5）IN （4－5）</p><p>　　多臺(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期共用一個(gè)熔斷器保護(hù)：由［7］</p><p>　　IR=（1.5~2.5）INmax+∑IN

76、 （4－6）</p><p>　　式中，INmax為容量最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流；∑IN是除容量最大的電動(dòng)機(jī)之外，其余電動(dòng)機(jī)額定電流之和。</p><p>　　4.9 傳感器的選擇</p><p>　　我選擇的是投入式壓力傳感器其原理如下：</p><p>　　鋼弦固定在上下夾塊之間，弦中央固定一塊純鐵，靠近純鐵

77、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(guò)線圈時(shí)，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(dòng)，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(dòng)勢(shì)并以交流電信號(hào)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(shí)，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(dòng)的頻率亦發(fā)生變化，

78、輸出電信號(hào)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(cè)量如圖4－2：</p><p>　　圖4-2 投入壓力傳感器原理圖</p><p>　　4.10 電動(dòng)執(zhí)行器的選擇</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置需要我選擇DJK型角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　4.10.1 用途</b>

79、;</p><p>　　DKJ型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是DDZ-II型電動(dòng)單元組合式檢測(cè)調(diào)節(jié)儀表中的執(zhí)行單元。它以電源為動(dòng)力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)0-10mA（直流），將此轉(zhuǎn)變成與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角位移，自動(dòng)地操縱風(fēng)門(mén)擋板、閥門(mén)，完成自動(dòng)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(mén)。</p><p>　　使用DKJ型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，配用DFD-09型電動(dòng)操作器，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)手

80、動(dòng)和自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)的切換。</p><p><b>　　4.10.2 型號(hào)</b></p><p>　　DKJ-210 </p><p>　　出軸力矩：100N.m</p><p>　　出軸每轉(zhuǎn)時(shí)間：100S</p><p>　　供電電源：?jiǎn)蜗郪AC</p><p><

81、;b>　　消耗功率：20W</b></p><p><b>　　重量：31Kg</b></p><p>　　4.10.3 主要技術(shù)性能</p><p>　　輸入信號(hào)0-10mA DC 回差≤1.5%</p><p>　　出軸力矩100N.m純滯后≤1S&l

82、t;/p><p>　　出軸每轉(zhuǎn)時(shí)間100S 電源電壓220V 50Hz</p><p>　　出軸有效位移 0-90°（轉(zhuǎn)角） 使用環(huán)境溫度</p><p>　　輸入電阻200歐伺服放大器0-+50℃</p><p>　　輸入通道3個(gè)互相隔執(zhí)行機(jī)構(gòu)-10-+55℃</p

83、><p>　　死區(qū)≤3%使用環(huán)境濕度伺服放大器≤85</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu) ≤95%</p><p>　　4.10.4 工作原理</p><p>　　DKJ型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用一個(gè)單相伺服電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)的位置伺服機(jī)構(gòu)，其系統(tǒng)方塊如圖4－3下：</p><p>　　ZPE——伺服放大器<

84、/p><p>　　SD——單相伺服電動(dòng)機(jī)</p><p><b>　　WF——位置發(fā)送器</b></p><p><b>　　J——減速機(jī)</b></p><p>　　DJD——電動(dòng)操作器</p><p>　　圖4-3 DKJ型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方塊圖</p><

85、;p>　　4.11 CPU的選擇</p><p>　　因?yàn)檫x擇單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這次實(shí)驗(yàn)裝置的自動(dòng)控制，所以選擇芯片很重要。</p><p>　　這里選擇的是51系列的CPU</p><p>　　51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(shí)鐘輸出；128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（8031無(wú)）；趁許存儲(chǔ)器的尋址范圍為64K字

86、節(jié)；21個(gè)字節(jié)專(zhuān)用寄存器；4個(gè)8位并行I/O接口，可多機(jī)通信；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)；111條指令，含乘法指令和出發(fā)指令；有強(qiáng)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。</p><p>　　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(chǔ)器增至256個(gè)字節(jié)；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至8KB（8032無(wú)）；有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；有6個(gè)中斷源。其他

87、性能均與51子系列相同。</p><p>　　這樣看來(lái)52系列的單片機(jī)的功能在某些方面比51子系列強(qiáng)的多，但是由于這里的實(shí)驗(yàn)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)。</p><p>　　51子系列的單片機(jī)可分8031、8051、和8751三種機(jī)型，8031內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器；8051內(nèi)有4k字節(jié)的掩膜程序存儲(chǔ)器；8751內(nèi)有4k字節(jié)的EPROM。</p>

88、<p>　　這三種芯片沒(méi)有多少本質(zhì)的區(qū)別，它們所代表的是三個(gè)不同的版本。</p><p>　　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(gè)特殊寄存器、4個(gè)8位并行口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　8751：僅僅是將8051的4KB ROM改為4KB EPROM。</p><p&

89、gt;　　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(chǎng)上這種單片機(jī)漸漸被淘汰。</p><p>　　所以根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的需要這里選擇的是89C51的單片機(jī)。</p><p>　　作為CPU的芯片選擇AT89C51：帶有4K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器的8位微控制器AT89S51這是一個(gè)帶有4K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低功能，高性能

90、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(chǔ)器；它可以進(jìn)行1000次寫(xiě)/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(shí)的頻率為0HZ-16MHZ；它具有三級(jí)程序存儲(chǔ)鎖存；它有32根可編程I/O接口線；它有2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器；有5個(gè)中斷源；有可編程串行口；有低功率休眠和功率下降模式；</p><

91、p><b>　　其極限參數(shù)為：</b></p><p>　　工作環(huán)境溫度范圍：-55℃-125℃</p><p>　　存儲(chǔ)溫度：-65℃-150℃</p><p>　　與地相連任一腳電壓-1.0-7.0V</p><p>　　最大工作電壓：6.6VA</p><p>　　直流輸出電壓：5.0

92、MA</p><p>　　4.12 如何根據(jù)控制要求選擇PLC機(jī)型</p><p>　　如何根據(jù)控制要求來(lái)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(shí)，根據(jù)自己的需要，既不能選擇比實(shí)際運(yùn)用多的多的點(diǎn)數(shù)，也不能使點(diǎn)數(shù)不夠用，F(xiàn)X2N 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(shí)考慮到以下幾點(diǎn)就可以了。</p><p>　　a.分析系統(tǒng)類(lèi)型是屬于單

93、位控制對(duì)象的小系統(tǒng)，還是慢過(guò)程大系統(tǒng)，或者實(shí)時(shí)控制快速系統(tǒng)等。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制器響應(yīng)速度有何要求。</p><p>　　b.有多少點(diǎn)開(kāi)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</p><p>　　c.有多少點(diǎn)開(kāi)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。</p><p>　　d.有多少模擬

94、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。</p><p>　　e.需否擴(kuò)展配置，若需擴(kuò)展配置，是采用本地?cái)U(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。</p><p>　　f.是否有特殊控制要求，如高速計(jì)數(shù)器、位控及運(yùn)動(dòng)控制單元、溫度單元、凸輪定位器、PID單元、語(yǔ)音單元等。</p><p>　　g.

95、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。</p><p>　　h.對(duì)于可靠性要求有多高，需否冷備份或熱備份。</p><p>　　i.控制機(jī)房與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是分開(kāi)還是一起。</p><p>　　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。</

96、p><p>　　4.13 選擇單片機(jī)的理由</p><p>　　近幾十年來(lái)，單片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公自動(dòng)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(jià)格低、可靠性高、靈活通用等優(yōu)點(diǎn)，因此在各種專(zhuān)業(yè)控制中也得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái)，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。</p>

97、<p>　　單片機(jī)在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中的迅猛發(fā)展，與單片機(jī)所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)有關(guān)：</p><p>　　單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)具有較強(qiáng)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(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，相當(dāng)多的測(cè)控功能由軟件實(shí)現(xiàn)，故具有柔性特點(diǎn)；有優(yōu)異的性能價(jià)格比。</p><p>　　機(jī)等等！而其中8位單片機(jī)又有很多派別，在中國(guó)主流分為：PIC、MC

98、S51、AVR等等！</p><p>　　自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過(guò)了近20年的發(fā)展路程?？v觀20年來(lái)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(dòng)，表現(xiàn)出較微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　4.13.1 單片機(jī)壽命長(zhǎng)</p><p>　　這里所說(shuō)的長(zhǎng)壽命分兩個(gè)方面:一

99、方面指用單片機(jī)開(kāi)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(zhǎng)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(lái)越快，以386、486、586為代表的MPU，很短的時(shí)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(duì)相應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)性，另一方面是由于以該類(lèi)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(jiàn)，一些成功上市的相對(duì)年

100、輕的CPU核心，也會(huì)隨著I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長(zhǎng)的生存周期。新的CPU類(lèi)型的加盟，使單片機(jī)隊(duì)伍不斷壯大，給用戶(hù)帶來(lái)了更多的選擇余地。</p><p>　　4.13.2 8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展</p><p>　　這是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)動(dòng)向。長(zhǎng)期以來(lái)，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以8位機(jī)為主的。隨著移動(dòng)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(zhǎng)

101、足的發(fā)展。以MOTOROLA68k為CPU的32位單片機(jī)為例，1997年的銷(xiāo)售量達(dá)8千萬(wàn)枚。過(guò)去認(rèn)為由于8位單片機(jī)功能越來(lái)越強(qiáng)，32位機(jī)越來(lái)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(wú)論從品種和產(chǎn)量方面，近年來(lái)都有較大幅度的增長(zhǎng)。</p><p>　　4.13.3 單片機(jī)的速度越來(lái)越快</p><p>　　MPU發(fā)展中表現(xiàn)出來(lái)的速度越來(lái)越快是以時(shí)鐘頻率越來(lái)越高為標(biāo)志的。而單片

102、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(shí)鐘頻率而不犧牲運(yùn)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(shí)序，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運(yùn)算速度提高了許多。MOTOROLA單片機(jī)則使用了鎖相環(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(shí)鐘頻率。68HC08單片機(jī)使用4.9M外部振蕩器而內(nèi)部時(shí)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(shí)鐘可達(dá)16MHz以上。</p

103、><p>　　4.13.4 低電壓低功耗</p><p>　　自80年代中期以來(lái)，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(shí)現(xiàn)了0.2um工藝，全靜態(tài)設(shè)計(jì)使時(shí)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

104、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(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來(lái)越寬。一般單片機(jī)都能在3—6V范圍內(nèi)工作，對(duì)電池供電的單片機(jī)不再需要對(duì)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(wèn)世。</p><p>　　4.13.5 低噪聲與高可靠性技術(shù)</p><p>　　為提高單片機(jī)系統(tǒng)

105、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(mǎn)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(guó)國(guó)家半導(dǎo)體NS的COP8單片機(jī)內(nèi)部增加了抗EMI電路，增強(qiáng)了“看門(mén)狗”的性能。MOTOROLA也推出了低噪聲的LN系列單片機(jī)。</p><p>　　壽命長(zhǎng)、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(shí)驗(yàn)裝置的需要所以在這里選擇單

106、片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這次實(shí)驗(yàn)裝置的自動(dòng)控制。</p><p><b>　　5 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　5.1 水槽尺寸計(jì)算 </p><p>　　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(shí)驗(yàn)中，打開(kāi)水泵抽水時(shí)，水裝滿(mǎn)水槽的時(shí)間既不能太長(zhǎng)也不能太短。為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，需要在2～3分鐘內(nèi)使水槽中的水達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要

107、的的液位。對(duì)于單回路反饋控制的實(shí)驗(yàn)，可以選擇兩分鐘內(nèi)使實(shí)驗(yàn)裝置中水位達(dá)到平衡。</p><p>　　水泵的流量Q為0.1 /min。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)裝置中水位達(dá)到平衡的時(shí)間h為3min。</p><p>　　設(shè)三個(gè)水槽的總體積為V。</p><p>　　則V=Qh =30.1=0.3 </p><p>　　由