基于智能儀表和adam模塊的過程控制畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　學(xué)院（系）： 電子與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指導(dǎo)教師 ： </p><p>　　完成日期

2、 2012 年 5 月</p><p>　　基于智能儀表和ADAM模塊的過程控制</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　Design of Process Control Experiment table Based on the Intelligent Instrument and ADAM M

3、odule</p><p>　　基于智能儀表和ADAM模塊的過程控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　自動(dòng)化專業(yè) </b></p><p>　　[摘 要] 本設(shè)計(jì)用智能儀表和ADAM模塊對(duì)模擬工程現(xiàn)場(chǎng)的壓力、溫度、流量、液位四大參數(shù)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)過程控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行單雙回路過程控制。具體包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)架安裝設(shè)計(jì)、交直流供電設(shè)計(jì)

4、、信號(hào)端子排設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、可控硅觸發(fā)電路設(shè)計(jì)、鍋爐防干燒聯(lián)鎖設(shè)計(jì)、ADAM模塊實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)等。繪制了詳細(xì)的工程圖和儀表數(shù)據(jù)表，可以作為自動(dòng)化學(xué)科教學(xué)科研的技術(shù)資料。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 智能儀表；ADAM模塊；實(shí)驗(yàn)臺(tái)；可控硅觸發(fā)器</p><p>　　Design of Process Control Experiment table Based on the Intel

5、ligent Instrument and ADAM Module</p><p>　　Abstract:The pressure,temperature,flow,liquid level will be controlled acting as four parameters by intelligent meter and ADAM module in this design,which simulate

6、engineering field,the bench about process coercion is designed that can control objects in single and double loop.The installation and design of bench shelf,AC/DC power supply,singnal terminal block,controlling circuit,S

7、CR trigger circuit .the heating of boiler without water is prevented,the experiment circuit of ADAM module are desig</p><p>　　Key words: Intelligent instrument; ADAM module; bench; scr triggers</p>&l

8、t;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 本課題在國(guó)內(nèi)（外）的研究現(xiàn)狀綜述1</p><p>　　1.2 本課題預(yù)期實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)可行性分析1</p><p>　　2 主要設(shè)備的簡(jiǎn)介2</p><p

9、>　　2.1 智能儀表的簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.1.1 型號(hào)定義2</p><p>　　2.1.2 技術(shù)規(guī)格4</p><p>　　2.1.3 儀表接線4</p><p>　　2.1.4 面板說明5</p><p>　　2.2 ADAM模塊的簡(jiǎn)介6</p><p>　　

10、2.3 西門子變頻器MM4406</p><p>　　2.4 空氣開關(guān)及線徑的選擇7</p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架安裝設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.2 信號(hào)端子排的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3 交直流供電設(shè)計(jì)14&

11、lt;/p><p>　　3.4 可控硅觸發(fā)電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5 鍋爐防干燒聯(lián)鎖設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6 ADAM模塊實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.7 控制電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　4 設(shè)備明細(xì)表21</p><p><b>　　

12、結(jié)束語23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 本課題在國(guó)內(nèi)（外）的研究現(xiàn)狀綜述</p><p&g

13、t;　　過程控制通常是指石油，化工，電力，冶金，輕工，建材，核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)工程自動(dòng)控制，它是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。</p><p>　　ADAM模塊是一種內(nèi)置微處理器的智能傳感器借口模塊，提供信號(hào)調(diào)節(jié)、隔離、搜索、A/D、D/A、DI、DO、數(shù)據(jù)比較和數(shù)據(jù)處理。 </p><p>　　智能儀表廣泛應(yīng)用于各類熱軋機(jī)、電熱器、電烘箱、烘房、燙光等電加熱設(shè)備

14、的升溫、恒溫、自動(dòng)控溫以及使用這類設(shè)備的生產(chǎn)線上。控制方式靈活，手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換方便，控溫精度高。智能調(diào)功器主要采用智能儀表AI-808、晶閘管模塊、觸發(fā)器、快熔等組成。該系統(tǒng)主要采用無觸點(diǎn)化，使得抗震、抗腐、抗干擾能力大大增強(qiáng)，具有高度的穩(wěn)定可靠性，體積小，安裝維修方便，是熱處理、化工、輕紡、食品、汽車、電子等行業(yè)設(shè)備更新?lián)Q代的新一代溫度控制裝置。</p><p>　　1.2 本課題預(yù)期實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)可行性分析<

15、/p><p>　　本研究將在智能儀表和ADAM模塊的過程控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)——實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)上研究以溫度、流量、液位等參數(shù)為控制對(duì)象的過程控制技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)室中“孝”字號(hào)過程控制實(shí)驗(yàn)裝置具有壓力、液位、流量、溫度等過程控制對(duì)象。</p><p>　　ADAM模塊作為控制平臺(tái)的前后向數(shù)據(jù)通道，可以采集電壓、電流等模擬量輸入信號(hào)，也是一種內(nèi)置微處理器的智能的傳感器接口模塊，提供信號(hào)調(diào)節(jié)、隔離、搜索、A/D

16、、D/A、DI、DO、數(shù)據(jù)比較和數(shù)據(jù)通訊。</p><p>　　智能儀表AI-808溫度調(diào)節(jié)控制儀采用嵌入式系統(tǒng)，內(nèi)嵌式PID自整定功能，根據(jù)要求可設(shè)定升溫還是降溫控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器的不同類型，可自由設(shè)置其類型（接入熱電偶、熱電阻和線性電壓、線性電流等），并可自由設(shè)置為0—10V，1—10mA，4—20mA標(biāo)準(zhǔn)輸出控制信號(hào)。其輸出功率與控制電壓或電流成正比。調(diào)節(jié)方式：可采用位式調(diào)節(jié)方式或采用AI人工智能調(diào)節(jié)

17、，包含模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的控制算法，既可閉環(huán)控制也可開環(huán)使用，手動(dòng)調(diào)節(jié)給定電位器，達(dá)到控溫的目的。 AI-808人工智能儀表具有分段功率限制和程序編排及多曲線程序的編排方法，增加通訊模塊可與上位機(jī)通訊組成通訊網(wǎng)絡(luò)可對(duì)多臺(tái)溫控制柜進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制，同時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)需要選擇不同的安裝模塊[1]。以溫度、壓力、流量、液位四大參數(shù)為控制對(duì)象的過程控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的主要方面。運(yùn)用計(jì)算機(jī)、智能儀表、ADAM模塊、傳感器、流量調(diào)節(jié)

18、閥等組成控制系統(tǒng)，對(duì)模擬工業(yè)對(duì)象的過程控制實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行控制是接近工程實(shí)際的自動(dòng)化技術(shù)學(xué)習(xí)載體。</p><p><b>　　2 主要設(shè)備的簡(jiǎn)介</b></p><p>　　2.1 智能儀表的簡(jiǎn)介</p><p>　　2.1.1 型號(hào)定義</p><p>　　AI系列儀表硬件采用了先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)，具備5個(gè)功能模塊插座：輔

19、助輸入、主輸出、報(bào)警、輔助輸出及通訊。模塊可以與儀表一起購(gòu)買也可以分別購(gòu)買，自由組合。儀表的輸入方式可自由設(shè)置為常用各種熱電偶、熱電阻和線性電壓（電流）。AI系列人工智能調(diào)節(jié)儀表共由8部分組成，例如：</p><p>　　AI－808 A N X3 L5 N S4 — 24VDC</p><p>　　① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧</p>

20、<p>　　這表示一臺(tái)儀表：①基本功能為AI-808型；②面板尺寸為A型（96×96mm）；③輔助輸入（MIO）沒有安裝模塊；④主輸出（OUTP）安裝X3線性電流輸出模塊；⑤報(bào)警（ALM）安裝L5雙路繼電器觸點(diǎn)輸出模塊；⑥輔助輸出（AUX）沒有安裝模塊；⑦通訊（COMM）裝有自帶隔離電源的光電隔離型RS485通訊接口S4；⑧儀表供電電源為24VDC電源。儀表型號(hào)中8個(gè)部分的含義如下：</p><

21、;p>　?、?表示儀表基本功能。</p><p>　?、?表示儀表面板尺寸規(guī)格。</p><p>　　A（A2帶25段4級(jí)亮度光柱）面板96×96mm，開口92×92mm，插入深度為100mm；B 面板160×80mm（寬×高），橫式，開口152×76mm，插入深度為100mm；C（C3帶50段2級(jí)亮度光柱）面板80×160

22、mm（寬×高），豎式，開口76×152mm，插入深度為100mm；D 面板72×72mm，開口68×68mm，插入深度為95mm；E 面板48×96mm（寬×高），開口45×92mm，插入深度為100mm；E5 無顯示面板，采用DIN導(dǎo)軌安裝方式，48×96×110mm（寬×高×深）；F 面板96×48mm（寬

23、5;高），開口92×45mm，插入深度為100mm。</p><p>　?、郾硎緝x表輔助輸入（MIO）安裝的模塊，N表示沒有安裝，下同；I4 可擴(kuò)充0～20mA或4～20mA電流信號(hào)輸入，并且內(nèi)置24VDC電源輸出，可直接連接二線制變送器；I5 開關(guān)量輸入模塊，可在外部連接一開關(guān)，開關(guān)斷開時(shí)給定值SV=SP1，開關(guān)閉合時(shí)SV=SP2；V24／12／V10／U5 分別為24V、12V、10V及5VDC電源

24、輸出模塊，最大電流50mA，可供外部傳感器等使用。</p><p>　?、鼙硎緝x表主輸出（OUTP）安裝的模塊，用于儀表調(diào)節(jié)輸出或SV/PV的變送輸出；L1 單路繼電器輸出模塊，250VAC/2A，采用優(yōu)質(zhì)國(guó)產(chǎn)繼電器；L2 小體積單路繼電器輸出模塊，250VAC/1A，采用進(jìn)口品牌繼電器；L4 單路繼電器輸出模塊，250VAC/2A，采用進(jìn)口品牌繼電器；L5 雙路進(jìn)口品牌繼電器常開觸點(diǎn)輸出模塊，OP1及OP2分別

25、控制閥門電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)；K1 “燒不壞”單路可控硅過零觸發(fā)輸出模塊，可觸發(fā)5～500A雙向或二個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅；K3 “燒不壞”三路可控硅過零觸發(fā)輸出模塊，每路可觸發(fā)5～500A雙向或二個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅；K5 “燒不壞”單路可控硅移相觸發(fā)輸出模塊，適合200～240VAC電網(wǎng)；K6 “燒不壞”單相可控硅移相觸發(fā)輸出模塊，適合340～415VAC電網(wǎng)范圍使用；X3 光電隔離型線性電流輸出模塊，支持0～20mA及4～20mA輸出，占

26、用儀表內(nèi)部12VDC電源；X5 自帶隔離電源的光電隔離型線性電流輸出模塊，支持0～20mA及4～20mA輸出，不占用儀表內(nèi)部12VDC電源；W1 可控硅無觸點(diǎn)常開式開關(guān)輸出模塊，容量為100～240VAC/0.2A，</p><p>　?、荼硎緝x表報(bào)警（ALM）安裝的模塊（用于儀表AL1及AL2報(bào)警輸出）。</p><p>　　L1／L2／L4 單路繼電器輸出模塊，可支持AL1一路報(bào)警；L

27、5 雙路繼電器常開觸點(diǎn)輸出模塊，支持AL1及AL2二路報(bào)警。</p><p>　?、薇硎緝x表輔助輸出（AUX）安裝的模塊（用于儀表AU1、AU2報(bào)警或調(diào)節(jié)輔助輸出）。</p><p>　　L1／L2／L4 單路繼電器輸出模塊，可支持AU1一路報(bào)警或作為加熱/冷卻輸出的輔助輸出；L5 雙路繼電器常開觸點(diǎn)輸出模塊，支持AU1及AU2二路報(bào)警；G 固態(tài)繼電器（SSR）電壓輸出模塊，規(guī)格為12VD

28、C/30mA；W1 可控硅無觸點(diǎn)常開式開關(guān)輸出模塊，容量為100～240VAC/0.2A，具備“燒不壞”特點(diǎn)；K1 “燒不壞”單路可控硅過零觸發(fā)輸出模塊，可觸發(fā)5～500A雙向或二個(gè)反并聯(lián)的單向可控硅；X3 光電隔離型線性電流輸出模塊，支持0～20mA及4～20mA輸出，占用儀表內(nèi)部12VDC電源；X5 自帶隔離電源的光電隔離型線性電流輸出模塊，支持0～20mA及4～20mA輸出，不占用儀表內(nèi)部12VDC電源；R 光電隔離的RS232C

29、通訊接口，使用儀表內(nèi)部12VDC電源。</p><p>　　⑦表示儀表通訊（COMM）安裝的模塊。</p><p>　　X3 光電隔離型線性電流輸出模塊，支持變送輸出，占用儀表內(nèi)部12VDC電源；X5 自帶隔離電源的光電隔離型線性電流輸出模塊，支持變送輸出，不占用儀表內(nèi)部12VDC電源；S 光電隔離的RS485通訊模塊，使用儀表內(nèi)部12VDC電源；光電隔離的RS485通訊接口，自帶隔離DC

30、/DC電源轉(zhuǎn)換器，不占用儀表內(nèi)部電源。</p><p>　　⑧表示儀表供電電源：不寫表示使用100～240VAC電源，24VDC表示使用20-32VDC或AC電源。</p><p>　　注1：K3模塊需要占用OUTP及MIO供2個(gè)模塊插座位置，OUTP選擇安裝K3后，MIO位置不能再安裝模塊。此時(shí)若需要給定值切換功能，可將I5模塊安裝在COMM位置并設(shè)置Baud參數(shù)為1，可替換MIO實(shí)現(xiàn)該

31、功能[3]。</p><p>　　注2：V24、V10、V12及U5等電源輸出類模塊通常為外部的傳感器、變送器反饋電阻提供電源，除D2尺寸儀表無法安裝這種模塊外，這種模塊可安裝在任何模塊插座上，但為使接線規(guī)范，建議依據(jù)模塊位置是否空閑依序安裝在MIO、AUX和COMM的位置上。</p><p>　　2.1.2 技術(shù)規(guī)格</p><p>　　(1)輸入規(guī)格（一臺(tái)儀表即

32、可兼容）：熱電偶：K、S、R、T、E、J、B、N、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26；熱電阻：Cu50、Pt100，線性電壓：0～5V、1～5V、0～1V、0～100mV、0～60mV、0～20mV等；0～10V（需在MIO位置安裝I31模塊）；線性電流（需外接精密電阻分流或在MIO位置安裝I4模塊）：0～20mA、4～20mA等；線性電阻：0～80歐、0～400歐（可用于測(cè)量遠(yuǎn)傳電阻壓力表）。</p><p

33、>　　(2)測(cè)量范圍：K(-100～+1300℃)、S(0～1700℃)、R（0～1700℃）、T（-200～+390℃）、E(0～1000℃)、J(0～1200℃)B（600～1800℃）、N(0～1300℃)、WRe3-WRe25（0～2300℃）、WRe5-WRe26（0～2300℃）Cu50(-50～+150℃) 、Pt100(-200～+800℃)；線性輸入：-9990～+30000由用戶定義；(3)測(cè)量精度：0.2級(jí)（

34、0.2%FS±0.1℃）。</p><p>　　(4)分辨率：0.1℃（當(dāng)測(cè)量溫度大于999.9℃時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為按1℃顯示），可選擇按1℃顯示。</p><p>　　(5)溫度漂移：≤0.01%FS/℃（典型值約50ppm/℃）。</p><p>　　(6)響應(yīng)時(shí)間：≤0.3秒（設(shè)置數(shù)字濾波參數(shù)dL=0時(shí)）。</p><p>　　(7

35、)調(diào)節(jié)方式：位式調(diào)節(jié)方式（回差可調(diào)）；AI人工智能調(diào)節(jié)，包含模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進(jìn)控制算法。</p><p>　　(8)輸出規(guī)格（模塊化）：繼電器觸點(diǎn)開關(guān)輸出（常開+常閉）：250VAC/1A 或30VDC/1A；可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)輸出（常開或常閉）：100～240VAC/0.2A（持續(xù)），2A（20mS瞬時(shí)，重復(fù)周期大于5S）；SSR電壓輸出：12VDC/30mA (用于驅(qū)動(dòng)SSR固態(tài)繼電器)；

36、可控硅觸發(fā)輸出：可觸發(fā)5～500A的雙向可控硅、2個(gè)單向可控硅反并聯(lián)連接或可控硅功率模塊；線性電流輸出：0～10mA或4～20mA可定義(安裝X模塊時(shí)輸出電壓≥10.5V；X4模塊輸出電壓≥7V)。</p><p>　　(9)電磁兼容：IEC61000-4-4（電快速瞬變脈沖群），±4KV/5KHz；IEC61000-4-5（浪涌），4KV。</p><p>　　(10)隔離耐壓

37、：電源端、繼電器觸點(diǎn)及信號(hào)端相互之間≥2300VDC；相互隔離的弱電信號(hào)端之間≥600VDC。</p><p>　　(11)電源：100～240VAC，-15%，+10% / 50～60Hz；或24VDC/AC，-15%，+10%。</p><p>　　(12)電源消耗：≤5W。</p><p>　　(13)使用環(huán)境：溫度-10～+60℃；濕度≤90%RH。<

38、/p><p>　　2.1.3 儀表接線</p><p>　　D 型面板儀表（72mmX72mm）接線圖如下[1]：</p><p>　　注1：線性電壓量程在1V以下的由13、12端輸入，0～5V及1～5V的信號(hào)由11、12端輸入。</p><p>　　注2：4～20mA線性電流輸入可用250歐電阻變?yōu)?～5V電壓信號(hào)，然后從11、12端輸入。&l

39、t;/p><p>　　注3：COMM位置安裝S或S4通訊接口模塊時(shí)用于通訊；安裝繼電器/無觸點(diǎn)開關(guān)/SSR電壓輸出模塊時(shí)用于AL1報(bào)警輸出；安裝I5模塊并將Baud參數(shù)設(shè)置為1，則可虛擬MIO模塊開關(guān)量輸入功能，在3、4端外接的開關(guān)實(shí)現(xiàn)SV1/SV2切換。其儀表接線如下圖1所示。</p><p>　　圖1 D 型面板儀表（72mmX72mm）接線圖</p><p>　　

40、2.1.4 面板說明 </p><p>　　面板如下圖：① 上顯示窗 ② 下顯示窗 ③ 設(shè)置鍵④ 數(shù)據(jù)移位（兼手動(dòng)/自動(dòng)切換） ⑤ 數(shù)據(jù)減少鍵 ⑥ 數(shù)據(jù)增加鍵 ⑦ 10個(gè)LED指示燈，其中MAN燈滅表示自控制狀態(tài)，亮表示手動(dòng)輸出狀態(tài)；PRG表示儀表處于程序控制狀態(tài)；M2、OP1、OP2、AL1、AL2、AU1、AU2等分別對(duì)應(yīng)模塊輸入輸出動(dòng)作；COM燈亮表示正與上位機(jī)進(jìn)行通訊。其面板如下圖2所示。</p&g

41、t;<p><b>　　圖2 面板圖</b></p><p>　　2.2 ADAM模塊的簡(jiǎn)介</p><p>　　ADAM模塊我們選擇研華RS-485 I/O模塊(ADAM-4000和ADAM-5000/485系列)各個(gè)模塊簡(jiǎn)介如下：</p><p>　　ADAM-4017是16位8通道的模擬量輸入模塊，可以采集電壓、電流等模擬量

42、輸入信號(hào),另外ADAM-4017還支持6路差分，2路單端信號(hào)，輸入范圍+/-150mV，+/-500mV，+/-1V，+/-5V，+/-10V，+/-20mA。如果測(cè)試電流信號(hào)，需在該通道的輸入端口并聯(lián)一125歐姆的精密電阻[4]。</p><p>　　ADAM-4021是1路模擬量輸出通道，分辨率為12位，輸出范圍0-20mA，4-20mA，0-10V。作為模擬量輸出模塊，它接收到主機(jī)的請(qǐng)求信號(hào)后，就將數(shù)據(jù)通過

43、RS-485網(wǎng)絡(luò)按照所需的格式發(fā)送出去。</p><p>　　ADAM-4520隔離轉(zhuǎn)換器可在以前配置的RS-232系統(tǒng)中充分利用RS-422和RS-485的優(yōu)點(diǎn)。它可以將RS-232信號(hào)轉(zhuǎn)換為隔離RS-422或RS-485信號(hào)。不需要對(duì)PC硬件或軟件做任何修改。ADAM-4520可以讓使用標(biāo)準(zhǔn)的PC硬件構(gòu)建一個(gè)工業(yè)級(jí)、長(zhǎng)距離通訊的系統(tǒng)，僅需兩根導(dǎo)線就可以構(gòu)建一個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)。傳輸速率最高可達(dá)115.2Kbp

44、s[5]。</p><p>　　2.3 西門子變頻器MM440</p><p>　　MICROMASTER 440屬于通用型變頻器，驅(qū)動(dòng)功率配比范圍0.12kW/250kW，完全可以驅(qū)動(dòng)0.5hp的磁力驅(qū)動(dòng)泵。輸入電源為三相交流電，輸出直接供給電機(jī)，接法均為三相四線制，動(dòng)力電有一定的危險(xiǎn)性，接線端子務(wù)必密封性良好，以防觸電事故的發(fā)生。它具有過流、欠壓等跳閘保護(hù)，并有指示燈顯示其工作狀態(tài)或故

45、障類型。它的控制輸入為智能儀表提供的4～20mA電流信號(hào)，其輸出為0～380V AC送給磁力驅(qū)動(dòng)泵[6-7]。其實(shí)際接線如下：</p><p>　　模擬量輸入：選用端子（3）“ADC1+”和端子（4）“ADC1-”向變頻器傳送信號(hào)。數(shù)字量輸入：用5，7，9三個(gè)端子輸，5、9兩端子用作電機(jī)開關(guān)，用來控制電機(jī)的啟動(dòng)。而7、9兩端子表示電機(jī)的復(fù)位作用[8]。其變頻器接線圖如圖3所示。</p><p&

46、gt;　　圖3 儀表輸出控制變頻器的模擬量信號(hào)接線圖</p><p>　　2.4 空氣開關(guān)及線徑的選擇</p><p>　　空氣開關(guān)是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的一種電器，它集控制多種保護(hù)功能于一身?？諝忾_關(guān)也就是斷路器，在電路中作接通、分?jǐn)嗪统休d額定工作電流，并能在線路和電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載、短路、欠壓的情況下進(jìn)行可靠的保護(hù)。斷路器的動(dòng)、靜觸頭及觸桿設(shè)計(jì)成平行狀，利用短路產(chǎn)生的電動(dòng)斥

47、力使動(dòng)、靜觸頭斷開，分?jǐn)嗄芰Ω?，限流特性?qiáng)[9]。</p><p>　　目前家庭常使用DZ系列的空氣開關(guān)，主要型號(hào)有：C16、C25 、C32 、C40、C60、C80、C100、C120等。工業(yè)上常見的型號(hào)有，DW和DZ型，20，32，50，63，80，100，125，160，250等。下圖4為DZ47型空氣開關(guān)。</p><p><b>　　圖4 空氣開關(guān)</b>

48、</p><p>　　空氣開關(guān)是用來保護(hù)電線及防止火災(zāi)，所以要根據(jù)電線的大小選配而不是根據(jù)電器功率的大小選配的。如果空氣開關(guān)選用太大，就不能保護(hù)電線，當(dāng)電線超載，空氣開關(guān)仍不會(huì)跳，就會(huì)為家庭安全帶來隱患。所以應(yīng)該先檢查電線的大小，如果電線允許更大的空氣開關(guān)，則可以換大一點(diǎn)的空氣開關(guān)。1.5平方線配C10的開關(guān)，2.5平方線配C16或20的開關(guān)，4平方線配C25的開關(guān)，六平方線配C32的開關(guān)。如果電線太小，應(yīng)該給大

49、功率用電器配專用線[7]。</p><p>　　一般銅線如何選擇，需要根據(jù)導(dǎo)線截面積與電流的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，安全計(jì)算方法是： </p><p>　　2.5平方毫米銅電源線的安全載流量－－28A。 </p><p>　　4平方毫米銅電源線的安全載流量－－35A 。 </p><p>　　6平方毫米銅電源線的安全載流量－－48A 。 </p&

50、gt;<p>　　10平方毫米銅電源線的安全載流量－－65A。 </p><p>　　16平方毫米銅電源線的安全載流量－－91A 。 </p><p>　　25平方毫米銅電源線的安全載流量－－120A。</p><p>　　經(jīng)過對(duì)負(fù)載電流的計(jì)算，并根據(jù)線徑安全計(jì)算方法，我們選擇的線徑分別為6㎡、6㎡、6㎡、4㎡（毫米）對(duì)應(yīng)的空氣開關(guān)分別為C32、C32

51、、C32、C25。能夠滿足用電器的需要。</p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架安裝設(shè)計(jì)</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)目的在于模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)時(shí)力求與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)保持一致。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)由基座和控制面板兩大部分組成?；腥卿撏ㄟ^人工截取和固定組建而成，主要為控制臺(tái)提供支撐

52、。具體形狀為一個(gè)長(zhǎng)方體，長(zhǎng)、寬、高，分別為100cm、50cm、150cm。上面固定一塊等大的PV塑料板。控制面板由PV塑料板通過三角鋼固定豎立在控制臺(tái)正中間?？刂泼姘彘L(zhǎng)、寬，分別為100cm、50cm。各種設(shè)備安裝在控制面板正面，配電線路以及端子排一律安裝在控制面板后面，此舉既能方便操作，又能有效的保護(hù)人身安全，符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)則。</p><p>　　為完成控制要求本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要選用的設(shè)備有智能儀表、ADAM

53、模塊、變頻器、可控硅觸發(fā)器、空開開關(guān)、按鈕等。具體安裝位置為，左上方是防干燒連鎖所用的智能儀表LISA-301，智能LISA-301的右側(cè)是變頻器MMV440，變頻器的下方是兩個(gè)開關(guān)按鈕，分別是變頻器啟動(dòng)和復(fù)位開關(guān)按鈕，變頻器的右側(cè)是依次是4個(gè)智能儀表（PIC101、TIC101、XIC101、FIT101），其中智能儀表XIC101、FIT101下方分別是XIC102、FIT102，他們分別控制著壓力、溫度、液位、流量等參數(shù)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象

54、；在智能TIC101的下方是可控硅觸發(fā)器，它和智能儀表TIC101、LISA-301共同組成溫度控制實(shí)驗(yàn)。面板的右下方安裝ADAM模塊的啟動(dòng)按鈕和ADAM模塊，左下方安裝空氣開關(guān)和開關(guān)指示燈。一共有四個(gè)空氣開關(guān)，從左到右分別命名為一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)。其中一號(hào)開關(guān)控制變頻器，二號(hào)開關(guān)控制儀表PIC101、TIC101，三號(hào)開關(guān)控制ADAM模塊、兩個(gè)流量變送器FIT101、FIT102、24V直流電源、220V單相電源，四號(hào)開關(guān)控制加熱

55、絲。我們用四個(gè)空氣開關(guān)對(duì)各個(gè)設(shè)備及對(duì)象分開控制。這樣做的好處是各</p><p>　　圖5 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的正視圖</p><p>　　圖6 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的側(cè)視圖</p><p>　　圖7 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的后視圖</p><p>　　3.2 信號(hào)端子排的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了方便線路的布局，首先將實(shí)驗(yàn)中所用到的各個(gè)控制設(shè)備的接線端子

56、，全都接到控制面板后面的端子排上，然后按照一定的順序排列，并標(biāo)記上各個(gè)儀表設(shè)備的名稱、代碼，以便后面的實(shí)驗(yàn)接線?，F(xiàn)端子排圖如下圖8、9、10所示。</p><p><b>　　圖8 上排端子</b></p><p><b>　　圖9 中排端子</b></p><p><b>　　圖10 下排端子</b>

57、;</p><p>　　3.3 交直流供電設(shè)計(jì)</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)臺(tái)總的供電電線采用三相四線制，將此電線由實(shí)驗(yàn)室配電箱引出并接入實(shí)驗(yàn)臺(tái)的配電盒。再根據(jù)需要由配電盒引入各個(gè)空氣開關(guān)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，從左到右依次命名為一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、四號(hào)開關(guān)，其中一號(hào)四號(hào)空氣開關(guān)引入三相電，二號(hào)三號(hào)空氣開關(guān)引入單相電。一號(hào)開關(guān)需要給變頻器供電，所以引入三相電；二號(hào)三號(hào)開關(guān)所接的用電器只需單相供電所以只

58、引入單相電；四號(hào)開關(guān)需要對(duì)三只加熱絲供電所以引入三相電[10]。電氣原理圖如下圖11所示。</p><p><b>　　圖11 電氣原理圖</b></p><p>　　3.4 可控硅觸發(fā)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)中，可控硅觸發(fā)器和溫度控制儀表、防干燒連鎖儀表共同組成溫度控制實(shí)驗(yàn)，用可控硅觸發(fā)器控制加熱絲，以實(shí)現(xiàn)溫度的控制，實(shí)驗(yàn)原

59、理如下圖12所示。</p><p>　　圖12 溫度單回路原理圖</p><p>　　AIJK系列是應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)的智能化三相移相觸發(fā)及周波過零兩用觸發(fā)器，功能強(qiáng)大且可靠性高，能適應(yīng)各種電阻絲、硅碳棒及負(fù)載采用變壓器降壓的硅鉬棒、鎢絲等各種類型工業(yè)電爐，也可用于電機(jī)軟啟動(dòng)的控制，其主要特點(diǎn)包過：</p><p>　　0-20mA(0-5V）/4-20mA(1-5V

60、)信號(hào)兼容輸入；</p><p>　　采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行線性化功率修正，當(dāng)負(fù)載為阻性時(shí)，其輸出功率與輸入信號(hào)能正比；</p><p>　　缺相檢測(cè)、過流檢測(cè)及報(bào)警功能；AIJK3還具備可控硅擊穿及負(fù)載開路檢測(cè)功能；</p><p>　　自動(dòng)同步功能，連接可控硅觸發(fā)線時(shí)不需要對(duì)相序；AIJK3甚～不需要對(duì)極性；</p><p>　　采用全光電隔

61、離及“燒不壞”技術(shù)，可靠性非常高，對(duì)輸入端造成干擾??；</p><p>　　電流反饋或延遲時(shí)間可調(diào)的軟啟動(dòng)/軟停止功能，可適應(yīng)硅鉬棒、鎢絲、電動(dòng)機(jī)及感性負(fù)載；</p><p>　　內(nèi)含開關(guān)電源，可直接用220VAC電源供電，并具備5V及24V兩組直流電源輸出[11]。</p><p>　　其實(shí)物圖和接線圖如圖13、14所示。</p><p>

62、　　圖13 AIJK3型三相移相/周波過零可控硅調(diào)功觸發(fā)器</p><p><b>　　圖14 接線端子圖</b></p><p>　　3.5 鍋爐防干燒聯(lián)鎖設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要由LISA-301儀表來測(cè)量鍋爐內(nèi)的液位值的高低來實(shí)現(xiàn)防干燒聯(lián)鎖。在儀表LISA-301參數(shù)中設(shè)置鍋爐液位的上限值、下限值分別為320毫米、250毫米，

63、由于儀表LISA-301所接的觸點(diǎn)是常閉觸點(diǎn)，因此當(dāng)鍋爐內(nèi)的液位低于250毫米時(shí)，加熱絲裸漏在空氣中，為了防止干燒燒壞加熱絲，使其常閉觸點(diǎn)斷開，TY-101控制觸發(fā)器、可控硅、加熱絲停止加熱；當(dāng)儀表所測(cè)得鍋爐中的液位高于上限值320毫米時(shí)，水從鍋爐上端出水口流出，進(jìn)而使整個(gè)溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)[12]。防干燒聯(lián)鎖如下圖15所示。</p><p>　　圖15 防干燒聯(lián)鎖圖</p><p>

64、;　　3.6 ADAM模塊實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中ADAM模塊主要用于A/D、D/A轉(zhuǎn)換，接受模擬量信號(hào)，輸出模擬量信號(hào)或數(shù)字量信號(hào)，充當(dāng)控制器與被控對(duì)象間的橋梁。ADAM4017是16位8通道的模擬量輸入模塊，ADAM4021做模擬量輸出通道，ADAM4520用于通訊，可將RS-232信號(hào)轉(zhuǎn)換為隔離RS422或RS485信號(hào)[13]。</p><p>　　ADAM

65、安裝圖如下圖16所示。</p><p>　　圖16 ADAM安裝圖</p><p>　　3.7 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)用智能儀表和ADAM模塊對(duì)模擬工程現(xiàn)場(chǎng)的壓力、溫度、流量、液位四大參數(shù)進(jìn)行控制，并使其能夠?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行單雙回路過程控制，設(shè)計(jì)了以下各個(gè)對(duì)象的控制電路如下圖17、18、19、20、21所示[14-15]。</p>&

66、lt;p>　　圖17 壓力單回路控制接線圖</p><p>　　圖18 流量單回路控制接線圖</p><p>　　圖19 液位單回路控制接線圖</p><p>　　圖20 溫度單回路控制接線圖</p><p>　　圖21 液位-流量串級(jí)控制接線圖</p><p><b>　　4 設(shè)備明細(xì)表</b&

67、gt;</p><p>　　實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)備明細(xì)表如表1所示。</p><p><b>　　表1設(shè)備明細(xì)表</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　為期16周的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在設(shè)計(jì)當(dāng)中檢驗(yàn)了大學(xué)二年學(xué)習(xí)的知識(shí)，也學(xué)到了好多實(shí)用的技術(shù)，受益頗多。本次設(shè)計(jì)總體實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任

68、務(wù)的要求，進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架安裝設(shè)計(jì)、交直流供電設(shè)計(jì)、信號(hào)端子排設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、可控硅觸發(fā)電路設(shè)計(jì)、鍋爐防干燒聯(lián)鎖設(shè)計(jì)、ADAM模塊實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)有了更一步的掌握。但在設(shè)計(jì)的過程中，也遇到了一些技術(shù)性的問題。</p><p>　　在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上變頻器的位置時(shí)，需要考慮變頻器的散熱問題，變頻器的下方要預(yù)留出足夠的散熱空間；變頻器和可控硅觸發(fā)器都是三相電，但可控硅觸發(fā)器缺相時(shí)不能實(shí)現(xiàn)溫度的控制，需要接線時(shí)要注意缺相問

69、題；信號(hào)端子排為了方便查找，需要按照ADAM模塊、儀表、現(xiàn)場(chǎng)布局，使整個(gè)端子排凸顯層次感；交直流供電設(shè)計(jì)時(shí)要先計(jì)算出所用儀器的功率，從而計(jì)算出先用線徑的大小，進(jìn)而選擇合適的空氣開關(guān)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 上海萬迅儀表有限公司.AI全通用人工智能調(diào)節(jié)器使用說明書［Z］:12-26</p><p&g

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