过程装备与控制工程专业综合实验设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 过程装备与控制工程专业综合实验设计 （常规量检测与控制部分） 摘要： 为了满足教学科研的需要，本课题设计了用于流量 、液位、温度、压力等控制与检测的综合实验台。设计中采用了单回路反馈控制电路基本原理，将测量值与给定值进行比较，得到的偏差控制调节阀的开度，达到使水槽液位控制在给定值上。为了体现专业特色，还对立磨进行了控制，将选粉机选出的细粉送到皮带秤上，得到的重量被送入放大器，通过积分器运算后得到的数据与预先存储的数据进行比较来控制进料量的多少。另外，磨辊上的力是通过液压系统来控制的，较好地实现了设计要求。 关键词： 综合；控制；检测；反馈 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 2 of In to of it of of to at In to it to to to it to of In on is by 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 目 录 1 前言 1 2 国内外发展概况及现状 2 3 总体方案设计 5 验装置介绍 5 回路反馈控制电路基本原理 5 艺方案的拟定 6 液压系统的分析 8 4 实验装置的工艺部分设计及设备选型 10 泵的选择 10 管的选择 11 龙头的选择 12 量计的选择 12 种按钮的选择 12 触器的选择 12 电器的选择 13 断器的选择 13 感器的选择 13 动执行器的选择 14 选择 15 何根据控制要求选择 型 16 4 . 1 3 选择单片 机的理由 17 5 设计计算 20 槽尺寸计算 20 架的材料选择及尺寸的确定 20 过计算选择各种电器元件 21 6 结论 22 参考文献 23 致谢 24 程序清单 25 (一 ) 磨机与辅机控制程序清单 25 (二 ) 液位与温度等控制程序清单 29 附录 30 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 4 1 前言 本实验装置为 常规量检测与控制的 实验装置，它可以进行流量 、 液位 、 温度 、压力的检 测与控制 。为了体现专业特色本课题对 次课程设计大致可分为两块：其一、实验装置的工艺部分的设计及选型部分如泵、阀、液微计等的选型，我们都采用标准件，因这是实验装置所以要求所选的装置都要尽量符合本实验装置的需要并配备齐全，为不久的将来能做出次实验装置做准备。其二、实验装置的控制电路设计及软件程序的设计。 本 课题 来源于学校综合实验台，其 方案流程是 用差压变送器测量水槽液位，将测量值与给定值进行比较得到偏差，调节器按次偏差发出控制命令，控制调节阀开度，达到使水槽液位控制在给定值上的目的。 为了体现专业特色 ,又增加了对立磨的控制 ,立式磨的控制设计的方案流程主要是：物料由料 仓 经喂料机 送 给 ，经过粉被送出，送出的细粉被送到皮带称上，经过皮带称称重后，得到细粉的重量，这个数据被送入放大器、积分器运算后得到的数据与预先存储的数据进行比较来控制 进料量的多少 。另外，磨辊上的力是通过液压系统来控制的，而液压系统也是由电路控制的。 因在工业生产中，有很多像过热蒸汽的温度控制、污水废液的酸碱度中和处理和贮藏液位控制等需要为学生提供一个研究次项目的实验平台，而设 计了这个适用的液位平衡控制系统实验装置。 而 粉磨系统的突出特点是产量高、能耗小、工作性能稳定。 在生粉磨方面立磨和传统球磨机已经平分秋色，各占一半左右。但是在选用的立磨之中，目前约 80%是进口的，而在进口立磨之中，丹麦史密斯公司的 立磨则占有 70%以上的份额。预计到 2005 年我国水泥工业 2000/d,以上生产线选用生料立磨的比例将上升到 70%左右，其中国产立磨的份额也将增至 20%以上。另外，在水泥和煤的粉磨中，随着人们认知水平的提高，立磨的选用率必将有相应的增长，特别是立式煤磨，已有基本适用的国 产设备，尤应采取积极态度，认真推广选用之。 本课题的 基本条件 是 单回路液位控制系统方块图 ，其 技术要求 是 工艺部分都用标准件、在控制部分要求用单片微机控制来设计电路编写一套程序 验装置的控制电路设计及软件程序的 设计 是 要解决的主要问题 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 2 国内外发展概况及现状 进入新世纪以来，自动化技术发展很快，并取得了惊人的成就，已成为国家高科技的重要分支。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为 实现各种最优的技术经济指标、提高经济效 益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、促进 环境卫生等方面起着越来越大的作用。 过程控制的发展与控制理论、仪表、计算机以及有关学科的发展紧密相关的，过程控制的发展大体上可以分为下 表 2 1所示的三个发展阶段。 70年代以前可以看作是第一阶段。 表 2 1 阶段 过程控制的三个发展 阶段 70 年代以前 70 80 年代 90年代 控制理论 经典控制理论 现代控制理论 控制论、信息论、系统论、人工只能等学科之间的交叉 控制工具 常规仪表 （电动、液动、气动） 分布式控制计算机（ 计算机网络 控制要求 安全、 平稳 优质、高产、低消耗 市场预测、快速响应、柔性生产、创新管理 控制水平 简单控制系统 先进控制系统 综合自动化（ 这一时期应属于自动化孤岛模式的阶段，其控制目标只能保证生产平稳和少出事故。 70 80年代是发展的第二阶段，分布式工业控制计算机系统（ 出现为是先进控制创造了条件，多变量预测控制等先进控制方法的应用，使控制达到了新的水平，在实现优质、高产、低消耗的控制目标控制目标方面前进了一大步，值得指出的是在 70年代中期，出现了现代控制理论是否适用于过程控制的困惑，这迫使人们去研究生产 过程的特点与难点，以缩小理论与应用之间的鸿沟。 80 年代后期，工业控制中出现了多学科间的相互渗透与交叉，人工智能和智能控制受到人们的普遍关注，信号处理技术、数据库、通讯技术以及计算机网络的发展为实现高水平的自动控制提供了强有力的技术工具。过程控制开始突破自动化孤岛传统模式，采用理和指挥整个生产过程，出现了集控制、优化、调度、管理于一体的新模式。在连续工业中，也将这种模式称为综合自动化或 过程控制在这阶段的目标已从保持平稳和少出事故转向提高产品质量、降耗节能、降低成本、减少污染，并最终以效益为驱动力来重新组织整个生产系统，最大限度地满足动态多变市场的需求，提高产品的市场竞争力。 当前过程控制正处于第三个发展阶段，并以前所未有的速度和规模飞速前进。综观这一时期，可以归纳为如下三个主要特点。 a. 简单控制向先进控制发展 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 6 早期的控制受经典控制理论和常规仪表的限制，难以处理工业过程中存在的复杂性、耦合性、非线性等，只能按某种原则将复杂系统分解成若干相对独立的单变量系统。这种简单控制是一种分散自治 控制。随着企业提出的高效益、高柔性的要求，上述控制方式已不能适应，先进控制便应运而生，先进过程控制（ 是指一类在动态环境中，基于数学模型，借助充分的计算能力，为工厂获得最大利润而实施的运行和技术策略。这种新的控制策略实施后，系统运行在最佳工况，达到所谓的 “卡边控制”。据资料报道，一个乙烯装置投资 163 万美元实施先进控制，完成后预期可获得效益 600万美元 /年。目前，国内许多大企业均纷纷投资，在装置自动化系统中实施先进控制。 b. 封闭的分布式计算机控制系统 转向具有国际统一标准的开放式系统 1975 年 司推出第一台分布式计算机控制系统（ 实现了分散、监控视集中的功能，提高了系统的可靠性和灵活性，为连续工业自动化建立了丰功伟绩。但是 一个致命弱点就是封闭性。随着综合自动化的潮流和计算机科学与技术的发展， 欧美十余家公司经过激烈的竞争，最后终于连手，将共同推出一种国际标准的现场总线（ 制系统，它被公认为具有时代特点的新一代分布式计算机控制系统，它的出现标志着控制工 具的又一次重大变。它的主要特点为：开放性、只能化现场仪表、数字信号传输、彻底分散性。 c. 单一控制系统向综合自动化系统发展 本质上讲，工业企业自动化在 90年代以前仍是自动化孤岛模式。进入 90年代，国内外企业界在国际市场剧烈竞争的刺激下，已把注意力转移到节能降耗、少投入多产出的高效生产模式上。企业开始把提高综合自动化水平作为快速挖潜增效、提高竞争能力的重要途径。集常规控制、先进控制、在线优化、生产调度、企业管理、经营决策等功能于一体的综合自动化成了当前自动化发展的趋势。 有一种炼油厂的综合自动化模式。在整个 系统中，信息是由底层不断经过加工处理向上层传递，而各种指令也由最高层逐级分解，以指令形式向下层传递。每个层次的运行周期不等，从底层向上，以秒、分、时、日、旬，乃至月、季来计算。这种递阶系统，把全厂各层控制功能与企业管理相结合，实现从原料进厂到产品出厂的全部控制与分布式数据库的支持下，实现信息与功能的集成，进而实现充分调动人的因素的经营系统、技术系统及组织系统（ 的集成，最终形成一个能适应生产环境不确定性和市场需求多变性的全局最优的高质量、高柔性、高效益的智能生产系统。这就是 续工业中的体现。 据报道，国外目前约有 100 个炼油厂和化工厂企业在建立一体化信息系统，在欧洲有 13家炼油厂、北美至少有 15家炼油厂、远东和澳洲有 14家炼油厂正在实施们的基本思想都是集控制、优化、生产调度、计划排产和优化决策于一体，以达到节能降耗、提高产量和质量、增加产品市场竞争能力的最终目标。有关统计资料也已经表明了综合自动化的重要作用。我国在连续工业方面，自 1990年开始，已进行了一些综合自动化试点。近年来，连续工业 63纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 典型应用工程和国家计委“八五”、“九五” 攻关任务。可以预料，综合自动化的实施和发展将给国民经济建设带来巨大的经济效益和社会效益，是一个十分诱人的发展方向。实现生产过程自动化对于发展国民经济、提高技术水平有着十分重要的意义。 当前，一项在今后几年内可能大大改变过程控制系统面貌的新技术现场总线正处于迅速发展中。这是用于现场仪表与控制室之间的全数字化 、 双向 、 多站的通迅系统。通迅总线地直延伸到现场仪表，使得许多现场仪表可以在同一总线上进行双向多信息数字通信。现场总线用全数字 化 、 双向 、 多站的通迅方式来替代目前使用的 4 20变量单向模拟传输方工式。 随着这一技术的不断完善，一种更高层次的自控技术工业现场网络也将逐步应用于工厂或工艺流程的过程控制系统。 就目前该课程的教学来看，大部分内容还处在 80 年代以前的水平，严重地落后于当代过程控制技术发展的现状，另外我国的工业过程控制仍处在经典过程控制和程序化 、 数字化的数字处理技术并存的局面，过程控制装置及仪表工业还处于较落后状态，且与世界先进水平的差距越来越大。为能访问到所有现场设备的信息，而不一定要到集中的控制室才能获得。工业现场网络包括三个组成部分，即符合现场总线标准的智能现场设备 、 规格可变的控制的管理技 术水平台以及集成的模块化软件。可以用工业现场网络结构装备整个工厂，也可从一台设备或几个回路开始，然后再方便地扩充规模。容易想象，未来的控制系统，是用控制器用户操作站 、 软件将所有现场设备的功能更方便地集成在一起的控制系统。 实现生产过程自动化对于发展国民经济、提高技术水平有十分重要的意义。 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 8 3 总体方案设计 验装置介绍 控制技术基本实验 装置为液位自控实验装置，它可以进行 压 力 、 温度 、 流量 、液位等 多种控制系统内容的实验。今后的控制系统实验都将在实验装置进行。 实验将工艺装置部分的 测量信号直接送到计算机的信号调理板，仪表的电源、D/A、计算机电源、水泵的按钮开关、信号灯等设备，组装成一个电控箱，该电控箱安装在工艺装置部分中部。 图 3验装置工艺流程图 图 3中槽 1、槽 2为被控对象。它们的液位高度 3为储槽，是为了构成水的循环而设置的。储槽 3中的水通过水泵 1或 2 抽出，经孔板和控制阀后送入槽 1或 2（视手动阀 开闭而定），两路水管中的水流量大小分别通过各自的变压器（与孔板配合）回到储槽 3中，这样对水来说始终处于 循环状态。 本实验装置除比值实验外，一般情况下，所在的管道为主物料管道， 线则专供作为加干扰用。 回路反馈控制电路基本原理 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 3制系统方块图 本实验装置中的液位控制系统为单回路控制系统。 该 系统方块图如 3 单回路控制系统是指只有一个测量变送器；一个调节器；一个调节阀连同被控过程。对一个被控参数进行控制的反馈闭环控制系统。由于单回路控制系统结构简单，投资少，易于调整和投运，又能满足一般工业生产过程的控制要求，因此应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯时延和惯性小， 负荷和扰动变化比较平缓，或者对被控质量要求不太高的场合。单回路控制系统虽然简单，但是，它的分析、设计方法是其他各类复杂控制系统分析、设计的基础。所以，掌握了单回路控制系统的分析和设计方法，就不难设计其他更为复杂的过程控制系统。 艺方案的拟定 验装置的工艺部分设计方案 根据实验装置的需要选择水泵、水管、水龙头、电动执行器，根据水泵的流量特性选选择水槽的材料和尺寸，再根据水槽的尺寸选择传感器的类型和尺寸和液位计，估算控制柜的尺寸，再综合各个元件大体定整体框架尺寸。最后设计控制箱。 磨的部 分： 物料由料仓 经喂料机送 给 ，经过 磨出来的粗粉再次被送入磨内进行研磨，细粉被送出，送出的细粉被送到皮带称上，经过皮带称称重后，得到细粉的重量，这个数据被送入放大器、积分器运算后得到的数据与预先存储的数据进行比较来控制接触器 动作以实现整个电路的控制。另外，磨辊上的力是通过液压系统来控制的，而液压系统也是由电路控制的。关键是设计的整个系统是用接触继电器控制了还是用 制了，前者控制线路复杂，价格比较便宜，但控制不够稳定，后者是现在工业生产上正在使用的控制元件，控制精度高，性能稳定，使用寿 命长，但价钱比较贵考虑了方方面面，我决选定用 制系统。 验装置的控制部分设计方案 磨机的主轴转动由电机 机主轴转动不需要正反转控制。但电机 力大了，电机的工作电流也会增大，所以要防止电机烧坏，在电路中加入过电流继电 ；另外，主电机的运转要考虑的另一个大的问题，这么大的电机的启动电流很大，所以要用减压启动回路。在粉磨过程中要考虑的问题，防止一些坚硬的异物进入磨内，如有这种现象出现，应使主电机 且压力立即降低，以免伤到整个磨 机系统。 磨盘的转动是 系列（ 闭式三相异步电机带动的，我这里采用的星型 三角形减压起动，这种方式的起动电流只有 正常工作的 1/3扭矩是正常工作时的 1/ 3 ，能够很好的保护电路 。 入磨输送部分主要应考虑选哪种方式给磨机喂料，考虑到产量和磨机的效率，还有成本费用，所以用电子皮带称给它喂料，通过电子皮带称上的喂料机的过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 10 控制 压力 。 液压系统的继电接触控制是立磨系统中的一全重要部分，只能对液 压 系统如何对磨盘进行压力控制的还有其它一些辅助功能。液压系统中的 液压泵是由电动机带动，直接全压起动。当电动机带动液压泵时该系统向液压缸供油，随着时间的延长，缸里压力越来越大，加在磨盘上的力也越来越大， 二 个缸的动作基本一致的，当缸内压力达到压力继电器的上限时，主液压泵供油结束 向阀 6处于中位，二位二通电磁换向阀 系统保压，但由于实际情况中，系统中的任何液压元件都要有泄漏，使系统中的压力逐渐下降，当下降到压力继电器下限时，泵 8、 9又都开始工作，使系统中的压恢复，当达到压力继电器的上限时，泵 8、 9都停止工作，就这样循环的为缸保压，它们的电机都用全 压启动，用熔断器、热继电器对电路保护。 电气控制箱置于专门的操作室。民器板与控制板之间，以及电控箱与执行系统之间的连接，采用接线板进出线方式。 根据实验需要初步选择单片机、键盘、显示器、 A/D/大电路的选择，画出电路图，在编写程序，最后上机调试。 其控制思路为：打开水泵、水龙头 1 及水龙头 3。将液位变送器测量的液位经A/此信号与键盘设定值进行比较。单片机控制系统输出差值信号，经 D/压 /电流转换后控制电动执行器的开闭，从而实现液位的平衡。 电机、电器 的绝缘，导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。很大的短路电流和电动力可能使电器设备损坏或发生更严重的后果，因此要求一旦发生短路故障时，控制线路能迅速地切除电源的 保护叫短路保护。常用的短路保护元件有熔断器和短路器等。其保护原理及保护元件的选择方法、短路器的整定要求。 电动机长期超载运行，绕组温升将超过其允许值，造成绝缘材料变脆，寿命缩短，严重时还会使电动机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的过载保护元件是热继电器。由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短 路电流的影响而瞬间动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须有短路保护。作短路保护的熔断器熔体的额定电流不能大于 4 倍热继电器发热元件的额定电流。 过电流保护广泛用于直流电动机或绕线转子异步电动机。对于三相笼型异步电动机，由于其短时过电流不会产生严重的后果，故可不设置过电流保护。过电流电流保护往往由于不正确的起动和过大的负载引起的，一般比短路电流要小，在电动机运行中产生过电流比发生短路的可能性更大，尤其是在频繁正反转动的重复短时工作制电动机更是如此。直流电动机和绕线转子异步电动机控制线路中，过电流继电器 也起着短路保护的作用，一般过电流的动作值为起动电流的 必须强调指出，短路、过载、过电流保护虽然都是电流型保护，但由于故障电流、动作值以及保护特性、保护要求以及使用 元件的不同，它们是不能互相取代买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 的。 液压系统的分析 调压回路的功用在于调定或限制液压系统的 最高工作压力，或者使执行机构在工作过程不同阶段实现多级压力变换。一般由溢流阀来实现这一功能。 如图 3 2 为最基本的调压回路。当改变节流阀 2的开口来调节液压缸速度时，溢流阀 1始终开启溢流，使系统工作压力稳定在溢流阀 1调定压力附近， 溢流阀 1作定压阀用。若系统中无节流阀，溢流阀 1则作安全阀用，当系统工作压力达到或超过溢流阀调定压力时，溢流阀开启，对系统起安全保护作用。如果在先导型溢流阀 1的遥控口上接一远程调压阀 3，则系统压力可由阀 3远程调节控制。主溢流阀的调定压力必须大于远程调压阀的调定 图 3调压回路 压力。在 流 阀只是起安全保护作用。 卸载回路是在系统执行元件短时间不工作时，不频繁启停驱动泵的原动机，而使泵在很小的输出功率下运转的回路。因为泵的输出功率等于压力和流量的乘积，因此卸载的方法有两种，一种是将泵的出口直接接回油箱，泵在零压或接近零压下工作，一种是使泵在零流量或接近零流量下工作。前者称为压力卸载，后者称为流量卸载。当然，流量卸载仅适合于变量泵。定量泵可借助 换向阀中位机能来实现泵降压卸载，如图 33。因回路需保持一定控制压力以操纵液动元件，在回油路上应安装背压阀 a。该液压回路是用在主回路 图 3卸载回路 中，对整个系统起卸载作用。 右图 3 4 中的是采用二位二通电磁阀控制先导行溢流阀 的卸载回路。当先导型溢流阀 1的遥控口通 过二位二通电磁阀 2接通油箱时，泵输出的油液以很低的压力经溢流阀回油箱，实现卸载。为防止卸载或升压时产生压力冲击，在溢流阀遥控口与电磁阀之间可设置阻尼 b。这个回路的应用主要考虑保压和停止工作时设计的，当系统处于保压时，电磁铁失电，油路截至；当液压缸不工作时，这时活塞杆要退回，换向阀电磁铁得电，油液可以 从该回路流 油 图 3电磁阀 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 12 箱。 这里我要介绍的是保压回路，这个回路在我的设计系 统中起着很重要的作用，在我的设计系统中它是我的整个液压系统的主干回路我只介绍我用到的自动补油保压回路。 右 图 3 5中在回路中增设了一台小流量高压泵5。当液压缸加压完毕要求保压时，有压力继电器 4发讯，换向阀 2 处于中位，主泵 1 卸载；同时二位二通换向阀 8 处于左位，由辅助泵 5 向封闭的保压系统 a 点供油，维持系统压力稳定。由于辅助泵只需补偿系统的泄露量，可选用小流量泵，功率损失小。压力稳定性取决于溢流阀 7的稳定性能。 的液压系统中主要采用类是该回路的思想，用小流量高压泵 5来保压。 图 3卸载回路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 压头验装置的工 艺部分设计及设备选型 泵的 选择 图 4心泵特性曲线 水泵用来整个系统的供水，管道式结构安装。本实验的循环介质采用清水，管路直径为 10验台采用丹麦格兰富 单级循环水泵。噪音低，不会影响教师授课。寿命长，减少使用的麻烦。 泵可 以分为离心泵和容积泵两大类；容积泵有往复泵、旋转泵之分，在石 油 、化工等生产过程中，离心泵的使用最为广泛。 离心泵主要由叶轮和机壳组成，叶轮在原动机的带动下作高速旋转运动。离心泵的出口压头由旋转叶轮作用于液体而产生离心力， 转速越高，离心力越大，压头也越高，因离心泵的叶轮与机壳之间存在空隙，所以当泵的出口阀完全关闭时，液体将在泵内循环，泵的排量为零，压头接近最高值。此时对泵所做的功被转化为热能向外散发，同时泵内液体也发热升温，故离心泵的出口阀可以关闭，但不宜处于长时间关闭状态。随着出口阀的逐步开启，排出量也随之增大，而出口压力将慢慢下降；泵的压头 H，排量 为泵的特性，如图 4 离心泵的特性； 由 10 H= （ 4 1） 式中 泵是安装在工艺系统的管路上运行的，因此要分析泵的实际排量与出口压头，除了与泵本身的特性有关外，也要考虑到与其连接的管路特性，所以有必要对管路特性作一些分析。管路特性就是管路系统中流体流量与管路系统阻力之间的关系。通常管路系统的阻力包含 四 项内容。 四 项阻力分别如下： a. 管路两端的静压差引起的压头 由 10 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 14 12 （ 4 2） 式中 为流体密度， 于工艺系统在正常操作是 以这项也是比较稳定的。 b. 管路两端的静液柱高度 升扬高度。在实际工艺系统中，管路和设备安装就绪后，这项将是恒定的。 c. 管路中的摩擦损失压头 d. 控制阀两端节流损失压头 在阀门开度一定时， 阀门的开度 变化时， 管路总阻力为 ： HL=L+hV+ （ 4 3） 上式即为管路特性表达式。 当系统达到稳定工作状态时，泵的压头 H 必然等于 是建立平衡的条件，上图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点 C，即是泵的一个平衡工作点。 工作点 以通过改变 也是离心泵的压力（流量）的控制方案的主要依据。 先对整个实验装置进行估计，再选择适合此装置的水泵确定其参数 所以我 选择凯节理公司的 列清水泵是属于电机与水泵直联的漩涡电泵，结构简单，体积小，重量轻，具有较高的扬程，流量相对较小，适合输送温度不超过 80用于家庭水井的抽水、汽车冲洗、喷泉供水、花园灌溉等场合。 其参数如 表 4 表 4泵参数 型 号 机座号 功 率 最大流量 (L/最大扬程 (m) 最大吸程 (m) 转 速 (管 径 (净重 ( 外形尺寸 (W 3 125 5 30 9 2850 25 262管的选择 根据所选离心泵口径的大小，可以选择直径 25不锈钢水管参数如表 4买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 表 4水管参数 产品名称 公称直径（ 产品代码 壁厚（ 不锈 钢水 管 00 15 001500 0 002000 1 25 002500 32 003200 0 004000 50 005000 65 006500 2 80 008000 100 010000 150 015000 00 020000 3 龙头的选择 水龙头主要是根据所选水管的直径来选择。由于选择的是直径 25以水龙头与水管的配合端的口径也为 25于水龙头没什么讲究所以选择普通水龙头所以选择了型号为 该水龙头表面镀铬 ,螺纹为 1/2,重为 195g。 量计的选择 在选择流量计 时，不是从管道口径或管内流速出发的而是将液体 、 气体或蒸汽换算成与水或空气相当的标准流量，然后根据 标准流量值从说明书中选择适当的口径。管道口径最好与流量计口径相同，当有差异时，应配用异径管。本实验选用 流量计的配 套仪表是输入信号范围为 0 10 种按钮的选择 按钮的选择依据主要是根据需要的触电对数，动作要求是否需要带指示灯，使用场合以及颜色等要求。刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源及不经常起动及制动、容量小于 异步电动机。选择它的依据主要根据电源种类、电压等级、短流容量及需要极数。当用刀开关来控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的 3倍 。 组合开关的选择依据是电源种类、电压等级、橱头数量。当采用组合开关来控制 5下小容量异步电动机时其额定电流一般为（ 通次数小于（ 1520）次 /h，常用的组合开关为 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 16 触器的选择 接触器分直流和交流两大类，交流接触器主要有 在一般情况下，交流接触器的选用主要依据是接触器主触头的额定电压、电流要求，辅助触头的种类、数量及其额定电流，控制线圈电源种类、频率与额定电压，操作频繁程度负载类型等因素。具体做法如下： a. 主触头的额定电流应大于、 等于负载电流，对于电动机负载可按下面经验公式计算主触头电流 由 7 10 （ 4 4） 式中， 控制电动机额定功率（ 电动机额定线电压（ V）； k 为经验系数取 1 在选用接触器额定电流应大于计算值，按被控制电动机的容量进行选取。 b. 主触头额定电压 c. 接触器触电数量、种类应满足控制需要，当辅助触电的对数不能满足要求时，可用 增设中间继电器方法来解决。 d. 接触器控制线圈的电压种类与电压等级应根据控制线路要求选用。简单控制线路可直接选用 380V、 220V。线路复杂，使用电器较多时，应选用 127V、 110 电器的选择 流继电器、电压继电器的选择依据主要是：被控制或被保护对象的特征，触头的种类、数量、控制电路的电压、电流、负责性质等因素。线圈电压、电流应满足控制线路的要求。如果控制电流超过继电器触头额定电流，可将触头并联使用也可以采用触头串联使用方法来提高触头的分短能力。 器选用时应考虑延时方式、延时范围、延时精度要求、外形尺寸、安装方式、价格等因素。 则上按被控制电动机的额定电流选取，并依此选择发热元件编号和一定的调节范围。 断器的选择 电流是选择熔断器的关键，它与负载大小、负载性质密切相关。对于负载平稳、无冲击电流，而对于像电动机一类有冲击负责，熔体额定电流可按下式计算值选取。 单台电动机长期工作 ：由 7 （ 4 5） 多台电动机 长期共用一个熔断器保护 ：由 7 （ 4 6） 式中， 容量最大一台电动机的额定电流； 除容量最大的电动机之外，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 其余电动机额定电流之和。 感器的选择 我选择的是 投入 式压力传感器其原理如下： 钢弦固定在上下夹块之间，弦中央固定一块纯铁，靠近纯铁安装磁钢和线圈，下夹块固定在膜片上。当有一脉冲电流流过线圈时，纯铁块由于被电磁力吸引，当脉冲电消失后，纯铁块 连同钢弦在初始张力的作用下产生机械振动，引起线圈中的磁通量变化，从而在线圈中感应产生周期变化的电动势并以交流电信号的形式从线圈两段输出。由于弦的机械能耗损和磁钢及线圈的电磁能量损耗，使振幅逐渐减小，但频率可看成不变。当外界压力作用于膜片时，膜片中心发生变形，从而导致弦的张力发生了变化，这是钢弦在电脉冲作用下，振动的频率亦发生变化，输出电信号的频率也发生相应的变化，将传感器和二次仪表及微机系统连接，就可以进行压力测量 如图 4 2： 图 4入压力传感器原理图 动执行器的选择 根据实验装置需 要我选择 途 电动执行机构是 电动单元组合式检测调节仪表中的执行单元。它以电源为动力，接受统一的标准信号 0流），将此转变成与输入信号相对应的转角位移，自动地操纵风门挡板、阀门，完成自动调节任务，广泛用于发电、冶金、石油、化工、轻工业等部门。 使用 用 实现调节系统手动和自动无扰动的切换。 号 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 18 出轴力矩： 轴每转时间： 100S 供电电源：单相 耗功率： 20W 重量： 31 主要技术性能 输入信号 0 回差 出轴力矩 纯滞后 1S 出轴每转时间 100S 电源电压 220V 50轴有效位移 0转角） 使用环境温度 输入电阻 200 欧 伺服放大器 0-+50 输入通道 3个互相隔 执行机构 5 死区 3% 使用 环境湿度 伺服放大器 85 执行机构 95% 作原理 系统方块如 图 4 3下： 伺服放大器 单相伺服电动机 位置发送器 J 减速机 电动操作器 图 4电动执行机构系统方块图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 选择 因为选择单片机来实现这次实验装置的自动控制，所以选择芯片很重要。 这里选择的是 51系列的 1子系列的主要功能有： 8位 内带振荡器，振 荡频率范围为 有时钟输出； 128个字节的片内程序存储器（ 8031无）；趁许存储器的寻址范围为64K 字节； 21 个字节专用寄存器； 4 个 8 位并行 I/O 接口，可多机通信； 2 个 16 位定时器 /计数器；中断系统有 5 个中断源，可编程为两个优先级； 111 条指令，含乘法指令和出发指令；有强的位寻址、位处理能力；片内采用但总线结构；用单一 +5 52子系列单片机与 51子系列单片机的不同在于：片内数据存储器增至 256个字节；片内程序存储器增至 88032无）；有 3个 16位定时器 /计数器；有 6个中断源。 其他性能均与 51子系列相同。 这样看来 52 系列的单片机的功能在某些方面比 51 子系列强的多，但是由于这里的实验装置所需要的只要 51子系列的就足够了所以选择 51子系列的单片机。 51子系列的单片机可分 8031、 8051、和 8751 三种机型， 8031内无程序存储器；8051内有 48751内有 4 这三种芯片没有多少本质的区别，它们所代表的是三个不同的版本。 8051 是目前最流行的 51 系列单片机芯片： 8 位 128B 423个特殊寄存器、 4个 8 位并 行口、 1个全双工串行口、 2个 16位定时 /计数器。 8751：仅仅是将 8051 的 4 8031：与 8051 相比较，不含有 不上是完整的单片机。一旦使用，就需要扩展 较麻烦。 并且市场上这种单片机渐渐被淘汰。 所以根据实验装置的需要这里选择的是 89单片机。 作为 有 4位微控制器 性能的 控制器，它与工业标准 80指令设 置和管脚输出相兼容。它可以与 有 4可以进行 1000次写 /擦除；它的数据可保持 10年；它的 2髋工作电压范围为 的全静态工作时的频率为 0具有三级程序存储锁存；它有 32根可编程 I/O 接口线；它有 2个 16位定时 /记数器；有 5个中断源；有可编程串行口；有低功率休眠和功率下降模式； 其极限参数为： 工作环境温度范围： 存储温度： 与地相连任一脚电压 大工作电压： 流输 出电压： 何根据控制要求选择 型 过程装备与控制工程专业综合实验设计（常规量检测与控制部分） 20 如何根据控制要求来选择机型是使用可编程控制器的很重要的一步，在选择 据自己的需要，既不能选择比实际运用多的多的点数，也不能使点数不够用，列每一种都有它的扩展模块，要尽可能充分利用。在选择时考虑到以下几点就可以了。 是慢过程大系统，或者实时控制快速系统等。工业现场对控制器响应速度有何要求。 直流电压输入还是交流电压输入，电压分别为多 采用何种输出方式，常用的输出方式