热水采暖锅炉电气控制系统设计毕业设计.doc

热水采暖锅炉电气控制系统设计毕业设计目录摘要IABSTRACTII第一章 锅炉系统11.1锅炉系统概况11.1.1锅炉的分类11.1.2锅炉设备配置21.2锅炉设备工艺要求31.2.1 热水锅炉供暖系统简介31.2.2 锅炉及部分辅机设备的功能41.2.3 锅炉运行中的有关参数51.2.4锅炉工作的基本过程71.2.5锅炉供暖系统主要包括的两个控制任务81.2.6锅炉燃烧控制系统的任务主要8第二章 电气控制线路设计102.1常用的控制线路的基本回路的组成102.2 常用电气图举例112.2.1点动控制线路112.2.2连续运转控制线路（自锁）112.2.3两地控制线路122.3 热水采暖锅炉辅机电气图设计122.3.1设计控制系统的要求122.3.2 各辅机电气图设计13第三章 执行器部分153.1电缆的选择153.2接触器的选择163.3电流互感器的选择173.4压力传感器的选择183.4.1 压阻式压力传感器原理及应用183.4.2压阻效应183.4.3压阻式压力传感器的优缺点183.5温度传感器的选择193.5.1热电阻193.5.2热电偶20第四章 相关仪表选型224.1 交流电流表选择224.2数显表234.2.1数显表简介234.2.2数显表的选用234.3电磁阀254.3.1电磁阀的工作原理25第五章 变频柜、配电柜和软启动器介绍265.1变频柜的功能265.2变频柜、配电柜的选择275.3 软启动器介绍27第六章 变频器的选择与使用296.1变频器296.2变频器基本原理296.2.1变频器控制原理296.3变频器选型296.4变频器与电机的距离确定电缆和布线方法316.5三相变频器主回路端子说明336.5.1注意及警告336.5.2配线注意事项336.6变频器操作与显示356.6.1面板示意图356.6.2指示灯说明366.6.3操作面板的操作流程376.7变频器参数设定396.8变频器的接地446.9变频器的防护问题446.10常见故障分析45参考资料及文献46总结47致谢48III第一章 锅炉系统1.1锅炉系统概况一、锅炉是工业生产或生活采暖的供热源，按其供热的方式分为蒸汽和热水两种。前者主要用于发电、工业生产及间接供热；后者主要用于生活供暖和生活热水。从80年代石横工程全套引进第一台300MW机组到至今，锅炉厂房控制系统、控制思路发生了很大的变化，其设计己基本成熟。由原来的继电器实现控制功能转化为用PLC实现控制功能，随着电力系统市场的开放，减人增效越来越得到工厂包括各级领导的重视，如何优化车间的控制已成为每个工程所必须面临的问题。 二、本次设计为热水采暖锅炉电气控制系统设计。 设计要求为：1、设计出引风机、鼓风机、循环泵等辅机的电气控制线路。选择相应的电器，对有联锁控制要求的设备应既可联锁控制、又可单独控制，通过转换开关切换。所有辅机电气设备均应有过载保护、短路保护、缺相保护。2、设计出电气控制系统图，要求有电源进线柜、配电柜及上述辅机的电气控制柜，选择出柜体型号。3、锅炉除上述辅机外还有照明用电、小型吊车用电、临时用电，设计出配电线路图。4、对需要显示的量应选择出合适的传感器及仪表，各测量信号送入仪表。画出其电路图。1.1.1锅炉的分类锅炉的燃料多分为煤和燃油，还有天然气等。按其蒸发能力大小可分为三类： （1） 小型锅炉 蒸发量在10t/h及以下，多用于工业生产及采暖。主要是火箭或火箭管组合及小型水管式。（2） 中型锅炉 蒸发量为1075t/h，多用于发电厂。国内生产多为“II”型。（3） 大型锅炉 蒸发量大于75t/h，多用于发电厂。国内生产多为“II”型。 本次设计锅炉为15t，属于中型锅炉。1.1.2锅炉设备配置一、锅炉设备配置六大系统（1）点火系统。锅炉点火，保护及控制。（2）燃料配给系统。上煤机、碎（粉）煤机、煤仓及输煤皮带运输机，燃油（汽）输送泵。（3）燃煤系统。炉排电动机（有些类锅炉不用），除渣机。（4）水循环系统。循环水泵往往是多台，且有备用（本次设计一用一备）。（5）补水系统。补水泵，往往为备用设置，以防断水（本次设计一用一备）。有时还有水处理系统的系列水泵，搅拌电动机。（6）送引风系统。引风机（有时还有一次、二次送风之分）又称送风机、配风机又称抽风机，本次设计用引风机送风。二、设备特点及注意事项，从控制角度有下述特点需引起重视（1） 设备相互之间往往有一定时间限制的控制顺序。如点火时，循环泵先启动，然后除渣；引风机起动数秒后鼓风机启动；停炉时，先停鼓风和炉排，数秒后停引风和和除渣，最后停循环泵。（2）设备间往往有联锁：如循环泵、鼓风机和引风机，炉排和上煤机。（3）设备间往往有联动，如锅炉故障时，汽泡极低水位；蒸汽压力过高时，应自动停止排风、炉排，起停循环泵等。（4）一般锅炉属于二级负荷，无起动给水的蒸汽锅炉，以补水定压的高温热水锅炉的给水泵应保证可靠供电。（5）配电宜以锅炉机组为单元，放射式配电。蒸发量为6.5t/h及以下的锅炉宜设有低配室。锅炉房内就地配电，起动设备宜用保护、防水、防尘型。（6）每台锅炉宜单独设置控制屏，宜由锅炉配套、宜设集控室、并将其置于室内。（7）线缆宜穿金属管及金属桥架，必须注意敷设时与高温设备的间距。（8）锅炉间、除氧间、水处理、风机间、顶层料仓等的检修照明，宜采用12V安全电压。对就地指示仪表，宜设局部照明。1.2锅炉设备工艺要求1.2.1 热水锅炉供暖系统简介热水供暖系统就是以热水为热媒的供暖系统，由热源(热媒制备)、热循环系统(管网或热媒输送)及散热设备(热媒利用)三个主要部分组成。按热水温度的不同，又可再分为低温热水供暖系统(水温低于100)和高温热水供暖系统(水温高于100)两种；根据循环动力的不同，分为自然循环系统和机械循环系统。机械循环热水采暖系统是由锅炉、输热管道、散热设备、水泵及空压设备等组成。系统的作用压力主要是由水泵提供的。热水供暖锅炉控制系统属于过程控制系统，其控制的目标是控制锅炉燃烧过程中的出水温度、回水温度、出水压力、回水压力、炉膛负压等参数，使锅炉燃烧工况良好，保证设备安全运行，满足用户的供热要求。 热水锅炉是把燃料中的化学能经过燃烧放出热量，并传递给水，从而使低温水变成高温水的设备，在我国主要用于取暖和热水供应。目前，国内热水锅炉常用的燃烧设备主要是固定炉排手烧炉、双层炉排反烧炉、抽板顶升反烧炉、链条炉排炉和往复推饲炉排炉。在工业机械化燃煤设备中，链条炉排锅炉是历史悠久、结构完善、性能稳定的一种，从14 MW到30 MW的热水锅炉都有采用链条炉排的产品，国内生产的大容量热水锅炉几乎都是链条炉排炉。本文研究的热水锅炉为链条炉排炉。热水锅炉与蒸汽锅炉相同，由三个系统组成，即煤渣系统、烟风系统和水系统。与蒸汽锅炉不同的是，热水锅炉的水系统(除汽水两用炉外)，只产生温度较高的水，而不产生蒸汽，而且常常与整个供暖系统串联在一起。热水锅炉在这三个系统中，同时完成燃料的燃烧放热过程，热量传递过程和水的吸热升温过程，从而实现热能的转换。1.2.2 锅炉及部分辅机设备的功能1、炉排：煤由煤斗落到空的炉排上，随着炉排的转动，煤被带入炉中（燃烧层厚度保持在150180左右），经干燥干馏着火燃烧，然后将燃烧过的煤渣输送出炉体外。也就是说炉排是燃料供给的设备；煤在炉排上的燃烧过程：链条炉是炉排上表面的煤先着火，燃烧由上而下，灰层覆盖在燃烧层表面。链条炉排煤的选用：一般选用煤灰的熔点不低于1200，因为灰熔点低于1200 时，灰融化而粘结在燃料层表面，则使熔渣下部的煤层难以通风而烧不透，也就是说链条炉不宜用易熔性灰的煤。4KW，采用变频调速。2、省煤器：利用锅炉尾部低温烟气的热量来加热锅炉给水，降低排烟温度提高锅炉热效率，更为有利。提高给水温度后，不仅可以避免冷水进入锅筒时的水击现象，而且可以减小进水管与锅炉连接处因温差产生的热应力，并且水温提高后溶解氧和二氧化碳的释放也可降低对锅炉汽水系统的腐蚀。省煤器出口水温至少应比相应压力下的饱和温度低30；3、引风机：将炉膛内的火、烟气按一定的工艺设计引出炉体；110KW，采用变频调速。4、鼓风机：给炉膛内的燃料输入氧气，使其更好的燃烧；55KW，采用变频调速。5、循环泵：循环泵是用来产生动力，强迫有机热载体在有机热载体炉、用热设备及其管道系统中液相流动的机械设备，是有机热载体炉液相供热循环系统的心脏。90KW，采用变频调速。6、上煤机：上煤机主要由机体、电动机驱动装置、输送皮带、控制箱、皮带断煤报警器、称重装置、取样装置、底部清扫链条刮板等组成。煤从进口落到皮带上，在进口处皮带上方装有一个裙状板，以利于煤落到皮带上。皮带在电动机驱动下连续运转，将煤输送到出口处，再由落煤管送到磨煤机中。电动机驱动装置为无级调速，以控制皮带速度，从而调节给煤量。清扫装置布置在皮带下方，为链轮带动，用以清扫底部落煤和杂物，防止这些杂物堆积自燃。称重装置安装在两皮带轮中间，在其前面安装了一根整形杆，用于修正皮带上煤的形状，以提高称重精度。微机控制箱装在给煤机外壳上，用以对给煤量的自动控制。这种给煤机使用的皮带均为带裙边的皮带，防止运行中的撒煤和跑偏现象。5.5KW，直接起动。7、补水泵：锅炉补水泵作用：一种是冷凝水的循环作用，另一种是补水增压作用。7.5KW，采用变频调速。8、出渣机；出渣机就是将煤炭在炉膛内燃烧后产生的灰渣及时排出，同时维护炉膛内的压力。3KW，直接起动。9、除灰机：除灰机就是将锅炉燃烧中产生的燃烧灰尘出去，以保证锅炉正常可靠运行。7.5KW，直接起动。10、循环泵、引风机、鼓风机要有联锁控制，锅炉运行应在起动循环泵之后，先起引风机，后起鼓风机，锅炉停止时应先停鼓风机，后停引风机，然后才可停循环泵。炉排与出渣机要有联锁控制，起动时应先起动出渣机，后起动炉排，停止时应先停炉排，后停出渣机。1.2.3 锅炉运行中的有关参数1、炉膛温度：950左右，炉膛出口烟气温度在850950左右；炉膛温度是根据燃料（煤）的品质而定的：即根据煤的焦结性和灰的熔点而定； 易熔性灰：熔点低于1200 可熔性灰：熔点在12001425之间 难熔性灰：熔点高于1425之间2、排烟温度：一般在160200之间3、省煤器出口水温：比相应压力下的饱和温度低304、煤层厚度：一般为150mm180mm，正常的煤层厚度与媒质及颗粒大小有关，下列数据可作参考： 粘结性烟煤 60120 mm 不粘结性烟煤 80140 mm 低发热值煤 100180 mm5、炉膛正负压：负压运行的锅炉，维持炉膛负压在2030Pa，对锅炉的稳定燃烧、锅炉房的工作条件及炉子的维护最有利；本次锅炉炉膛为负压运行。6、水位的控制范围：玻璃板或玻璃管正中间即为正常水位线，水位的变化范围应在正常水位线上下不超过40mm，当水位变化达50mm时应报警； 为了防止因汽化强度增大，汽流速度加快而引起的带水现象，必须保持水位比正常水位低一些，运行中的正常水位应在主汽包中心线之下约30mm处；7、水位的三线：水位表应明显标明锅炉最高、最低安全水位和正常水位的三条标识红线。散装锅炉各水位状况的表示方法：用胶管水准仪将锅筒截面上3点钟位置或9点钟位置的冲眼位置转移到水位表上，从该位置向下50mm就是正常水位位置。由正常水位位置向上、向下各75mm就是最高、最低安全水位位置；8、汽压变化范围 正常汽压：是锅炉设计的工作压力 允许变动范围：一般不大于工作压力的0.05MPa 异常范围：指汽压超出工作压力的0.15MPa事故及危险范围：指气压超出工作压力0.25MPa，汽压达到或超过这个范围时，将引起安全阀动作，甚至危及设备的安全；9、汽温允许变化范围 正常汽温：为锅炉设计的工作温度，即适合于汽轮机或热力用户所需要的汽温 允许变化范围：为工作温度的5 异常范围：为工作温度的1520 事故及危险范围：为工作温度的202510、锅炉上三大安全附件：压力表、安全阀、水位表；11、锅炉辅助设备：注水器、水泵、给水自动调节器、鼓、引风机、除尘器、水处理设备、各种阀门；12、锅炉辅助受热面：蒸汽过热器、省煤器、空气预热器；13、锅炉缺水：当锅炉水位低于水位表最低可见边缘，叫锅炉缺水。停炉后用“叫水法”（冲洗水位表排水旋塞，缓慢关闭排水旋塞后，看水位是否在水位表出现），仍可见水位在水位表内出现时，叫轻微缺水；水位表已看不见水位，而采用叫水法也叫不上水时，叫严重缺水；14、锅炉满水：锅炉水位超过水位计最高可见边缘叫满水，经放水仍不能见到水位，叫严重满水；15、水垢种类：碳酸盐水垢，硫酸盐水垢，磷酸盐水垢，混合水垢，油垢、泥垢；16、水垢危害：增加锅炉耗煤量，降低受热面金属强度，恶化水循环，引起或促进金属腐蚀，清除水垢耗费人力、物力，损伤受热面，缩短锅炉使用寿命；17、软化水：除去水中钙镁离子的水，叫软化水； 软化方法有：炉内加药法，炉外化学处理法，离子交换等；1.2.4锅炉工作的基本过程 由输煤系统送入煤斗的煤靠自重落在炉排面上，炉排由电动机带动由前向后移动，将煤经过煤闸板控制煤层厚度后进入燃烧室。在燃烧室中燃烧的空气由炉排下的风室鼓风机供给。燃料燃烧所产生的高温烟气以辐射放热的方式向燃烧室四周的水冷壁传递热，然后经过防渣管道进入对流烟道。对流烟道是由烟墙隔成的。对流烟道中布置有对流管束等受热面。对流管束是与上、下锅筒连接在一起的一簇管束，管内的水吸收烟气热量而升温，一部分水在上锅筒中被加热，进入供水管道，送出锅炉。对流管束的钢管直径一般为巾50-70mm。烟气在烟道中冲刷对流管束，以及在下锅筒放出热量后，进入尾部烟道。尾部烟道内布置有省煤器和空气预热器等受热面。经过省煤器和空气预热器的烟气经引风机和烟囱排出。排出的烟气温度越低，说明烟气的热量被吸收的越充分，燃料的热能被利用的程度越高，锅炉的热效率就越高。1.2.5锅炉供暖系统主要包括的两个控制任务一、燃烧系统控制。二、循环泵控制。其中燃烧系统控制是主要的，其基本任务既要使供热量适应热负荷的变化，还要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性，因而燃烧控制要通过改变给煤量来保证负荷的改变，调节送风量使之随时与给煤量保持适当的比例，以保证完全燃烧和最小的热损失；调节引风使之随时与送风相适应，以保持炉膛负压在一定范围内。循环泵控制的任务是：控制供回水流量与压力，从而间接地影响供回水温度。1.2.6锅炉燃烧控制系统的任务主要(1)稳定锅炉的出水温度，使其始终保持在设定值附近。出水温度的设定值与室外温度以及消耗热量(热负荷)的变化相关。每天不同时段，根据总结的控制规律设定出水温度给定值，以出水温度为被控量，改变燃煤量，进而改变炉排与鼓风机的转速比，进而达到出水温度与给定值一致。(2)保证燃烧的经济性。在给定出水温度的情况下，需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。运行初始，根据经验设定风煤比，使耗煤量与鼓风量成一定比例关系，在煤质变化时用一个电位器调节风煤比的值，使燃煤充分燃烧。 (3)保证引风和鼓风的正确配比，维持炉膛负压值。炉膛负压的变化，反映了引风量与鼓风量的适应程度。如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷火，既可能危及设备与工作人员的安全又会造成环境污染及能量的浪费。负压过大，炉膛的进风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损失。 第二章 电气控制线路设计2.1常用的控制线路的基本回路的组成 （1）、电源供电回路。供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。 （2）、保护回路。保护(辅助)回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。 （3）、信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。（4）、自动与手动回路。电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。 （5）、制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。 （6）、自锁及闭锁同路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。2.2 常用电气图举例2.2.1点动控制线路 2.2.2连续运转控制线路（自锁） 2.2.3两地控制线路 2.3 热水采暖锅炉辅机电气图设计2.3.1设计控制系统的要求1、两台锅炉为一用一备，引风机电机功率为110kw，鼓风机电机功率为55kw，循环泵电机功率为90kw，炉排电机功率为4kw。锅炉运行应在起动循环泵之后，先起引风机，后起鼓风机，锅炉停止时应先停鼓风机，后停引风机，然后才可停循环泵。控制上要求上述设备应有联锁控制。2、引风机、鼓风机、循环泵、炉排采用变频调速控制。3、出渣机电机功率为3kw，除灰机电机功率为7.5kw，上煤机电机功率为5.5kw，每台电机均为直接起动。炉排与出渣机要求有联锁控制，起动时应先起动出渣机，后起动炉排，停止时应先停炉排，后停出渣机。4、操作台不仅能够对锅炉辅机进行操作控制，还可以显示其运行状态及运行电流，同时可显示每天锅炉的炉膛压力、锅炉炉膛温度、锅炉出水温度、回水温度、出水压力、回水压力。并可显示集水器及分水器上的温度和压力，对锅炉出水温、出水压要有声光报警。5、补水泵要求采用变频调速控制。 2.3.2 各辅机电气图设计各辅机电气图详见附录图纸，现将附录图行设计思路、电机控制、运行过程进行简略说明。各变频调速辅机都选用深川系列品牌。相应其它器件选型详见后文叙述。1、补水泵（图纸详见附录图纸）补水泵在本系统中为一用一备，大小为7.5KW,用一台变频器带动。补水泵既可以变频运行也可以工频运行，用转换开关SA1切换,变频运行时候工频不运行。变频运行哪个水泵用转换开关SA2切换。在图纸中可以显示其故障指示灯、停止指示灯和运行指示灯,1#补水泵的启动按钮为SB1，停止按钮为SB2,2#补水泵的启动按钮为SB3，停止按钮为SB4.操作人员就地可以控制，在操作台也可以控制，两个地方的控制都是既可以随时停止也可以随时启动，这样就方便了操作人员控制。2、出渣机和炉排（图纸详见附录图纸）本设计中出渣机是5.5KW和炉排4KW,出渣机直接起动，起动按钮SB5,停止按钮SB6,炉排是用变频器控制调速，起动按钮是SB7,停止按钮是SB8,出渣机和炉排既可以联锁控制又可以实现单独控制，联锁控制：在启动时候先起出渣机，再起炉排，停止时候先停炉排再停出渣机（这个交给工作人员操作）。两个电机在操作台和就地都可以控制。操作台上有其运行、停止、故障指示灯、运行的电流显示和起动停止按钮。3、上煤机和除灰机（图纸详见附录图纸）本设计中上煤机和除灰机都是采用直接起动，电机功率是上煤机5.5KW,除灰机7.5KW，上煤机起动按钮SB9,停止按钮SB10，除灰机起动按钮SB11,停止按钮SB12，两个电机在操作台和就地都可以控制。操操作台上有其运行、停止、故障指示灯、运行的电流显示和起动停止按钮。这两台电机配电柜和照明用电、小型吊车用电、临时用电都放在一个低压配电柜里。4、循环泵、引风机、鼓风机（图纸详见附录图纸）本设计中循环泵是一用一备，先用1#循环泵，在1#循环泵出故障时候起用2#循环泵。1#循环泵是用变频器控制起动的，2#循环泵是用软启动器控制起动的，两台泵都是90KW。引风机和鼓风机都是用变频器控制起动的，引风机是110KW，鼓风机是55KW.1#循环泵起动按钮SB13,停止按钮SB14;2#循环泵起动按钮SB15,停止按钮SB16;引风机起动按钮SB17,停止按钮SB18；鼓风机起动按钮SB19,停止按钮SB20。引风机、鼓风机和循环泵既可以进行联锁控制，又可以单独控制。联锁控制：用转换开关SA4和SA5切换控制。起动的时候先起循环泵，再起引风机，最后起鼓风机；停止时候先停鼓风机，再停引风机，最后停循环泵。（停止由操作人员控制）四台电机在操作台和就地都可以控制。操作台上有其运行、停止、故障指示灯、运行电流显示和起动停止按钮。 第三章 执行器部分3.1电缆的选择电缆或导线的选择要求包括两方面：一是确定其型号、结构、敷设方式和使用环境等，二是选择电缆或导线截面。在实际中根据具体要求，选择原则包括：（1）、发热大小；（2）、架空线路机械强度；（3）、电压损失问题；（4）、经济条件；选择电缆或导线时，有按电缆或导线所允许的载流量来选择其截面的；有根据架空线路的机械强度来选择截面的；有根据线路所允许的电压损失来选择截面的；也有按经济条件来选择截面积的。在本设计系统中，结合考虑热水锅炉特定应用场合，选择电缆方式是按发热条件选择电缆的截面积的。在按发热条件选择电缆或导线的截面必需满足下列条件：（1）、导线或电缆正常运行时，必须保证它不致因温度过高而烧毁，因此要满足： IY Ijs 式中 IY电缆或导线的长期允许电流 Ijs通过线路的计算电流（2）、电缆或导线所允许的持续电流与熔断器熔体的额定电流、空气开关脱扣器的动作电流之间有一定的关系。一般来说，对于支线，为了安全，必需考虑过载保护。此时电缆或导线的允许持续电流应大于熔体的额定电流，即要求 2.5IY Ier本次设计中所有电线都选择用铜软线BVR 铜芯聚氯乙烯绝缘软电线。电线选型如下表：电机设备名称及功率电流大约（A)控制回路(mm)主回路(mm)引风机 110KW220140鼓风机 55KW110120循环泵 90KW180130炉排 4KW811.5补水泵 7.5KW1512.5上煤机 5.5KW1112除灰机 7.5KW1512.5出渣机 3KW611 表3.1主控制回路导线大小型号表3.2接触器的选择接触器选择正泰品牌接触器CJ20系列220V交流接触器，其正常的工作条件为：1、海拔高度不超过2000m。2、周围空气温度-5+40。3、空气的最大湿度不大于90%。4、污染为三级，安装类别为类。5、安装面与垂直面倾角度不大于5，各设备所选对应接触器如下表：电机设备名称及功率电流大约（A)接触器型号引风机 110KW220CJ20-250鼓风机 55KW110CJ20-160循环泵 90KW180CJ20-250炉排 4KW8CJ20-10补水泵 7.5KW15CJ20-25上煤机 5.5KW11CJ20-16除灰机 7.5KW15CJ20-25出渣机 3KW6CJ20-10 表3.2接触器型号3.3电流互感器的选择电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器型号选择如下表所示：电机设备名称及功率电流互感器型号长 mm宽 mm高 mm引风机 110KWLQK86-0.38163105133鼓风机 55KWLQK86-0.38163105133循环泵 90KWLQK86-0.38163105133炉排 4KWLQK6-0.38150105133补水泵 7.5KWLQK6-0.38150105133上煤机 5.5KWLQK6-0.38150105133除灰机 7.5KWLQK6-0.38150105133出渣机 3KWLQK6-0.38150105133 表3.3电流互感器型号3.4压力传感器的选择压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于多种工业自控环境，涉及水利水电、生产自控、铁路交通、航空航天、石化、军工、油井、船舶、电力、管道、机床等各类行业。力学传感器的种类繁多：如半导体应变片压力传感器、电阻应变片压力传感器、电感式压力传感器、谐振式压力传感器、电容式压力传感器与电容式加速度传感器等。但在实际应用中最为广泛的是压阻式压力传感器，因为它具有合理的价格和较高的精度，以及很好的线性特性。3.4.1 压阻式压力传感器原理及应用压阻式压力传感器是应用单晶硅材料的压阻效应以及集成电路技术相结合制成的传感器。压阻式传感器常用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、流量、重量、加速度、真空度、应变）的测量和控制。3.4.2压阻效应当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形，使载流子从一个能谷向另一个能谷散射，引起载流子的迁移率发生变化，扰动载流子横向和纵向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。这种变化因晶体的取向的不同而不同，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关系。硅的压阻效应不同于金属应变计，前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），并且前者的灵敏度比后者的灵敏度大50100倍。3.4.3压阻式压力传感器的优缺点优点：、频率响应高(例如有的产品固有频率达1.5MHZ以上)，适于动态测量；、体积小（例如有的产品外径可达0.25毫米），适于微型化；、精度高，可达0.010.1；、灵敏高，比金属应变计高出很多倍，有些应用场合可不加放大器；、无活动部件，可靠性高，能工作于振动、冲击、强干扰、腐蚀等恶劣环境。缺点：、温度特性差，由于压阻式压力传感器是用半导体材料制成的，受温度影响较大，因此，应用在温度变化大的环境中，必须进行温度补偿。、工艺复杂，成本高，对研制条件的要求高而且严格，尤其是扩散杂质、烧结、封装工艺等比其他传感器的研制要复杂的多，因而成本也相对要高。本次设计STP压力变送器选用美国原装高精度 STP 压力变送器扩散硅不锈钢隔离膜传感器。3.5温度传感器的选择本次设计设计温度传感器用于测量炉膛温度、锅炉回水、出水温度、集水器和分水器温度。测量锅炉出水温度、回水温度、集水器和分水器上的温度使用pt100热电阻温度传感器，炉膛内的温度通常在950左右，本次设计炉膛温度采用铂铑热电偶温度传感器测量。 3.5.1热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。一、金属热电阻和半导体热敏电阻1、金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 Rt=Rt01+(t-t0) 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0(通常t0=0)时对应电阻值；为温度系数。2、半导体热敏电阻的阻值和温度关系为的近似关系式表示，即 Rt=AeB/t 式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，半导体热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上)，但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，大量用于家电和汽车的温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制中的应用极其广泛。目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性或氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻的变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线性数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0=10、R0=100、R0=1000等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000;铜电阻有R0=50和R0=100两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50应用最为广泛。3.5.2热电偶一、热电偶的应用原理：温度传感器热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： 测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-50+1600均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。 构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。二、热电偶测温基本原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。第四章 相关仪表选型4.1 交流电流表选择名称：电流表6L2-A交流指针电流表 外形尺寸：80*80mm 开孔尺寸：76*76mm主要技术参数 国家标准GB/T 7676-98安装位置仪表适用垂直安装，允许倾斜5；除非另有规定指针偏转角度从左向右指示存储温度-40+70阻尼时间小于4s工作环境温度:-20+40,相对湿度不超过85%，且空气中无灰尘和腐蚀性气体绝缘强度能承受频率为50HZ的正弦波交流2kV电压历时1分钟的耐压试验绝缘电阻大于20M/DC500V产品名称型号单位测量范围接入说明精度交流电流表6L2-AA5mA20A直接接入1.5KA30A10kA经电流互感器CT接入（二次电流为5A、1A） 6L2型电表是用途广泛的直接作用模拟指示电测量仪表、适用于直流电路和交流电路测量：电压、电流、功率、频率和功率因数等电量参数。安装式电表的优点是可以显示被 测量电量的变化趋势：主要用于工矿企业，冶金，化工、电力、成套设备及各种电控装置上。造型简洁明快、美观大方。产品性能符合GB/T7676-2002国家标准要求。本次设计主要选用9个电流仪表，在操作台上分别对补水泵、出渣机、炉排、上煤机、除灰机、循环泵、引风机和鼓风机进行运行电流进行显示。4.2数显表数显表是一种用于显示的电子仪表，目前在各行各业均有应用，因为其显示数据精确而且一目了然，所以在很多场合下已经代替了指针式仪表。从我们家中的电子钟表到工厂用的显示仪表，无论是对时间的把握还是对产量的控制都提供了精准的数字显示，用数字量替换了模拟量。因此数显表会在我们的生活中越来越普及。 4.2.1数显表简介到目前为止数显表的概念还没有统一的说法，但对其认识却大都相同，顾名思义它应该是数字或字母显示的仪表。从广义上讲，街头随处可见的大屏幕数字交通信号灯计时牌，车站的车次牌、工厂数控显示表等都算是数显表的范畴，目前的数显表一般都与电脑、PLC等设备相互连接使用。它的应用非常广泛，大到卫星监控数据、小至手腕上的电子手表，可以说在现代社会里，它的身影无处不在，其结构并不是很统一，它的形状大小也会跟着需要而变化，一般为长方形的表头配一个表身。数显表的数字显示一般采用LED发光管或者是液晶屏幕这两种来完成。工业、交通等一般都是采用LED发光管的数显表，因为LED光源比较亮，有多种颜色，尤其是红色，非常适合辨别。液晶显示通常用于家用钟表，因其自身不发光，所以比较省电。 4.2.2数显表的选用 本次设计选用FWP 系列双回路数字显示仪，每个仪表上都显示一个温度和一个压力，其中出水压和出水温度有报警，具体设置参数在实际为主。FWP 系列显示控制仪适用于各种温度、压力、液位、长度等的测量控制。采用微处理器进行数字运算，可对各种非线性信号进行高精度的线性矫正。FWP 系列光柱显示控制仪集数字测量显示和模拟测量显示于一体，采用数码 LED显示，可精确的显示控制实时测量值；同时采用高精度40线光柱显示，清晰直观的显示实时测量值。以方便直观的与其它测量参数进行比较。FWP 系列显示控制仪向用户开启了仪表内部参数（包括输入类型、 运算方式、输出参数、通讯参数等）的设定界面。FWP 系列显示控制仪可切换输入多种分度号。采用先进的无跳线技 术，更改输入分度号时，不用更改跳线或开关。整个仪表改型过程不需断电，只需设定仪表的分度号及相关参数， 即可在线完成输入分度号的更改。FWP 系列显示控制仪支持多机通讯， 具有多种标准串行双向通讯 功能， 可选择多种通讯接品方式（如 RS-232C、RS-485、RS-422等），通讯波特率3009600bps仪表内部参数自由设定。可与各种带串行输入输出的设备（如电脑、可编程控制器、PLC等）进行通讯，构成智能管理系统。配用 FWP系列数据采集器和基于 WINDOWS9X平台的全中文 FWP工控组态软件，可方便的实现多台仪表与上位机进行联网管理。本次选用D421/423系列，宽96mm、高48mm、深112mm。其对应接线端子图如下图： 图4.2.2 数显表接线端子图4.3电磁阀电磁阀是用来控制流体自动化的基础元件，属于执行器；并不限于液压、气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。 4.3.1电磁阀的工作原理电磁阀里有密闭的腔，在不同的位置开有通孔，每个孔都有通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪一面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动作。这样就通过控制电磁阀的电流进而控制了机械运动。上面说得是电磁阀的普通原理 ，实际上，根据流过介质的温度、压力等情况，比如管道有压力和自流状态无压力。电磁阀的工作原理是不同的。比如在自流状态下需要零压启动的，就是通电后，线圈整个把闸体吸起来。而有压力状态的电磁阀，则是线圈通电后吸出插在闸体上的一个销子，用流体自身的压力把闸体顶起来。这两种方式的不同之处是：自流状态的电磁阀，因为线圈要吸起整个闸体，所以体积较大 ，而带压状态的电磁阀，只需要吸起销子，所以体积可以做的比较小。 第五章 变频柜、配电柜和软启动器介绍5.1变频柜的功能1、电源切换与保护 变频柜中设有低压塑壳断路器与进线电源相连，除能完成接通和分断电路外，可对电路和变频器发生的短路、过载进行保护。并可在维护时切断电源。2、启、停控制功能 变频柜面板上设置变频启动，变频停止按钮，用于变频装置的运行控制，便于现场操作。3、频率（速度）调整 变频柜面板上设置频率调整电位器，可以很方便的手动调节变频器的输出频率，用以控制电机转速4、表头显示 变频柜面板上设置电压表、电流表和各种指示灯如电源指示、运行指示停止指示、故障指示实现对变频器输入电压、输出电流、输出频率和各种工作状态的监测。5、备用工频切换 用户可选择有备用工频切换的变频柜、当变频器出现故障时，通过自动控制回路将电动机切换至工频电源（此方式可选择手动/自动，工频启动装置大于15KW小于45KW可以选用软启动器实现）6、加装外围设备 根据工况需要可在变频柜内安装交流输入电抗器，输出电抗器，直流电抗器及EMI滤波器，制动单元，制动电阻，接触器，中间继电器，热继电器，可编程控制器（PLC）,可编程操作终端（GOT），电度表，散热风扇等。7、整齐美观 将变频器安装在变频柜中，并与其他低压配电柜的尺寸相同，颜色一致，保持配电设施与控制装置的协调，整齐，美观。8、安全防护 将变频器安装在变频柜内，可以减少环境污染，减少触电危险，起到较好的防护作用。5.2变频柜、配电柜的选择根据变频器、接触器、空气开关、电流互感器等器件的尺寸，本次设计统一选择GGD变频柜。高2.2m、深0.8m、宽尺寸详见系统框图。每个变频启动的辅机用一个柜体。配电设备安装在柜子里就叫“配电柜”，它的功能就是将一路（或两路）电源进线分成若干路出线，每路出线都带有计量和保护装置。本次设计配电柜也选用GGD柜体。直接启动的辅机和照明用电，吊车用电和临时用电安装设计在同一个柜体里。5.3 软启动器介绍软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可以实现不同的功能。运用串接于电源与被控电机之间的软启动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软启动，在起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加，软起动一般有下面几种起动方式。（1）、斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加（2）、斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直至起动完毕。启动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。（3）、阶跃起动。开机即以最短时间，使起动电流达到设定值，通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。（4）、脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。西安西弛电气有限责任公司生产的CMC系列软起动器。就具有以上特点，用户可选择限流软起动、电压斜坡起动、电流斜坡起动。本次设计在2#循环水泵为了降低成本，就选用CMC系列软启动器，在1#循环泵出故障，以电流斜坡起动2#循环泵，CMC系列软起动器覆盖5.5KW-500KW电机，是三相鼠笼式电动机起动、运行产品，它成功地解决了交流电动机起动时造成的较大起动电流对供电电压质量的影响和供电线路电耗增大以及对机械设备冲击等问题。 第六章 变频器的选择与使用6.1变频器定义：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 6.2变频器基本原理我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 6.2.1变频器控制原理 （1）、主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。 （2）、控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。 6.3变频器选型1、采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。 2、变频器的负