关 键 词：

机械毕业设计全套

资源描述：

JDYY01-010@常规量检测与控制工程专业综合实验设计,机械毕业设计全套

内容简介：

毕业设计任务书 课课题： 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） 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 缪 爱 梅 班 级 B 材机 012 学 号 0110120218 指 导 教 师 倪 文 龙 专 业 系 主 任 发 放 日 期 2005 年 3 月 14 日 nts一、 设计内容 过程装备与控制工程专业综合实验设计（粉体工程实验部分）结合课程 并体现 专业特色。 二、设计依据 1 普通高等学校本科教学工作水平评估方案（试行）； 2 过程装备与控制工程专业规范； 3. 过程装备与控制工程专业教学计划。 三、技术要求 两人合作，完成 下述内容 : 1.过程控制技术基本实验：流量、液位、温度、压力 检测与控制； 2.体现本专业特色的某一生产过程 或生产过程的某一分支； 3.体现本专业设备教学的实验内容； 4.体现综合性； 5.体现设计性； 6.体现实验接口的开放性； 7.能开展科研活动的可发展性。 nts 四 .毕业设计物化成果的具体内容及要求 1. 毕业设计说明书（按要求的格式打印）不少于 10000 字； 2. 实验系统流程图 ; 3. 常规量检测综合试验台装配图及主要零件图 : 4. 控制系统设计全套图样 图样要求全部 KMCAD 绘图；图样总量折合不少于 4m2， 另附结构方案手工草图一张； 提供设计文件电子文档。 nts五 . 毕业设计（论文）进度计划 起讫日期 工作内容 备 注 05.03.12 05.03.13 布置任务 05.03.14 05.03.25 调查研究，收集资料，熟悉课题 ,毕业实习 05.03.26 05.04.05 总体设计，方案论证 05.04.06 05.05.19 部件、零件设计阶段 05.05.20 05.06.05 编写说明书 05.06.06 05.06.08 毕业设计预答辩 05.06.09 05.06.12 修改资料 05.06.13 05.06.14 复查材料 05.06.15 05.06.17 毕业答辩 05.06.18 05.06.19 材料整理装袋 nts六 . 主要参考文献： 1杨祥刊 ， 李保金主编 .水泥设备标准手册 . 北京 : 中国建材工业出版社， 1995 2朱昆泉，许林发主编 .建材机械工程手册 . 武汉 : 武汉工业大学出版社， 2000 3. 翁维勤 ， 孙洪 程主编过程控制系统及工程 .化学工业出版社， 1995 4. 何离庆主编 .过程控制系统与装置 .重庆大学出版社。 2002 5. 俞金寿主编 .过程自动化及仪表 .北京：化学工业出版社， 2002 6. 邵裕森 ， 戴先中主编 .过程控制工程 .机械工业出版社， 2001 7. 邵惠鹤主编 .工业过程高级控制 .上海交通大学出版社， 2002 8. 翁维勤 ， 孙洪程主编 .过程控制工程设计 .化学工业出版社， 2000 七、其他 nts 毕业实习报告 专 业 机械设计制造及 其 自动化 学 生 姓 名 缪 爱 梅 班 级 B 材机 012 学 号 0110120218 指 导 教 师 倪 文 龙 日 期 2005 年 04 月 03 日 nts 1 实 习 报 告 一、 概述 毕业实习是学生进行 毕业设计的第一个环节， 也是 学生在校期间最后一个重要的综合性实践教学环节 ， 是根据教学计划的安排和具体课题的内容、性质与要求来实施的。毕业实习的目的是让学生深入到生产第一线 ， 培养学生专业工作能力，提高学生综合素质的重要手段 ，进一步了解现代工业生产的全过程，了解新技术，新设备的应用，开阔眼界。 在毕业设计教学中，要注重提高学生的全面素质，融思想道德素质教育，业务素质教育，文化素质教育于一体，努力培养学生探求真理勇于创新的进取精神，勤奋钻研独立思考的优良学风和严肃认真的工作态度，以达到专业培养目标的基本要求。 提高学生 的全面素质，融思想道德素质教育，业务素质教育，文化素质教育于一体，努力培养学生探求真理勇于创新的进取精神，勤奋钻研独立思考的优良学风和严肃认真的工作态度，以达到专业培养的目标的基本要求 。 通过完成毕业设计课题，培养我们以下能力： 1 结合经济建设和社会发展实际，结合工程生产实际，培养 我们 理论结合实践的能力 2 培养 我们 研究调查、收集处理信息和利用文献资料的能力 3 语言表达和转写科技报告或学术论文的能力 4 创新能力 5 培养 我们 的计算机能力 、 外语应用能力 和手工绘流程图的能力 6 培养 我们 注意经济效益社会效益的观点，全局观点和团队精神 7 培养 我们 综合运用所学基本理论和技能，独立完成专业范围内的工程设计 二、 实习过程 2005 年 3 月 28 日 毕业实习准备，了解江苏鹏飞集团建材设备厂 2005 年 3 月 29 日 江苏鹏飞集团建材设备厂东厂 2005 年 3 月 30 日 江苏鹏飞集团总厂 2005 年 3 月 31 日 江苏鹏飞集团总厂、海安天鹏机电制造公司 2005 年 3 月 2 日 3 月 4 日 毕业设计开题报告 2005 年 3 月 5 日 3 月 6 日 毕业实习小结 三 、 实习内容 2005 年 3 月 28 日 江苏鹏飞集团建材设备厂 (西厂 ) 初步了解江苏鹏飞集团建材设备厂 2005 年 3 月 29 日 江苏鹏飞集团建材设备厂 (东厂 ) （ 一） 参观 主要内容 （ 1） 5m 大齿轮的加工：由 2 块毛坯经过端铣然后拼接成完整的齿轮毛坯，在nts 2 车床上车端面以确定基准，这样将 2 端面加工后进行刨齿，刨出齿轮的毛坯在转移到滚齿机上滚齿 ； （ 2） 磨机端板 ,厂里最大 3.2*13m, 500 双转子旋风式选粉 机，了解了其工作原理 ； （ 3） 多头变螺距进出料装置 , 中空挡料圈 :用在尾仓； （ 4） 分级衬板 , 波纹衬板用在二舱，衬板用螺栓联接，材料为 16 锰钢，因其耐磨，可保护筒体； （ 5） 隔仓板拼装成圆形；大齿轮在磨尾传动； （ 6） 出料装 置安装在中空轴里；磨门焊接到磨机上，焊缝之间的距离为钢板的长度 ； （ 7） 通过参观我还了解了筒体原料如何加工及磨机的制造工艺 。 （二）厂区特色 鹏飞集团主要是 生产球磨机和回转窑的企业，另外也生产烘干机等水泥设备。经过多年的磨练在球磨机和回转窑方面取得很大的成就，做出了很大的改进，例如在球磨机衬板方面，修改隔仓板，将隔仓板的扬料板改进成可促进料的前进且可缓解料堵的新类型隔仓板；在进料螺旋方面把进料螺旋改成变螺距多头螺旋，可促进料的进入或排出；在衬板方面，有菱状和阶梯状等。另外在烘干机上也做了不少改进：将有倾角的扬料板呈螺旋线安置，促进料的充分接触热空气和料的移动。 2005 年 3 月 30 日 江苏鹏飞集团建材设备厂 (西厂 ) 测量磨机尺寸 2005 年 3 月 31 日 江苏鹏飞集团建材设备厂 (西 厂 ) （一）参观主要内容 （ 1）回转窑上的托轮 (油润滑 ,水冷却 )起支撑作用， 托轮轴用锻钢制造； （ 2） PGM 型系列高效球磨机是在开流粉磨系统所具有的优缺点之中扬长闭短而设计的，对传统的球磨机做了重大改进，出具有开流磨一切优点外，与同规格的球磨机相比，磨机产量有了大幅度的提高，且粉细，比表面积大，实现高产，高细，为生产高标号水泥提供了一种新型的粉磨设备。 PMG 型球磨机以其独特的结合式隔仓板和出料蓖板调节各仓料位，增大通风量 ，改善磨内条件；同时采用了新型衬板调节了磨机转速，优化了齿轮设计和齿瓦的润滑参数，增加了磨机运转的平稳性和使用寿命，提高了粉磨效率。 经福建龙岩南亚建材机械有限公司，重庆市江津夏强实业有限公司水泥厂，江苏大丰龙药厂等几十家用户的运行证明， PMG 系列球磨机与同规格的国际规定的球磨机相比，在其参数不边的情况下，台时产量提高约 20%，单位产品点耗下降 10-12%，在开流粉磨时，水泥的比表面积可达到 320m/kg，整机性为国内先进水平。 （ 3）回火炉 : 进来后缓慢加热至 600 摄氏度保温 1214 小时 ,后随炉冷却至 200 摄氏度 ,打开炉门让它冷却至 50 60摄氏度时可以焊接 ,此时效果最佳 ,不易产生应力； （ 4）三种焊接工艺；手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧自动焊。在这三nts 3 种焊接工艺中手工电弧焊易产生夹渣，二氧化碳气体保护焊易产生气孔等缺陷，对于要求严格的球磨机我们要采用埋弧自动焊，它的缺陷最少，但是在卷制中之能用手工电弧焊固定，在消除应力（或焊接后消除）后除去焊渣进行埋弧自动焊； （ 5） 卷板机的卷与焊 ： 卷：卷板机分为三滚 (缺点是比较浪费 )和四滚 (优点是不浪费 ,缺点是机器成本贵 )； 焊：先用点焊固定位置，然后多重焊接，去肉，使表面光滑； （ 6） 卷板机主要用于生产筒体：过程：先卷 剪切掉多余部分（用仪器测 以保证其圆度） 焊； （ 7） 大磨机的磨门要铆； （ 8） 地脚螺栓：用于固定，是磨机的基础； （ 9） 油缸：加热，使其过盈配合； （ 10） 卷扬机，离合器（连接轴时装弹性柱销连轴器），刚性连轴器，弹簧密 封 圈； （ 11）齿轮加工：先用铣齿机铣齿再滚齿； （ 12）磨机筒体用点焊的原因：块大变形大，热胀冷缩大； 磨机筒体用连续焊的原因：块大变形小，热胀冷缩小，连续焊应力较集中； （ 13）中空轴上钉有木板的作用：起保护作用，以免影响其要求较高的配合 度。 （ 二）厂区特色 江苏鹏飞集股份有限公司是国内最大水泥机械、水泥成套设备生产出口 基 地，满足日产 8000 吨、 5000 吨、 2500 吨新型干法回转窑水泥成套设备供应 “鹏飞 ”回转窑规格： 3.252m;3.554m;4.060m;4.364m;4.874m;5.078m “鹏飞 ”球磨机规格： 2.613m;311m;3.213m;3.510m;3.813m;4.213m;4.613m; 满足日产 8000 吨、 5000 吨、 2500 吨新型干法回转窑水泥成套设备供应。 该系列产品主要应用于水泥厂成品及原料的粉磨，也适用于冶金、化工、电力等工矿企业粉磨各种矿石及其它可磨性物料。可用于开流粉磨，也适用与选粉机组成循环圈流粉磨。该设备设计合理，对物料适应性强，运转率高，破碎比大，产量高，操作方便。 PMG 型系列高效球磨机是在开流粉磨系统所具有的优缺点中扬长避短而设计的， 对传统的球磨机做了重大的改进，除具有开流磨一切优点之外，与同规格的球磨机相比，磨机产量有了大幅度的提高，且粉细、比表面积增大，实现高产、高细，为生产高标号水泥提供了一种新型的粉磨设备。 PMG 型球磨机以其独特的结合式隔仓板和出料蓖板调节各仓料位，增大通风量，改善了磨内条件；同时采用了新型衬板，调整了磨机转速，优化了齿轮设计和轴瓦的润滑参数，增加了磨机运转的平稳性和使用寿命，提高了粉磨效率。 四 、 过程控制综合实验台 系统对象控制 的分析 模拟控制对象系统 由 上 、 中 、 下三个水箱 、 热交换器及相应管 路组成 ,上 、 中水箱由 水泵供水 .上 、 中两个水箱装有液位传感器 ;上水箱是一个复合式水箱 ,其中水箱内装有 电加热 器 、 电动 搅拌器和 PT100 温度传感器 .下水箱内 内置潜水泵 .热交换器冷热nts 4 流体管路上均装有涡轮流量计 、 温度传感器 、 阀门和水泵 .水箱中的水位 、 水温以及供水的流量和热交换器冷热流体管路上温度 、 流量压力都可以用于构成控制系统的被控参量 .管路任一个手动阀都可以作为干扰源 ,用以产生干扰信号 ,整个被控对象组成了一个复杂 控制系统 . 系统特点 : 1 控制系统的被控量包含温度 、 压力 、 流量 、 液位四大热工参数 . 2 执行器中既有电磁比例调节阀类执 行器 ,又有加热控制器等电力拖动类执行器 . 3 各种控制算法和调节规律在开放的实验平台上都可以实现 . 4 具有多种工业控制方式 ,控制过程清晰 . 控制方式有 :手动调节控制 、 PLC 控制 、 计算机控制 5 模拟工业现场 ,具有真实可靠性 、 直观性 . 6 传感器 、 变送器 、 执行器 、 电路全部采用 IEC 标准信号传送 . 7 实验数据及图表在 MCGS 软件中很容易存储及调用 ,便于实验后的分析 . 五、 实习感想 通过这次实习，使我更理解了理论联系实际的重要性与必要性。 以前我们多是从书本上了解机械产品的形状，原理等，而本次实习既是我们做毕 业设计的需要，也是我们以后走上工作岗位的需要，我们从本质上了解了机械的设计、加工、安装等原则。 经过那些天的实习，使我们对本专业，特别是我们自己的课题有了更深一步的了解。 本次实习我也体会到我们知识的匮乏，就最简单的常识我们也是知之甚微：如何分别是球磨机还是回转窑或是烘干机，大齿轮的铸造、加工、包装、修正等。 还有有的 看似简单，做起来就不像看起来这么容易。 就拿测绘来说，以前不过是把图纸上的东西转换为电子文档，而现在先要把实物的数据测量出来，再根据测量的数据绘出电子文档。 这次实习让我们深入到生产第一线，进一步了解 现代工业生产的全过程，了解新技术，新设备的应用，开阔眼界。同时，让学生围绕毕业设计课题进一步了解相关的知识和进行资料的收集，为完成课题任务提供必要的条件。 总之，本次实习对我的毕业设计和以后的工作学习都有着深远的意义。 但是仅仅这么几天并不能学到太多的东西，我们还需要多看资料，努力充实自己 。 nts 毕业设计 开题论证报告 专 业 机械 设计 制造及 其 自动化 学生姓名 缪 爱 梅 班 级 B 材机 012 学 号 0110120218 指导教师 倪 文 龙 完成日期 2005 年 月 8 日 nts 1 课题名称 ： 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） 一、 课题来源 、课题研究的主要内容及国内外现状综述 本 课题是来源于实验室的一个综合实验台 本实验装置为液位自控实验装置，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 CKM3225 磨也进行控制。 本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。 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 20ma 单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 、 PL 和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。 nts 2 二、本课题拟解决的问题 1.实验装置的工艺部分的设计及选型 ； 2.实验装置的控制电路设计及软件程序的设计 。 三、解决方案及预期效果 a.解决方案 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 . b.预期效 果 本实验台是开放系统 ,可以进行 流量 、 液位 、 温度 、 压力的检测与 控制 的实验 。 对CAM3225 磨也 可以 进行 控制。 nts 3 四、课题进度安排 3 月 12 日 3 月 25 日毕业实习阶段 接受任务，毕业实习，市场调查，到多个单位实践，撰写实习报告。 3 月 26 日 4 月 5 日 设计开题阶段 提出总体设计方案及草图，撰写开题报告。 4 月 6 日 5 月 19 日 设计初期阶段 完成总体设计图、部件图、零件图。 5 月 20 日 6 月 5 日 设计中期 编写毕业设计说明书，完善图纸。 6月 6日 6 月 8 日 毕业设计预答辩 6 月 9 日 6 月 14 日 毕业设计定稿阶段 图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。 6 月 15 日 6 月 17 日毕业答辩 6 月 18 日 6 月 19 日材料整理装袋。 五、指导教师意见 签名 : 年 月 日 六、专业系意见 签名 : 年 月 日 七、学院意见 签名 : 年 月 日 nts 文 献 资 料 专 业 机械 设计 制造及 其 自动化 学 生 姓 名 缪 爱 梅 班 级 B 材机 012 学 号 0110120218 指 导 教 师 倪 文 龙 . nts文 献 资 料 1 周力平 PLC 在小型化工生产过程控制中的应用 J 湖北化工 ， 1997， (3)：63-64 2 张凤登 ,京启戛 ,叶春明 . 谈改进过程控制系统教学 J.机械工业高教研究 ，1998， (4)： 67-69. 3 白方周 ,黄晓辉 . 用于一类工业过程控制实时专家系统开发的集成环境 J.中国 科学 技术大学学报 ， 1994， (4)： 443-448. 4 王 毅 . 教学过程控制的认识与实践 J. 大连水产学院 ， 1994， (3)： 33-36. 5 李亚芬 ,周小林 . 过程控制原理课程改革尝试 J.大连 理工大学工学院 .1994， (4)： 57-58. 6 曲忠庆 ,王君慧 . 计算机在过程控制中的应用和发展 J.洛阳农专学报 .1994， 14(1)： 53-57. 7 孙怀义 ,贺孝珍 ,张兴仁 . 过程控制仪表可靠性试验综述 J.自动化与仪器仪表 .1994， (3)： 43-46. 8 林中达 . 过程控制系统的实时性分析 J. 东南大学学报 .1995， 25(4)： 94-97. 9 陈凤谋 . 过程控制中多任务并行模式 J.广西科学 .1995， 2(2)： 14-17. 10 张玉润 . 过程控制使用的新调节阀 J. 自动化与仪器仪表 .1995， (4)：1-6,23,50-51. nts机械工程学院毕业设计 (论文 )选题申报表 指导教师 倪文龙 学生姓名 缪爱梅 05 年 01 月 03 日 设计 (论 文 ) 题目 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 ） 类别 毕业设计 课题来源 结合课程和实验 设计原始数据 普通高等学校本科教学工作水平评估方案（试行）；过程装备与控制工程专业规范；过程装备与控制工程专业教学计划； 设计内容 1过程控制技术基本实验：流量、液位、温度、压力 2体现本专业特色的某一生产过程或生产过程 的某一分支； 3体现本专业设备教学的实验内容； 4体现综合性； 5体现设计性； 6体现实验接口的开放性； 7能开展科研活动的可发展性。 8两人合作，与负责设备的设计者协调完成。 物化成果形式 工程设计 类要求 说明书字数 图纸数 其他附件 工程研究 类要求 论文字数 附件要求 软件开发 类要求 说明书字数 附件要求 工程设计 实验系统图、控制流程图；电路原理图；控制接口图；测量变送、控制器、执行器等选型设计、 PLC 编程，并协助设备设计者完成部分设备图样，总图量大于 3.5m2 说明书字数 10000 字 综合实验指导书 工程设计 系部审查意见： 系主任 (签名 ) ： 学院审批意见： 院 长 (签名 ) ： 注： 内客较多可另附纸说明 nts nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 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 nts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） The Comprehensive experimental design for the process equipment and control engineering major (the part of routine measure checking and conventional measure) Abstract： In order to meet the demands of teaching and research,This topic designs 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 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 mill,too.it takes thin power to the belt to weigh, and then put the result to the amplifier.Then it compares the date getten with the beforehand to control the amount of charge. In addition, the power on the roller is controled by hydraulic pressure system.It achieved the claim better. Key words: Combine ; control ; test ; feedback nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 参考文献 1周力平 PLC 在小型化工生产过程控制中的应用 J湖北化工， 1997(3)： 63-64. 2杨祥刊，李保金主编 .水泥设备标准手册 M. 北京 : 中国建材工业出版社，1995. 3何离庆主编 .过程控制系统与装置 M.重庆大学出版社 ,2002. 4王毅 . 教学过程控制的认识与实践 J . 大连水产学院 ,1994(3)： 33-36. 5朱昆泉，许林发主编 .建材机械工程手册 M. 武汉 : 武汉工业大学出版社 ,2000. 6曲忠庆 ,王君慧 . 计算机在过程控制中的应用和发展 J .洛阳农 专学报 ,1994 (1)： 53-57. 7俞金寿主编 .过程自动化及仪表 M.北京：化学工业出版社 ,2002. 8 林中达 . 过程控制系统的实时性分析 J . 东南大学学报 ,1995(4)： 94-97. 9陈凤谋 . 过程控制中多任务并行模式 J .广西科学 ,1995(2)： 14-17. 10 翁维勤、孙洪程主编 .过程控制系统及工程 M.化学工业出版社 ,1995. nts 毕 业 设 计 说 明 书 过程装备与控制工 程专业综合实验设计 （常规量检测与控制工程专业综合实验设计） 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 缪 爱 梅 班 级 B 材机 012 班 学 号 0110120218 指导教师 倪 文 龙 完成日期 2005 年 6 月 15 日 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 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 3.1 实验装置介绍 5 3.2 单回路反馈控制电路基本原理 5 3.3 工艺方案的拟定 6 3.4 CKP 磨液压系统的分析 8 4 实验装置的工艺部分设计及设备选型 10 4.1 水泵的选择 10 4.2 水管的选择 11 4.3 水龙头的选择 12 4.4 流量计的选择 12 4.5 各种按钮的选择 12 4.6 接 触器的选择 12 4.7 继电器的选择 13 4.8 熔断器的选择 13 4.9 传感器的选择 13 4.10 电动执行器的选择 14 4.11 CPU 的选择 15 4.1 2 如何根据控制要求选择 PLC 机型 16 4.13 选择单片机的理由 17 5 设计计算 20 5.1 水槽尺寸计算 20 5.2 框架的材料选择及尺寸的确定 20 5.3 通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 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 nts 1 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 CAM3225磨也进行控制。本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 CKP磨，经过CKP磨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 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 CKP 预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 ATOX 型立磨则占有 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 .实验装置的工艺部分的设计及选型、实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 。 nts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 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（ DCS） 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（ CIPS） 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（ DCS）的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CIM的思想和方法来组织、管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 CIPS（ computer integrated processing systems） .可以看到，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 nts 3 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（ advanced process control ）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 Honeywell 公司推出第一台分布式计算机控制系统（ DCS），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 DCS 的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， Fisher-Rosemount,Honeywell 等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（ fieldbus）控制系统，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（ humanware ）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 CIM思想在连续工业中的体现。 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CIM计划。她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 CIM已列入国家科委 863CIMSnts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 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 20ma 单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 、 PL 和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。 nts 5 3 总体方案设计 3.1 实验装置介绍 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 3-1 实验装置工艺流程图 图 3-1中有三只水槽。其中槽 1、槽 2为被控对象。它们的液位高度 L1及 L2分别通过两台差压变送器测出，槽 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 1.2.3.4的开闭而定），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， F2 管线则专供作为加干扰用。 3.2 单回路反馈控制电路基本原理 nts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 图 3-2 控制系统方块图 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 3-2所示： 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。 3.3 工艺方案的拟定 3.3.1 实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 CKP 磨，经过 CKP 磨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 CR 的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 PLC 控制了，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 PLC 控制系统。 3.3.2 实验装置的控制部分设计方案 磨机的主轴转动由电机 M1拖动，磨机主轴转动不需要正反转控制。但电机 M1的功率很大由于磨盘需承受很大的压力，压力大了，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 M1立即停止转动，而且压力立即降低，以免伤到整个磨机系统。 磨盘的转动是 Y180M-2,Y系列（ IP44）封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nts 7 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 Y12-，换向阀 6处于中位，二位二通电磁换向阀 Y14+、 Y15+使系统保压，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转换器、 D/A 转换器、放大电路的选择，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/D转换送入单片机控制系统。将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/A 转换、电压 /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 1.2 倍。 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nts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 的。 3.4 CKP 磨液压系统的分析 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 3-2 调压回路 压力。在 CKP磨的液压系统中没有节流阀，溢流 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 M型、 H 型或K 型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 3-3 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 3-4 电磁阀 nts 9 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。 CKP磨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 3-5 卸载回路 nts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 压头H排出量Q4 实验装置的工艺部分设计及设备选型 4.1 水泵的 选择 图 4-1 离心泵特性曲线 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 10mm，实验台采用丹麦格兰富 UPA-90AUTO型单级循环水泵。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 Q和转速 n之间的函数关系，称为泵的特性，如图 4-1： 离心泵的特性； 由 10 H=R1n2-R2Q2 （ 4 1） 式中 R1、 R2为比例常数。 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 hp： 由 10 nts 11 hp= gPP 12 （ 4 2） 式中 P1、 P2分别是管路系统的入口与出口处的压力。 为流体密度， g为重力加速度。由于工艺系统在正常操作是 P1、 P2 基本稳定，所以这项也是比较稳定的。 b. 管路两端的静液柱高度 HL，即升扬高度。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 hf。 hf与流量的平方值近似成正比例关系。 d. 控制阀 两端节流损失压头 hV 。在阀门开度一定时， hV也与流量的平方值成正比关系，当阀门的开度变化时， hV也跟着变化。 管路总阻力为 HL，则： HL=hp+HL+hV+hf （ 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 HL，这是建立平衡的条件，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 C的流量应符合工艺预定的要求，可以通过改变 hV或其它的手段来满足这一要求，这也是离心泵的压力（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 CP系列清水泵 CP 系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 80C的清水或物理化学性质类似于清水的液体。适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 4-1： 表 4-1 水泵参数 型 号 机座号 功 率 最大流量 (L/min) 最大扬程 (m) 最大吸程 (m) 转 速 (r.p.m) 管 径 (mm) 净重 (Kg) 外形尺寸 (mm) W HP CP-45 63 125 0.17 35 30 9 2850 25X25 5 262X137X152 4.2 水管的选择 根据所选离心泵口径的大小，可以选择直径 25mm壁厚为 1mm的不锈钢水管 不锈钢水管参数如表 4-2所示 nts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 表 4-2 水管参数 产品名称 公称直径（ mm） 产品代码 壁厚（ mm） 不锈 钢水 管 00 15 001500 0.8 20 002000 1 25 002500 32 003200 1.2 40 004000 50 005000 65 006500 2 80 008000 100 010000 150 015000 2.5 200 020000 3 4.3 水龙头的选择 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 25mm 的水管，所以水龙头与水管的配合端的口径也为 25mm。由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 YW1001的水龙头， 该水龙头表面镀铬 ,螺纹为 1/2,重为 195g。 4.4 流量计的选择 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 LZD型电远传转子流量计，本流量计的配 套仪表是输入信号范围为 0 10MA。 4.5 各种按钮的选择 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 7.5KW 的异步电动机。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 5KW以下小容量异步电动机时其额定电流一般为（ 1.52.5） IN，接通次数小于（ 1520）次 /h，常用的组合开关为 HZ10系列。 nts 13 4.6 接触器的选择 接触器分直流和交流两大类，交流接触器主要有 CJ0及 CJ10系列。 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 IN： 由 7 IN=NNkUP 310 （ 4 4） 式中， PN 为控制电动机额定功率（ KW）； UN 为电动机额定线电压（ V）； k 为经验系数取 11.4。 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NU应大于控制线的额定 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、 110V或更低的控制电压 。 4.7 继电器的选择 a.中间继电器、电流继电器、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。 b.时间继电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。 c.热继电器发热元件额定电流，原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。 4.8 熔断器的选择 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 IR=（ 1.52.5） IN （ 4 5） 多台电动机长期共用一个熔断器保护 ：由 7 IR=（ 1.52.5） INmax+ IN （ 4 6） 式中， INmax 为容量最大一台电动机的额定电流； IN 是除容量最大的电动机之外，nts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 其余电动机额定电流之和。 4.9 传 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 4-2 投入压力传感器原理图 4.10 电动执行器的选择 根据实验装置需要我选择 DJK型角行程电动执行机构 4.10.1 用途 DKJ 型电动执行机构是 DDZ-II 型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 0-10mA（直流），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 DKJ型电动执行机构的自动调节系统，配用 DFD-09型电动操作器，可实现调节系统手动和自动无扰动的切换。 4.10.2 型号 nts 15 DKJ-210 出轴力矩： 100N.m 出轴每转时间： 100S 供电电源：单相 VAC 消耗功率： 20W 重量： 31Kg 4.10.3 主要技术性能 输入信号 0-10mA DC 回差 1.5% 出轴力矩 100N.m 纯滞后 1S 出轴每转时间 100S 电源电压 220V 50Hz 出轴有效位移 0-90（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 -10-+55 死区 3% 使用环境湿度 伺服放大器 85 执行机构 95% 4.10.4 工作原理 DKJ型电动执行机构是用一个单相伺服电动机为原动机的位置伺服机构，其系统方块如 图 4 3下： ZPE 伺服放大器 SD 单相伺服电动机 WF 位置发送器 J 减速机 DJD 电动操作器 图 4-3 DKJ 型电动执行机构系统方块图 nts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 4.11 CPU 的选择 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 CPU 51子系列的主要功能有： 8位 CPU；片内带振荡器，振荡频率范围为 1.2-12MHz；可有时钟输出； 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 +5V电源。 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 8KB（ 8032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 4k字节的掩膜程序存储器； 8751内有 4k字节的 EPROM。 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 CPU、 128B RAM、 4KB ROM、 23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 4KB ROM改为 4KB EPROM。 8031：与 8051 相比较，不含有 ROM，算不上是完整的单片机。一旦使用，就需要扩展 ROM，比较麻烦。 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 89C51 的单片机。 作为 CPU的芯片选择 AT89C51：带有 4K字节闪速存储器的 8位微控制器 AT89S51这是一个带有 4K字节闪速可编程可擦除只读存储器的低功能，高性能的 CMOS8位控制器，它与工业标准 80C51的指令设置和管脚输出相兼容。它可以与 MSC-51产品兼容；具有 4K字节内部可编程闪速存储器；它可以进行 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 2.7-6V；它的全静态工作时的频率为 0HZ-16MHZ；它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： -55 -125 存储温度： -65 -150 与地相连任一脚电压 -1.0-7.0V 最大工作电压： 6.6VA 直流输出电压： 5.0MA 4.12 如何根据控制要求选择 PLC 机型 nts 17 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 PLC时，根据自己的需要，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，FX2N 系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。 a.分析系统类型是属于单位控制对象的小系统，还是慢过程 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。 b.有多少点开关量输出，是直流电压输入还是交流电压输入，电压分别为多 c.有多少点开关量输出，采用何种输出方式，常用的输出方式有继电器输出、双向晶闸管输出及晶体管输出等方式。输出功率分别为多大。 d.有多少模拟量输入和多少模拟量输出，各自的精度要求为多少，采样的速率要求有多高。 e.需否扩展配置，若需扩展配置，是采用本地扩展配置，还是采用远程扩展配置，或者二者都要；若有远程扩展配置，是接终端还是接模块。 f.是否有特殊控制要求，如高速计数器 、位控及运动控制单元、温度单元、凸轮定位器、 PID单元、语音单元等。 g.是否有通信及组网的要求，通信及联网打算采用何种方式。不同厂家的设备是否兼容，比如：要选择的 PLC，其通信及网络是否支持已选择好的智能装置等。 h.对于可靠性要求有多高，需否冷备份或热备份。 i.控制机房与工业现场是分开还是一起。 j.输入、输出单元及内存容量等应考虑一定的冗于配置，以备以后的扩展。 4.13 选择单片机的理由 近几十年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公自动化等方面获得了广泛的 应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高、灵活通用等优点，因此在各种专业控制中也得到了广泛的应用。近几年来，单片机的发展更为迅速，它已经渗透到了诸多学科和各种领域乃至人们生活的方方面面。 单片机在各个技术领域中的迅猛发展，与单片机所构成的计算机应用系统的特点有关： 单片机构成的应用系统具有较强的可靠性；系统扩展和系统配置比较典型而规模的应用系统；由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测控功能由软件实现，故具有柔性特点；有优异的性能价格比。 机等等！而其中 8位单片机又有很多派别，在中国主 流分为： PIC、 MCS51、 AVR等等！ 自单片机出现至今，单片机技术已走过了近 20 年的发展路程。纵观 20 年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（ MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。 nts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 4.13.1 单片机寿命长 这里所说的长寿命分两个方面 :一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作 10年， 20年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展， MPU更新换代的速度越来越快，以 386、 486、 586为代表的 MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如 68HC05、 8051 等年龄已有 15 岁，产量仍是上升的。这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类 CPU 为核心，集成以更多 I/O 功能模块的新单片机系列层出不穷。可以预见，一些成功上市的相对年轻的 CPU 核心，也会随着 I/O 功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。新的 CPU 类型的加盟，使单片机队伍不断壮大，给用户带来了更多的选择余地。 4.13.2 8 位、 16 位、 32 位单片机共同发展 这是单片机技术发展的另一个动向。长期以来，单片机技术的发展是 以 8 位机为主的。随着移动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭， 32 位单片机应用得到了长足的发展。以 MOTOROLA68k为 CPU的 32位单片机为例， 1997年的销售量达 8 千万枚。过去认为由于 8 位单片机功能越来越强， 32 位机越来越便宜，使16位单片机生存空间有限，而 16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅度的增长。 4.13.3 单片机的速度越来越快 MPU发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不 牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些 8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了许多。 MOTOROLA 单片机则使用了锁相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟频率。 68HC08 单片机使用4.9M 外部振荡器而内部时钟达 32MHz，而 M68K 系列 32 位单片机使用 32K 的外部振荡频率，内部时钟可达 16MHz以上。 4.13.4 低电压低功耗 自 80 年代中期以来， NMOS 工艺单片机逐渐被 CMOS 工艺所代替，功耗得以大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由 3um工 艺发展 1.5、 1.2、 0.8、 0.5、 0.35进而实现了 0.2um 工艺，全静态设计使时钟频率从直流电到数十 MHz 任选，都使功耗不断下降。 MOTOROLA 最近推出任选的 M.CORE 可在 1.8V 电压下以 50MH