1200KW导热油电加热系统设计.doc

毕毕业业设设计计说说明明书书 1200KW1200KW 防爆导热油电加热防爆导热油电加热 控制系统设计控制系统设计 专业专业电气工程及其自动化 学生姓名学生姓名朱 敏 华 班级班级BD 电气 041 学号学号 0420610131 指导教师指导教师王 秀 琳 完成日期完成日期2008 年 6 月 10 日 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 1200KW1200KW 防爆导热油电加热控制系统设计防爆导热油电加热控制系统设计 摘 要 电热油炉是以电热升温 采用导热油作为传热介质 在闭路循环系统 中以低压 高温状态下运行 直接释放热量 从而达到提供热源目的的有机载 体加热设备 系统设计任务就是对防爆导热油电加热控制系统实现自动化控制 并具有各种安全保护 设定 显示等功能 设计首先介绍了防爆导热油电加热控制系统的研究背景和意义 以及防爆 导热油电加热装置的工作原理 并根据设计要求 提出控制方案 其次介绍了 系统的硬件和软件设计 硬件组成主要有 控制器 温度变送器 触摸屏 A D 转换器以及各种执行器 根据控制要求 控制器选用三菱公司 FX2N 可编程控 制器 触摸屏选用 HITECH 产品 在此基础上完成了电气原理图和控制电路的 设计 软件设计主要有 温度控制 系统保护 故障显示和报警程序设计 最 后 还进行了人机对话系统设计和安装 调试 维护 设计系统自动化程度高 功能齐全 运行可靠 数字显示和人机对话 操 作简便 控制精度高 可靠 性高 现场运行效果良好 关键字 电热油器 PLC 触摸屏 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 Design of control system of 1200KWKW explosion proof heat conduction oil electric heating Abstract The oil heating furnace is heated up with electricity by organic carrier System adopt oil of transmitting caloric as medium run in the state of low pressure and high temperature release quantity of heat directly so realize heat s supply This system is designed for auto controlling explosion proof heat conduction oil electric heating system at the same time it has the functions of safety setting display This system first introduces the background and meaning of explosion proof heat conduction oil electric heating system and the working theory the control project secondly it introduces the design of hardware and software the hardware is composed of controller Temperature transmitting instrument A D Switch and all kinds of the performers according to the control request the controller is FX2N of Mitsubishi the touch screen is the production of HITECH based on that the electrical drawing and the design are finished the software design is including temperature control the protect of system the display of fault the design of the alarm programmer At last the design and installation of man machine conversation are carried through The system the autoimmunization level is high the function is well the run is credibility the digit demonstrates and man machine conversation the operation is simple control precision and reliability of this system is high and it is running well in real locale Key words Electric heater PLC Touch screen 1200KW 导热油电加热系统控制系统设计 目目 录录 1 概述 1 1 1 防爆导热油电加热系统的研究背景 1 1 2 防爆导热油电加热系统的研究意义 2 1 3 系统设计要求 2 2 防爆导热油电加热装置的结构与工作原理 3 2 1 防爆导热油电加热装置的结构 3 2 2 电加热器的工作原理 5 2 2 1 电加热器的工作原理 5 2 2 2 电加热器的特点 5 3 系统的硬件设计 6 3 1 系统设计方案 6 3 2 可控硅调压系统 7 3 3 控制器 7 3 3 1 可编程控制器 7 3 3 2 A D 模块 8 3 3 3 I O 端口分配 10 3 4 触摸屏 11 3 4 1 触摸屏的优点 11 3 4 2 触摸屏基本原理 11 3 5 智能温度控制仪 13 3 6 电气主电路原理图的设计 13 3 7 电气控制电路的设计 16 4 系统的软件设计 18 4 1 设定程序 19 4 2 调试程序 20 4 3 控制程序 20 5 控制柜的安装 调试和维护 21 6 结束语 23 参考文献 24 致谢 25 附录一 PLC 部分梯形图 26 附录二 控制端子图 32 附录三 PLC 接线图 33 附录四 防爆导热油电加热装置控制电气原理图 34 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 1 1200KW1200KW防爆导热油电加热控制系统设计防爆导热油电加热控制系统设计 1 概述 油加热器的供热原理是 以电热升温 采用导热油作传热介质 在闭路循 环系统中以低压 高温状态下运行 直接释放热量 从而达到提供热源的目的 将热能输送给用热设备后 再利用强制液相循环方式 即加热 循环 再加热 再循环 油加热器的主要控制对象是导热油的温度 必需保证稳定 均匀 柔和加热和高精度的温度控制 并且能在较低的压力下 0 45MPa 运行 同 时还必需有安全监测和保护装置 在该系统中 采用PLC能自动控制有一定温度 的 初始温度 导热油 在循环泵的工作压力下从加热器的进口进入 导热油 通过加热器发热腔使温度逐步升高 然后从出口流出 使导热油达到所需的工 艺温度 以及对该加工过程进行控制与管理 该系统使用触摸屏进行数字显示 和人机对话 操作简便 自动化程度高 可实现远程监控 1 1 防爆导热油电加热系统的研究背景 众所周知 在化工 塑料 橡胶 纺织 食品加工等行业用热过程都需要 提供稳定的高温热源 目前在我国工业生产和科研上的用热 大多以采用蒸汽 加热方式为主 以蒸汽作为传热介质 它具有潜热大 热交换迅速等优点 但 是水蒸气在其产生 传送 热交换过程中存在着严重的能源浪费现象 分析主 要有以下几种情况 A 冷凝过程的损失 a 部分水蒸气与冷凝水一起带着大量的热能在排放过程中被散失 b 冷凝水回收率低 具有关资料介绍我国目前回收率在30 左右 发达国 家80 以上 而冷凝水所含热t是蒸汽总盆的25 则未回收的冷凝水的热损失 就约占蒸汽总量的17 B 蒸汽锅炉需经常或定期排污 约有2 的热里排放后无法收回 C 因蒸汽供热压力较高 管线长 阀门接头多 密封要求高 维修难 不可避 免地出现跑 冒 滴 漏现象 也会造成热量损失 有机载体加热技术是采用有机流体 作为传热介质完成热能转换 传递 应用与控制 从而获得最佳用热工艺条件的一项系统的新技术 也属一项热能 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 2 转换的新技术 此技术在国内也仅有六十年的发展史 我国从七十年代开始引 进应用 有机载体加热技术适用于工业生产 科研用热过程的任何用热设备和场合 延用至今且应用广泛的传统的蒸汽加热方式将逐步被有机载体加热技术所代替 有机载体加热技术与蒸汽加热技术相比其主要特点是 系统迅速能在较低的压力 下实现较好的工艺温度 更具有高效节能的效果 还有温度容易控制 设备维 修费用低 环保性能高等优势 1 2 防爆导热油电加热系统的研究意义 导热油电加热炉是将电加热器直接插入有机载体 导热油 中直接热 并通过 高温油泵进行强制性液相循环将加热后的导热油输送到用热设备 再由用热设备 出油口回到电热油炉加热 形成一个完整的循环加热系统 导热油电加热炉采用 数显式温控仪控温 具有超温报警 低油位报警 超压力报警功能 防爆导热油 电加热炉广泛适用于油田 炼油厂 化工厂 建材工业 纺织印染 塑料 橡 胶 制药等等各行业的流体介质加热 导热油系统加热等 其结构紧凑 体积 小 重量轻 安装操作简便 加热时无污染 能在较低的工作压力下获得较高 的工作温度 热利用率高 节能效果显著 自动化程度高 1 3 系统设计要求 a 压力和油泵与电加热器连锁 b 加热器的工作状态采用无源开关量信号送至DCS c 加热器的故障采用无源开关量信号送至DCS d 加热器的控制采用PLC 触摸屏控制 可安装通讯接口与DCS通讯 e 加热器的温度控制信号可采用DCS远程控制也可本地操作 由DCS决定 控温对象 一个加热周期内 前期控制油炉出口油温 后期控制被加热体的 温度 f 油泵的运行状态从DCS采用无源开关量信号反馈至控制系统 g 工作现场设有防爆启停按钮 工作人员在DCS授权下可现场操作 h 电加热器采用卧式结构 由6台200KW的流态型电加热器组成 即6台电加 热器分成两组 每组三台串联 两组再并联 i 工作电压AC 380V 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 3 2 防爆导热油电加热装置的结构与工作原理 2 1 防爆导热油电加热装置的结构 图2 1 防爆导热油电加热装置结构图 左 图2 2 防爆导热油电加热装置结构图 右 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 4 1 压力表组合件 防爆电接点 2 热电偶 3 机架组合件 4 接线盒组 合件 5加热器组合件 6 加热器壳体 7 出油法兰 8 进油法兰 9 排污法 兰 A 散热区 由于电加热器的工作温度高达320 在长时间工作状态下会使温度传至接 线盒 这样使接线盒内的电源电缆会软化而破坏绝缘 甚至引起短路故障及失 爆可能 为了防止这类事的发生 在接线盒与加热器的中间增加了长300mm左 右的散热区 在散热区安装了3 5块散热片来增加散热量 并且在主法兰端面设 置绝热层以阻挡强大的辐射热 这样 极为有效的降低了接线盒内部的温度 使温度控制在600 以下 避免了接线盒内部接线电缆被烫坏的现象 B 发热元件 电热管 加热器的发热源采用U型电热管 并按照标准JB T2379 93 管状电热元件 所规定的制造 a 加热管内的电阻丝采用进口2080优质镍铬合金丝 温度能在1000 长时 间使用 b 绝缘材料采用优质无碱结晶氧化镁粉 其最高耐温720 c 加热管外壳材质采用1Cr18Ni9Ti优质不锈钢 管壁厚1 0mm 最高表面 温度可达600 d 为了提高防潮 绝缘性能接线口采用304硅胶密封和采用陶瓷绝缘子绝 缘 e 电热元件不发热区均为不锈钢长引杆 f 防止电热管表面结焦 结垢和延长使用寿命 加热管的表面负荷控制在 1 93w cm2 g 加热管的主要技术参数 绝缘电阻常态不小于30M 湿态不小于2 M 电气强度2000V 1min 设计使用寿命 进口材质质保10年 C 折流板 电加热器内部设有结构合理的折流板 起到支撑和安装 导流作用 不仅 可防振 而且可强化传热 减低流体阻力 从而有效避免液体形成加热死角 并能有效提高电热元件表面介质流速 另外在加热器运行过程中会有一些低沸 点的物质 它们通常以气泡的形式存在于电加热器中 优化其支撑件结构有利 于这些气泡的排出 这样 不仅热效率高且对延长电加热器的使用寿命起到决 定性的作用 D 防爆接线盒 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 5 防爆接线盒的材料为碳钢 设计 生产严格按照GB3836 2000国家标准所 规定的执行 防爆标志 ExdIICT4 防护等级IP54 绝缘等级H级 产品能在I 区 II区爆炸性气体危险场所正常工作 满足防火防爆要求 结构为可拆卸式 并且盒内装有耐温端子排 便于用户动力电缆的连接 E 法兰 加热器上的法兰采制全部20 锻件 法兰的引用标准和规格如下 排污法兰 HG20592 97 DN40 2 5MPa RF 进口法兰 HG20592 97 DN200 2 5MPa RF 出口法兰 HG20592 97 DN200 2 5MPa RF 容器法兰 HG20592 97 DN400 2 5MPa RF F 电加热器的外壳 容器 导热油电加热器的容器采用碳钢材料 容器的制造按照以下标准所规定执 行 严格按照标准要求设计制造 经过焊缝的拍片 试压等检测手段 并提供 相应的无损检测报告 压力试验检验报告 容器表面用优质硅酸铝板保温厚度 不小于120mm外覆不锈钢钢板 容器表皮温度不超过50 2 2 电加热器的工作原理 2 2 1 电加热器的工作原理电加热器的工作原理 防爆流态型电加热器 它是通过有一定温度的 初始温度 导热油 在循 环泵的工作压力下从加热器的进口进入 导热油通过加热器发热腔使温度逐步 升高 然后从出口流出 使导热油达到所需的工艺温度 总之流体防爆电加热 器是一种消耗电能转换为热能 来对需加热物料进行加热 在工作中低温流体 介质通过管道在压力作用下进入其输入口 沿着电加热容器内部特定换热流道 运用流体热力学原理设计的路径 带走电热元件工作中所产生的高温热能量 使被加热介质温度升高 电加热器出口得到工艺要求的高温介质 电加热器内 部控制系统依据输出口的温度传感器信号自动调节电加热器输出功率 使输出 口的介质温度均匀 当发热元件超温时 发热元件的独立的过热保护装置立即 切断加热电源 避免加热物料超温引起结焦 变质 碳化 严重时导致发热元 件烧坏 有效延长电加热器使用寿命 2 2 2 电电加加热热器器的的特特点点 a 该设备具有结构紧凑 体积小 重量轻 安装操作简便 加热时无污染 能在较低的工作压力下获得较高的工作温度 b 自动化程度高 采用先进的自动控温模式 即通过所设定的温度反馈给 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 6 控制系统实现热负荷的自动调节 采用模糊控制和自整定PID控制完美结合的控 制技术 控温精度可达到 1 0 1 甚至更精确 并可与计算机连网 实 行人机对话 控制系统可以向DCS系统提供加热器处于运行 超温 停止 温 度信号 互锁状态等信号 可以接受DCS发出的自动 停止操作命令 且增设 了可靠的安全监测装置 如 常规的电气保护 漏电保护 短路保护等 备有 多个联锁接口 随时对油泵 流量 压力进行有效的监控 设有一套独立于正 常温度控制的超温报警系统 当由于种种原因导致常规控温失控后 该系统不 仅能及时报警 且能不可复位地关闭电加热器 保障系统的安全运行 并输入 一下触点信号 c 采用内热式闭路循环供热 热利用率高 节能效果显著 且运行费用低 回收投资快 设计使用的防爆流态型加热器的型号规格 FLR 200 W 卧室安装 3 系统的硬件设计 系统的硬件设计主要是设计控制系统和加热器控制系统两大部分组成 控 制系统硬件结构框图如图3 1 PLC 触摸屏 温度变送器A D转换器 加热器 报警 D A转换器 温度显示 图3 1 控制系统结构框图 3 1 系统设计方案 A 电加热器的功率 1200KW 考虑到加热器功率较大 因此采用负荷均分的 控制方式 即 6 台电加热器分成两组 每台功率为 200KW 每组三台串联 两 组再并联 B 温度控制通过现场仪表完成 采集现场电加热器出口温度信号与其工艺 设定温度进行比较 运算 输出一个带有 PID 跟踪控制的模拟量 4 20mA 去 控制电气控制柜中的可控硅执行元件 改变可控硅的移相角或周波个数 实现 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 7 无级改变加热功率 固定加热器由 PLC 根据系统实际需要的加热量自动切换和 控制 C 电气保护 包括短路保护 过流保护 缺相保护 良好的接地措施 浪 涌吸收 风机保护等 D 系统启动 停止控制由 DCS 系统远程控制或本地控制 E 考虑到初运行 调试和系统维护 系统另增设了电气控制柜的本地手动 控制作为一般性控制 3 2 可控硅调压系统 防爆导热油电加热装置的执行器有2组可控硅调压系统 12台接触器 可调 部分在0 1200KW功率范围内无级可调 可控硅调压系统 是一种以可控硅 电力电子功率器件 为基础 以智能 数字控制电路为核心的电源功率控制电器 具有效率高 无机械噪声和磨损 响应速度快 体积小 重量轻等诸多优点 它通过对电压 电流和功率的精确 控制 从而实现精密控温 并且凭借其先进的数字控制算法 优化了电能使用 效率 对节约电能起了重要作用 可控硅调压系统是集主回路 控制电路 反馈电路 保护电路于一体 对 碳化硅 二硅化钼 铁铬 铁铬铝 钨 钼 铌等发热元件进行功率控制 达 到精确控制温度的目的 广泛应用于熔炼 真空 热处理 电子 玻璃等行业 在系统中通过智能温度控制仪采集电加热器出口温度信号与其工艺设定温 度进行比较 运算 输出一个带有PID跟踪控制的模拟量 4 20mA 去控制电 气控制柜中的可控硅执行元件 改变可控硅的移相角或周波个数 实现无级改 变加热功率 设计使用的可控硅调压系统的型号规格 KP600 1200 公司 无锡 固特 接触器是一种自动化的控制电器 接触器主要用于频繁接通或分断交 直 流电路 具有控制容量大 可远距离操作 配合继电器可以实现定时操作 联 锁控制 各种定量控制和失压及欠压保护 广泛应用于自动控制电路 其主要 控制对象是电动机 也可用于控制其它电力负载 如电热器 照明 电焊机 电容器组等 设计使用的接触器型号规格 CJ20 160 公司 环宇 CJ20 160 接触器用于交流50Hz 额定电压至660V 个别等级至1140V 电流至630V的电 力线路中供远距离频繁接通和分断电路以及控制交流电动机 并适宜于与热继 电器或电子保护装置组成电磁起器 以保护电路或交流电动机可能发生的负荷 及断相 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 8 3 3 控制器 3 3 1 可编程控制器可编程控制器 可编程控制器 Programmable Logic Controller 简称PLC 自二十世纪六十 年代美国推出可编程逻辑控制器取代传统继电器控制装置以来 PLC得到了快 速发展 在世界各地得到了广泛应用 同时 PLC的功能也不断完善 随着计 算机技术 信号处理技术 控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提 高 PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能 今天的 PLC不再局限于逻辑控制 在运动控制 过程控制等领域也发挥着十分重要的 作用 在系统中采用三菱可编程控制器PLC FX2N 128M FX2N系列可编程控制器的特点 a 结构与功能 FX2N系列PLC采用一体化的整体式结构 具有体积小 成 本低 便于安装等优点 b 扩展灵活 FX2N系列PLC产品由不同点数的基本单元和扩展单元结构 基本单元又称主机 内有CPU与存储器 可以单独使用 FX2N系列PLC基本单 元的输入 I 输出 O 点数比为1 1 扩展单元 E 又称扩展机 不可以 单独使用 必须与基本单元组合使用 目的是为了增加I O点数 满足系统的需 要 扩展单元可以单独扩展输入 点数或输出点数 也是可以同时扩展输入 输出 点数 以8为单位增加 FX2N系列PLC基本单元的最大I O点数为256点 另外 FX2N系列PLC还吸收了模块式结构的优点 各种PLC产品 基本单元 扩展单 元 扩展模块 特殊适配器等 都做成同宽同高的模块 组合拼装后就成为一 个整齐的长方体结构 便于I O等功能的扩展 构造适合用户自己的PLC c 通信功能 为了构成点数更多的系统 还可以采用点对点通信方式 将 两台PLC连接起来 构成总点数多一倍的系统 d 专用特殊功能单元 FX2N系列PLC的一大特色还在于具有许多专用的特 殊功能单元 包括 模拟量I O单元 高速计数单元 位置控制单元 凸轮控制 单元 数据输入 输出单元等 大多数单元都是通过基本单元的扩展口与PLC主 机连连 如模拟量I O单元 部分则通过PLC的编程器接口连接 还有的通过 主机上并接的适配器接入 原系统的扩展不受影响 在防爆导热油电加热系统中以PLC作为控制机对系统实施分路自动启停和 手动启停以及各路报警信号的联锁 在每台电加热器内的电热元件表面各选择3 个具有代表性的高精度过热保护测温点 内部测温元件为K型热电偶 过热保 护测温信号 通过PLC可编程序控制器依次循环检测各路加热器发热元件的表 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 9 面温度 一旦因某种原因出现超温时 PLC立即发出信号 提醒操作人员注意 采取适当措施 可延长电加热器的使用寿命 在两组流态型电加热器的出口分别设置一个温度传感器 内部测温元件 Pt100热电阻 将此Pt100温度信号直接送到温控仪表 经比较 运算 PID 后 输出4 20mA的电流信号控制电气控制柜内可控硅调压系统移相角的大小或周波 个数 并将此信号送到PLC控制接触器 实现对电加热器的控制 在设计中使用 的可编程控制器型号规格 FX2N 公司 三菱 3 3 2 A D 模块模块 A FX2N 4AD的介绍 a FX2N 4AD模拟量输入模块有4个输入通道 输入通道接收模拟信号并将 其转换成数字量 这就是A D转换 b FX2N 4AD模块最大分辨率为12位 c 基于电压或电流的输入 输出的选择通过接线方式来完成 可选用的模拟 值范围为 电压输入DC 10V 10V 电流输入 4 20mA或 20 20mA d FX2N 4AD模块和FX2N系列PLC主单元通过缓冲存储器交换数据 FX2N 4AD模块共有32个缓冲存储器 e FX2N 4AD模块占用FX2N系列PLC扩展总线的8个点 这8个点可以分配 成输入或输出 在设计中 4A D模拟量输入模块使用了3个通道 分别是CH1 CH2 和 CH3 4A D模块将温度变送器输出的模拟量信号 电流4 20mA 通过输入通 道CH1 CH2和CH3输送到4A D模块中并将模拟量信号转换成数字量信号再输 入PLC FX2N 4AD模块如图3 2 V V I I V V FGFG CH1CH2 24 24 V V I I V V FG CH3CH4 4AD 图3 2 FX2N 4AD模块图 B FX2N 2DA 的介绍 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 10 a FX2N 2DA模拟量输出模块用于将12位的数字值转换2点模拟输出的电压 输出或电流输出 并将他们输入到PLC中 b FX2N 2DA模块可连接到FX0N FX2N和FX2NC系列的PLC上 c 两个模拟量输出通道可接受的输出为DC0 10V DC0 5V或 4 20mA d 分辨率为2 5mV和4uA e 数字到模拟的转换特性可以进行调整 f 使用FROM TO指令与PLC进行数据传输 在设计系统中 2D A模拟量输出模块使用了CH1 CH2通道 2D A模拟量 输出模块将PLC输出的数字信号转变成模拟信号 4 20mA 通过CH1 CH2输 出通道送入调功器 FX2N 2DA模块如图3 3 V V I I VI VI FGFG CH1CH2 24 24 2DA 图3 3 FX2N 2DA模块图 3 3 3 I O 端口分配端口分配 端口分配有输入继电器 输出继电器 状态继电器 辅助继电器 数据继 电器 定时器 计数器 I O端口分配见表3 1 表3 1I O端口分配表 名称地址名称地址 X000DCS远程 本地X001DCS自动 手动 X002泵反馈信号X0031 加热器启动 X0042 加热器启动X0053 加热器启动 X0064 加热器启动X0075 加热器启动 X0106 加热器启动X011现场启动 X012现场停止X0131 1刀溶断相反馈 X0141 2刀溶断相反馈X0151 3刀溶断相反馈 X0161 4刀溶断相反馈X0171 5刀溶断相反馈 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 11 X0201 6刀溶断相反馈X0211 7刀溶断相反馈 X0222 1刀溶断相反馈X0232 2刀溶断相反馈 X0242 3刀溶断相反馈X0252 4刀溶断相反馈 X0262 5刀溶断相反馈X0272 6刀溶断相反馈 X0301 1接触器反馈X0311 2接触器反馈 X0321 3接触器反馈X0331 4接触器反馈 X0341 5接触器反馈X0351 6接触器反馈 X0361 7接触器反馈X0372 1接触器反馈 X0402 2接触器反馈X0412 3接触器反馈 X0422 4接触器反馈X0432 5接触器反馈 X0442 6接触器反馈X0452 7接触器反馈 X046急停X047油压下限 X050油压上限X0511 巡检反馈 X0522 巡检反馈X0533 巡检反馈 X0544 巡检反馈X0555 巡检反馈 X0566 巡检反馈X0571 超温反馈 X0602 超温反馈X0613 超温反馈 X0624 超温反馈X0635 超温反馈 X0646 超温反馈X0652 7刀溶断相反馈 Y0001 1接触器Y0011 2接触器 Y0021 3接触器Y0031 4接触器 Y0041 5接触器Y0051 6接触器 Y0061 7接触器Y0072 1接触器 Y0102 2接触器Y0112 3接触器 Y0122 4接触器Y0132 5接触器 Y0142 6接触器Y0152 7接触器 Y0161 1温度巡检Y0171 2温度巡检 Y0201 3温度巡检Y0212 1温度巡检 续表 3 1 Y0222 2温度巡检Y0232 3温度巡检 Y0243 1温度巡检Y0253 2温度巡检 Y0263 3温度巡检Y0274 1温度巡检 Y0305 1温度巡检Y0315 2温度巡检 Y0325 3温度巡检Y0336 1温度巡检 Y0346 2温度巡检Y0356 3温度巡检 Y0401 加热器反馈Y0412 加热器反馈 Y0423 加热器反馈Y0434 加热器反馈 Y0445 加热器反馈Y0456 加热器反馈 Y046远程控制指示Y047本地控制指示 Y050故障报警 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 12 3 4 触摸屏 3 4 1 触摸屏的优点触摸屏的优点 触摸屏已经成了继键盘 鼠标 手写板 语音输入后最为普通百姓所易接 受的计算机输入方式 因为利用这种技术 用户只要用手指轻轻地触碰计算机 显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作 从而使人机交互更为直截了当 这种技术极大方便了用户 非常适合多媒体信息查询 同时 这种人机交互方 式赋予了多媒体崭新的面貌 是极富吸引力的全新多媒体交互设备 3 4 2 触摸屏基本原理触摸屏基本原理 触摸屏的本质是传感器 它由触摸检测部件和触摸屏控制器组成 触摸检 测部件安装在显示器屏幕前面 用于检测用户触摸位置 接受后送触摸屏控制 器 触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置接收触摸信息 并将它转换 成触点坐标送给CPU 同时能接收CPU发来的命令并加以执行 在防爆导热油电加热系统中使用触摸屏进行数字显示和人机对话 操作简 便 自动化程度高 可实现远程监控 触摸屏是计算机的输入设备 与能实现 输入的键盘和能点击的鼠标不同 它能让用户通过触摸屏幕来进行选择 具有 触摸屏的计算机的所需的储存空间不大 移动部分很少 而且能进行封装 触 摸屏在使用起来比键盘和鼠标更为直观 设计使用触摸屏的型号HITECH 它 大小适中 高功能 经济 防水 防尘 设计操作方便 HITECH特点 a 小型高功能人机界面 以数据 图形 曲线等形式显示并可修改PLC内 部暂存器状态 b 通讯协议和画面数据一同下载到显示器 无须PLC编写通讯程序 c 表面IP65构造 防水 防油 d 对应PLC机种广泛 也可和单片机通讯 e 可直接数字键输入数据 f 带背景光STN液晶显示 可显示24字符 4行 即12汉字 4行 g 具有密码保护功能 h 文本精灵 动态显示文本 i 可显示静态BMP图档 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 13 j 可显示实时曲线图 k 具有报警列表功能 逐行实时显示当前报警信息 l 20个按键可被定义成功能键 可替代部分控制柜上机械按键 m 自由选择通讯方式 RS232 RS422 RS485任选 鉴于系统实际工作的特点 配置主 副画面 主画面用于自动 手动控制方 式 副画面用于手动控制方式 在主画面上配置各种部件 画面选择开关 6 台加热器的显示温度 温度的设定 自动 手动选择 本地 远程选择 指示灯 控制方式显示 故障显示等 副画面上配置各种部件 画面选择开关 6 台 加热器的启动和停止按钮 方式选择 调试选择等 电加热装置监控画面如 图 3 4 图3 4 电加热装置监控画面 触摸屏控制面板图如图 3 5 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 14 图3 5 触摸屏控制面板图 设计中触摸屏与CPU的串联通过通讯接口RS485 设定参数与PLC内部寄存 器或继电器的数值及状态一致 即可使用触摸屏 从而使操作人员能够方便控 制机器设备 3 5 智能温度控制仪 温度仪表的工作原理 由热电偶 热电阻等传感器送来的电信号在测量桥路进行冷端自动补偿后 送入放大器 一面把信号进行放大 同时把非线性信号校正为线性信号 经线 性放大信号一路A D转希电路把模拟量转换成数字信号进行数字显示 另一路 传输到调节网络 进行规定的比较运算 同时输出一个需要的控制信号和进行 工作状态指示 在系统中 智能温控仪分别对2组电加热器出口温度进行控制 从而保证总 出口温度控制在工艺要求值 设计使用的只能温度控制仪型号规格 PXR9 公 司 日本富士 3 6 电气主电路原理图的设计 由于加热功率较大 因此采用负荷均分的控制方式 即6台电加热器分成两 组 每组三台串联 两组再并联 每组加热器出口温度分别控制 每台加热器 分3路控制 每路加热功率为66 7KW 每组加热器中3路共200KW采用可控硅调压 系统控制 其余采用固定控制 根据要求逐路增减 电气主电路元件见表3 2 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 15 表3 2元件列表 序 号 名 称型 号 规 格数量单位备 注 1断路器2500A1套环宇 2组合快熔XLP 5006套环宇 3可控硅调压系统KP600 12002套无锡固特 4电流互感器BH0 66 2500 53只三菱 5指示灯AD1141只环宇 6中间继电器MY4NJ96只欧姆龙 7隔离变压器500VA1只环宇 8接触器CJ20 16012只环宇 9防爆流态型加热器FLR 200 W6台卧式安装 详细电气原理图见附录四 电气主电路是控制6台加热器 其中电流互感器电流互感器起到变流和电气 隔离作用 为便于2次侧仪表的测量 DW15系列万能式断路器主要用于交流50Hz 额 定电流为100A 4000A 额定工作电压自380V至1140V 其中额定电流为 1000A 4000A的额定工作电压为380V 的配电网络中 用来分配电能 保护线路及 电源设备免受过载 欠电压和短路等故障的危害 变压器将380V电压转变为220V 电压 万能转换开关 SA 是一种多档位 控制多回路的组合开关 用于控制 电路发布控制命令或用于远距离控制 电气主电路原理图如图3 6 1H101 1H102 1H201 1H202 1H301 AC380V 1U1V1W 1V 1a 1U 1W 1QF1 100 102 101 103 4号柜 变压器 图3 6 电气主电路原理图 一 电气主电路原理图3 7主要有 组合式溶断器起短路和过流保护作用 接触 器能频繁地接通或断开交直流主电路 实现远距离自动控制 可控硅调压系统 采用移相触发方式来实现电压的无级调节 输出电压的调节范围比较宽 一般 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 16 为额定输入电压的0 98 具有软起动 软关断 恒流 限流及缺相保护 负 载断线保护 过流保护 过热保护等功能 图3 7 电气主电路原理图 二 电气主电路原理图3 8的功能是 温度变送器内部测温元件Pt100热电阻 将此Pt100检测的温度信号转换成电流信号 4 20mA 4A D模块将温度变送器输 出的模拟量信号 电流4 20mA 转换成数字量信号再输入PLC 2D A模拟量 输出模块使用了CH1 CH2通道 2D A模拟量输出模块将PLC输出的信号转变 成模拟信号 4 20mA 送入电气控制柜内可控硅调压系统控制移相角的大小 或周波个数 实现对电加热器的控制 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 17 CH1 4AD V I V FG V I V FG CH2CH3 V I V FG V I V FG CH4 温度变送器1 RT1 DC WD1 WD1 DC DC WD01 温度变送器2 RT2 DC WD2 WD2 24 24 接PLC24 接PLCCOM CH1 2DA V I VI FG V I VI FG CH2 WD11 24 24 接PLC24 接PLCCOM WD12WD21 WD22 4 20mA 4 20mA 4 20mA 接1号调功器1SCR1 4 20mA 接2号调功器2SCR1 4 20mA RT1 1 RT1 2 RT2 1 RT2 2 WD02 图3 8 电气主电路原理图 三 3 7 电气控制电路的设计 以 PLC 作为控制机对系统实施分路自动启停和手动启停以及各路报警信号 的联锁 控制电路主要是控制 6 台加热器 6 台加热器分主加热器 800KW 和 辅加热器 400KW 两套加热装置 按下控制电源按钮 整个装置开始运行 红色 指示灯亮 主加热器开始工作 加热器的温度逐渐上升 当温度接近设定温度 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 18 时 主加热器停止工作 换成辅加热器工作 炉内温度达到设定值时 辅加热 器也停止加热 如果炉内温度低于设定值 辅加热器工作 一旦炉内温度高于 设定值 辅加热器又会停止加热 如果炉内温度达到了高温界限 系统将会报 警 加热器控制电路图如图3 9 1V 1QF3 KM0 KM0 L2 N2 1KA1 1KM1 1KA2 1KM2 1KA3 1KM3 1KA4 1KM4 1KA5 1KM5 1KA6 1KM6 1KA7 1KM7 2KA1 2KM1 2KA2 2KM2 2KA3 2KM3 2KA4 2KM4 2KA5 2KM5 2KA6 2KM6 2KA7 2KM7 SA2 KA25 声光 报警 N 10A 2P 200 控制电源 201 202 210211212213214215216217218 219220221222223224 图3 9 加热器控制电路 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 19 4 系统的软件设计 软件部分主要有设定 控制 调试和报警等几部分 软件部分主要使控制 系统实现自动化控制 通过PLC程序自动检测各种器件 接触器 加热器 工作 情况 一旦发生故障 系统会自动报警 软件流程图如图4 1 初始化 本地控制温度 PID参数 远程手动 本地调试手动 本地手动 本地自动 远程控制温度 差值自动控制 输出汇总 温度巡检 超温报警 接触器故障判断 刀溶断相检测 6台加热器状态 故障报警 指示 图 4 1 软件流程图 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 20 4 1 设定程序 在控制过程中有些参数需要设定 比如加热器温度的设定 4AD模块的初 始设定等 4AD模块设定程序如下 LD M8000 M8000为运行监控用 PLC运 行时M8000线圈自动接通 FROM K0 K30 D600 K1 在 0 位置的特殊功能模块 的ID号由BFM 30中读出 并保存在主单元的D600中 CMP K2010 D600 M0 比较该值以检查模块是否是 FX2N 4AD 如是则执行下一步 LD M8002 初始化脉冲 SET M4 M4接通并保持 ZRST S0 S300 S0 S300复位 ZRST C0 C60 C0 C60复位 ZRST M0 M500 M0 M500复位 LD M1 AND M4 TOP K0 K0 H3111 K1 H3111 BFM 0 初始化输 入通道 TOP K0 K1 K4 K4 将4分别写入BFM 1 2 3 和 4将CH1 CH2 CH3和CH4的平均采样数设为4 TOP K0 K21 K1 K1 K1 BFM 21 BFM 21必须设 成允许 0 1 TOP K0 K22 K0 K1 K0 BFM 22 增益 偏置调整 复位调整位 OUT TO K4 延时0 4S LD T0 TOP K0 K23 K0 K1 K0 BFM 23 偏置 TOP K0 K24 K20000 K1 K2000 BFM 24 增益 TOP K0 K22 H3F K1 H3F BFM 22 增益 偏置 调整 3F 00111111 即O1 1 G1 1 O2 1G2 1 O3 1 G3 1 从而改变 CH1 CH2 CH3 OUT T1 K4 LD T1 RST M4 调整结束 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 21 TOP K0 K21 K2 K1 K2 BFM 21 BFM 21增益 偏置调整静止 4 2 调试程序 程序在执行前先要调试 调试分分为手动和自动 本地调试手动程序如下 LDI X000 X000 DCS远程 本地 ANI M1002 M1002 本地自动 手动 AND M1000 M1000 本地手动调试选择 CALL P0 LD X000 X000 DCS远程 本地 OR M1002 M1002 本地自动 手动 OR M8002 RST M100 M1000 本地手动调试选择 4 3 控制程序 控制分远程控制和本地控制 本地控制又分为手动和自动 在设计中由于 加热功率较大 因此采用负荷均分的控制方式 即6台电加热器分成两组 每组 三台串联 两组再并联 每组加热器出口温度分别控制 每台加热器分3路控制 每路加热功率为66 7KW 每组加热器中3路共200KW采用可控硅调压系统控制 其余采用固定控制 根据要求逐路增减 具体功率分配如下 a 加热总功率 1200KW b 电加热功率 200KW 台 c 电加热器数量 6 台 d 执行元件 2 组可控硅调压系统 12 台接触器 可调部分在 0 1200KW 功 率范围内无级可调 e 功率分配 200KW 2 路 可调 66 7KW 12 路 固定 如远程手动控制程序如下 LD KA26 X000 DCS 远程 本地 ANI KA27 X000 DCS 自动 手动 ANI X046 X046 急停 ANI X047 X047 油压下限 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 22 ANI X050 X050 油压上限 AND KA28 X002 泵反馈信号 MC N0 M10 LD KA29 X003 1 加热器启动 DCS OUT S50 S50 1 加热器启动 DCS LD KA30 X004 2 加热器启动 DCS OUT S51 S51 2 加热器启动 DCS LD KA31 X005 3 加热器启动 DCS OUT S52 S52 3 加热器启动 DCS LD KA32 X006 4 加热器启动 DCS OUT S53 S53 4 加热器启动 DCS LD KA33 X007 5 加热器启动 DCS OUT S54 S54 5 加热器启动 DCS LD KA34 X010 6 加热器启动 DCS OUT S55 S55 6 加热器启动 DCS MCR N0 5 控制柜的安装 调试和维护 A 安装 a 卧式电加热器为水平安装 固定地脚 进 出口前均要求有300mm以上 的直管段 并装旁路通管 以适应电加热器检修检查工作 b 电加热器安装前应使用500或1000V摇表检测接线柱与外壳的绝缘电阻 绝缘电阻应不小于2M 并检查加热器的各部位有无缺损现象 c 电气接线必须符合防爆要求 电缆应选用铜芯线并采用符合的接线夹头 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 23 d 应作可靠的接地 接地线应采用10mm2以上的多股铜线 接地电阻不大 于4 e 接线完毕后 防爆接线盒 盖的隔爆面应涂上防锈油 B 调试 a 试运行前应再次检查系统绝缘情况 检查电源电压与铭牌是否相符 复 验电气接线是否正确 b 依照温度调节仪使用说明书的规定 按工艺要求合理设定各项温度定值 c 电加热器的超温保护器已按防爆规定温度定置 不需再调整 d 试运行时首先开启进出管路阀门 关闭旁路阀门 排尽加热器内空气 介质充满后 电加热器方可进入正常试运行 郑重警告 绝对禁止电加热器干 烧 f 应按设备随机图纸的操作说明正确操作并记录运行时的电压 电流 温 度等各有关数据 试运行24小时无异常情况方可安排正式运行 g 试运行成功后请及时将电加热器作好保温处理 C 维护 a 应坚持定期对设备及线路进行巡视检查 加强维护保养 尤其应检查触 点 端子 接头等有无虚接过热现象 b 每年应定期作电气参数的校对 c 每年校验一次测温传感器和温度调节仪表 保证量值准确 d 长期停用后再启动或迁移使用地点时 应严格按5 1 5 2项的内容执行 200KW 导热油电加热系统控制系统设计 24 6 结束语 设计基本上完成了防爆导热油电加热控制系统的控制要求 电气原理和控 制线路接线正确 整齐美观 自动化程度高 功能齐全 运行可靠 数字显示和 人机对话 操作简便 控制精度高 可命性强 软件运行正常 无缺陷 现场运行效果良好 设计分硬件设计和软件设计 硬件包括可控硅调压系统 接触器 PLC 控 制器 加热器 温控仪等 软件设计采用编程的方式来控制系统的动作 整个 控制分远程 本地控制 本地控制又分手动 自动控制 手动采用触摸屏控制或控 制面板 控制加热器的工作 而且可在触摸屏上实现对所需参数的设定和一