毕业设计-电加热炉控制系统设计

密级NANCHANGUNIVERSITY学学学学士士士士学学学学位位位位论论论论文文文文THESISOFBACHELOR（20062010年）题目锅炉控制系统的设计学院环境与化学工程系化工专业班级测控技术与仪器学生姓名学号指导教师职称讲师起讫日期20103至20106南南南南昌昌昌昌大大大大学学学学学士学位论文原创性申明学士学位论文原创性申明学士学位论文原创性申明学士学位论文原创性申明本人郑重申明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名日期学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名日期导师签名日期南昌大学学士学位论文I锅炉控制系统设计锅炉控制系统设计锅炉控制系统设计锅炉控制系统设计摘要温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。关键词关键词关键词关键词温度；电加热炉；PLC；控制系统南昌大学学士学位论文IICONTROLSYSTEMDESIGNOFBOILERABSTRACTTEMPERATUREISAVERYPOPULARPARAMETEROFPYROLOGYINFLOWINDUSTRY，SOTEMPERATURECONTROLISANEMPHASESOFPROCESSCONTROLCONSIDERINGSOMESPECIALCONDITIONSUCHASHEATINGMECHANISMANDTHESPECIALSTRUCTUREOFHEATERTHEREAREOFTENSOMEFEATURESSUCHASLONGTIMELAG，NONLINEARITYANDDIFFICULTIESOFMODELINGOFTARGETSOFPROCESSITSDIFFICULTTOCONTROLVERYWELLBYTRADITIONALPIDALGORITHM，THEDIGITALPIDCONTROLALGORITHMCANGETBETTERCONTROLEFFECTTHISARTICLEDESCRIBEDATYPEOFIMPROVEDREGENERATIVEHEATINGFURNACE,WHICHMAKESTHETEMPERATUREINVARIABLEANDAUTOIGNITIONUSINGPLCITCANBEAVAILABLEINALUMINUMANDSTEELMILLANDOTHERMETALINDUSTRY,WHICHCANBRINGOBVIOUSECONOMICANDSOCIALBENEFITSTHEINDUSTRIALDESIGNOFTHEPROTOTYPEELECTRICOVENTOLABORATORYELECTRICFURNACEOFTHEREALOBJECT,PIDCONTROLALGORITHMFORTEMPERATURECONTROLTHEPAPERPRESENTSATARGETFORELECTRICFURNACECHARACTERISTICSOFCONTROLALGORITHMS,ANDPLCASTHECORETOFORMTHEFURNACEADAPTIVECONTROLSYSTEMCONTROLACCURACY,RELIABILITYANDSTABILITYINDICATORSAREMUCHHIGHERTHANTHESYSTEMWHICHISCONSISTEDOFTHECONVENTIONALINSTRUMENT,THEDESIGNUSESPIDALGORITHMTOCONTROLITSTEMPERATUREKEYWORDTEMPERATURE；HEATINGFURNACE；PLC；CONTROLSYSTEM南昌大学学士学位论文III目录目录目录目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111选题的背景及意义112加热炉控制研究现状213本设计的主要工作及技术路线3131主要工作3132本论文的技术路线4第二章控制方案确定521控制对象的数学模型及仿真522电加热炉控制系统分析1023控制系统的控制过程11231温度流量串级控制系统11232液位流量串级控制系统1124控制系统主要特色12第三章PLC控制系统硬件设计及仪表选型1431系统特性分析1432PROFIBUS现场总线介绍1433电加热炉PLC系统结构1534PLC控制系统设计16341恒温控制系统16342恒压控制系统17第四章控制系统的软件设计2041下位机软件设计20411STEP7简介20412下位机软件设计流程图2242上位机软件设计22421WINCC简介23422监控系统的设计24第五章仪器仪表的选型2651现场仪表的选型26511控制阀的选型26512节流装置的计算27513电气阀门的定位器28514压力变送器的选型29515压力表的选型30516流量计的选择30517温度变送器的选型31518浮子液位计的选型3252控制室仪表选型33521PLC的选型33522控制柜的选型33南昌大学学士学位论文IV523安全栅的选型34524供电箱的选型34525智能调节器的选型3553其他仪器的选型36531水箱的选型36532水泵的选型36534接线箱的选型37535三相调压模块的选型37第六章总结和展望3861设计总结3862课题展望39参考文献（REFERENCES）40致谢42南昌大学学士学位论文1第一章绪论11选题的背景及意义我国的电加热锅炉在10多年前问世，由于受到当时电力因素的制约，发展非常缓慢，只有几个非锅炉行业的厂家在生产。1998年以来，特别是2000年，电热锅炉市场迅速发展。行业内许多厂家都已经或者正在准备生产电热锅炉。由于起步晚、规模小,电加热锅炉的控制水准很低，甚至很原始。电加热锅炉的控制与燃油（气）锅炉的控制有很大的不同11电流巨大，属大电流或超大电流控制；2没有现成的燃烧器及其程控器，锅炉的加热过程和控制品质完全由自己决定；3比燃油（气）锅炉的自动化程度和蓄热要求更高，外观要求也更现代、更美观。因此，电热锅炉控制存在较大难度。1998年我们抓住了市场机遇，再次把工业控制技术应用于电加热锅炉控制领域，把大型电力负荷控制的成功经验移植到电加热锅炉的大电流控制上来，率先提出了电加热锅炉的循环投切和分段模糊控制的控制模式，较好地解决了电加热锅炉控制的理论和实际问题。国内电加热炉的加热形式主要有以下两个1电阻加热式国内绝大多数厂家采用该方式，并选用电阻式管状电热元件。电阻加热方式的电气特点是锅水不带电，但在电加热元件漏水或爆裂时会使锅水带电或称漏电。另外，受电热元件绝缘导热层的绝缘程度的影响，电热管存在一定的泄漏电流。泄漏电流的国家标准是VG,PLC输出全通电平高电平,使三相可控硅全通，电阻满功率加热；若VDVTVG，根据占空比数值的大小，PLC经过程序运算，输出相应占空比的间断控制电平，使三相可控硅间断导通，电热丝间断加热。间断电平的占空比采用非线性计算，现使用的计算公式为KVTVDVGVD经测试比较，该计算方法提高了低温时的加热速度，运行效果较好。此外，为保证系统动态稳定性，防止控制过程的振荡。以05S时间间隔对VT进行取样判断,当温升过快,即VTVT05VM（VM为05S内允许的最大温升所对应的VT数值，也预存于PLC数据寄存器中时也输出关断电平,使三相电热丝停止加热。220V图32温度控制系统342恒压控制系统恒压供水控制系统的基本控制策略是采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到压力稳定在设定的压力值上。电热炉温度变送器温度变送器A/D转换PLCD/A转换计算机可控调压装置开关南昌大学学士学位论文18系统基本情况系统由变频器、数字调节器、可编程序控制器（PLC）、传感器、水泵电机及相关电气控制设备集成而成，是一种具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备。系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能。系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器（PLC）的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量16。系统控制功能1水泵起停由PLC控制，可具备全循环软起动功能；2具有自动、手动切换和手动操作装置，不使用控制柜时，可用手工操作使水泵直接在工频下运行；3定时轮换功能控制水泵（包括备用泵）周期性自动交换使用，使水泵寿命基本一致；4前端贮水池缺水后停泵保护，有故障显示功能；5供水系统中一般还设有一台小泵或气压罐，是为了适应小流量情况下（如夜间）的使用，系统能自动切换并控制（可选功能）；6具有自动用工频起动消防泵功能，或者自动变频以适应消防供水要求；7缺相、漏电、过载、瞬时断电保护等电气保护功能。图33恒压供水自动控制系统的原理框图压力调节器变频调节器接触器组PLC保护报警压力传感器放大器水泵供水管南昌大学学士学位论文19系统由压力传感器部分、可编程序控制器PLC、变频调速器、接触器组和供水泵等部分组成，形成供水压力负反馈闭环控制系统。压力传感器将供水管道中的水压变换为电压信号，经放大器放大后送至压力调节器与压力给定信号相比较，其差值经PI运算后去控制变频器的输出频率，同时可编程序控制器控制水泵在电路与变频器输出之间进行切换，改变泵组的运转状况和转速，实现压力调节。南昌大学学士学位论文20第四章控制系统的软件设计控制系统软件设计包括上位机软件和下位机软件两部分，下位机软件是PLC内的程序，主要用于控制参数和与上位机之间的通信。上位机软件用于生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统。41下位机软件设计411STEP7简介下位机软件主要是PLC控制器内程序的设计。由于PLC内有较多的内部位存储器和字存储器、计时器和计数器等元件，可以充分地利用它们进行逻辑编程，它的输入输出各种信号可以反复使用，很容易实现自锁、互锁和定值、定位控制。根据流程图和具体工艺，可以方便地编制出PLC的程序梯形图。STEP7为自动化项目中所有的阶段提供功能从项目规划到投入运行、测试和维修。STEP7以此支持整个的工程流程。STEP7既包含设备硬件配置，也包含模块的参数化。因此不必再进行硬件设置。F模块的项目规划正如在标准规划中一样，使用HW配置，即STEP7配置工具来实现。图41STEP7中的模块的参数化使用STEP7通过图形操作面板确定项目中的通讯连接。带有SIMATIC管理器的STEP7包含用于项目管理的集中式工具。SIMATIC管理器不仅考虑到CPU，而且考虑到整个设备与解决方案由多少控制系统、驱动装置和HMI设备组成无关。使用STEP7使得通讯连接在项目范围内达到图形化确定。南昌大学学士学位论文21结构编程使得应用程序的设计大大简化。它被分为若干简单的、易于测试的单元，即所说的模块。一个内容广泛的标准模块库使得程序设置非常有效率。S7分布式安全提供指令、操作和模块，以实现KOP和FUP中的安全程序。为此有附带预生产、经TV认证的模块库可供用于安全功能。用户不需另外的工程技能，因为编程是在熟悉的STEP7环境中完成的。在安全程序设计中S7分布式安全也包含故障识别功能和安全检查。通过所谓的F从标准应用程序中调出安全程序（例如在一个OB中，如OB35）。除安全程序外，可以在CPU上同时运行标准程序。S7分布式安全支持安全程序的比较，并使用生成的程序语句简化设备的验收。图42S7分布式安全南昌大学学士学位论文22412下位机软件设计流程图图43PLC温度控制系统程序设计42上位机软件设计本套控制系统上位机监控软件采用SIEMENS公司的上位监控组态软件开始间隔5S读取VTVTVDVTVG计算控制电平占空比KFVT读K的数值生成间断控制电平K0生成关断控制电平K1生成全通控制电平VTVT05VM南昌大学学士学位论文23SIMATICWINCC。WINCC指的是WINDOWSCONTROLCENTER，它是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性。421WINCC简介SIMATICWINCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。WINCC，这一运行于MICROSOFTWINDOWS2000和XP下的WINDOWS控制中心，已发展成为欧洲市场中的领导者，乃至业界遵循的标准。如果你想使设备和机器最优化运行，如果你想最大程度地提高工厂的可用性和生产效率，WINCC当是上乘之选。WINCC具有突出的优点通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于WEB持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的HISTORIAN系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。WINCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明，包括汽车工业、化工和制药行业、印刷行业、能源供应和分配、贸易和服务行业、塑料和橡胶行业、机械和设备成套工程、金属加工业、食品、饮料和烟草行业、造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化。WINCC是SIMATICPCS7过程控制系统及其它西门子控制系统中的人机界面组件。WINCC还为垂直市场解决方案提供有丰富的选件OPTIONS和附加件ADDONS。通过利用“FDA选件”，并在工程与组态时采取适当的措施这在白皮书中已阐明SIMATICWINCC符合制药和食品行业FDA21CFRPART11的要求FDA美国食品和药物管理局。众多的任选件，将使工厂认证更为容易，而这种认证为这些工业领域的各种要求更是提供了非常有说服力的全面响应。WINCC提供了所有最重要的通讯通道，用于连接到SIMATIC南昌大学学士学位论文24S5/S7/505控制器例如通过S7协议集的通讯，以及如PROFIBUSDP/FMS、DDE动态数据交换和OPC用于过程控制的OLE，等非专用通道；你亦能以附加件的形式获得其它通讯通道。由于所有的控制器制造商都为其硬件提供了相应的OPC服务器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到WINCC。422监控系统的设计西门子公司的WINCC集成了SCADA、组态、脚本（SCRIPT）语言和OPC等先进技术,为用户提供了WINDOWS操作系统环境下使用各种通用软件的功能。用户可以在WINCC友好的界面下进行过程组态、编程和数据管理,很容易形成需要的操作画面、监视面面、实时趋势曲线、历史数据报表、越限报警等13。WINCC提供了一个称为“SIMATICS7PROTOCOL”的通讯驱动程序，这个通讯程序支持多种网络协议和类型，通过它的通道单元可以实现WINCC与各种SIMATICS7PLC以及WINAC的通讯。组态下载前要进行端口设置，在控制面板中的“SETPG/PCINTERFACE”中选择“S7ONLINE（STEP7）”，再选择“PCINTERNAL（LOCAL）”实现PC机与WINACSLOT412的本地连接。之后在“COMPONENTCONFIGURATOR”中指定PC站的名字（即“ZDH32”）图44系统硬件组态南昌大学学士学位论文25然后打开WINAC控制面板。将之前硬件和软件组态下载。如果组态没问题，下载正确，则控制面板上的RUN指示灯会变为绿色。这样就可以通过WINAC控制面板对系统进行控制，同时可以利用STEP7在线调试程序，还可以通过设置变量表在线修改参数和监视变量21。本系统在WINCC变量管理器中添加新的驱动程序，先选择驱动程序类型为“SIMATICS7PROTOCOLSUITECHN”，而后选择通道单元“SLOTPLC”，WINCC与WINACSLOT412的通讯连接。然后根据具体的过程对象，在“SLOTPLC”中建立变量连接，添加控制过程中监视和控制的过程变量。利用图形编辑器、变量记录组件来完成过程画面设计、数据趋势显示和归档、越限报警等功能。本系统是对一个双输入、双输出电加热炉温度进行控制。其中期望输出值、输入电流量、反馈值还有P、I、D控制参数为过程变量和系统控制量。加入这些变量后，根据本系统需要的数据显示、变量调节、还有数据归档等要求对其进行图形编辑。本系统的人机监控具有以下功能数据自动采集及归档过程的实时监视参数的在线设置和调整手动自动操作历史趋势数据归档查询超限报警等。南昌大学学士学位论文26第五章仪器仪表的选型51现场仪表的选型在电加热炉控制系统中，包括用于检测的现场仪表和用于控制的现场仪表。现在，我们开始对现场仪表的选型2。511控制阀的选型控制阀的选型内容1）口径大小的选择；2）开、闭形式的选择；3）流量特性的选择；4）结构形式的选择。口径大小的的选择尤其重要。根据控制阀流量系数C值的计算值来确定阀座通径。A控制阀流量系数C值的计算P1250KPA；P200KPA；T20OC；Q63MH；D1D215MM；31GCM；VP2339KPA；CP219665KPA；V1006；LF090（气动薄膜单座控制阀压力系数）。1）临界压力系数FF096028233921996509572）判断是否为阻塞流22L1FVFPFP0925009572339200692L1FVPFPFP为费阻塞流，所以流量系数C1012Q/PP）52323）管道雷诺数LEQR707003500VC，不必做低雷诺数修正。4）控制阀口径的选定根据计算C5232选控制阀公称通径D20MM、100C65管件形状修正由于D1D2D，所以不需要管件形状修正。南昌大学学士学位论文27B控制阀型号的确定参考选型样本可得控制阀型号为ZHAB2型气动薄膜单座调节阀（浙江诚科阀门有限公司）其主要技术参数如下1信号范围20100KPA2公称通径203阀座直径104公称压力16MPA5额定行程L166固有流量特性直线、等百分比7额定流量系数直线18；等百分比168固有可调比3019工作温度T（）1520010作用方式气开式512节流装置的计算对应于节流法测量流量的原理2，可取节流前流束未收缩处和节流后流束收缩最小处两点，对于不可压缩流量来说，应用伯努利方程可有22112211VPVP2G2G1对于流体流动有连续性方程成立，即21122121FVFVFVVF，2将（2）式代入（1）式，经整理可得1212221PP2GVF1F（3）式中1V孔板前取压处平均流速，M/S2V孔板后取压处平均流速，M/S南昌大学学士学位论文281P孔板前取压处绝对压力，KG/2M2P孔板后取压处绝对压力，KG/2M1F管道横截面积，2M2F孔板内孔横截面积，2MG重力加速度981M/2S流量S22QVF，由此可见只要测得节流前后的压力差就可得到2V，从而就可得到管道流量数值。考虑到一些实际因素，需引入一个系数C，于是有121S2221PP2GQCFF1F（）（4）2C1M（5）式中2DMD（）为孔板开孔直径与管道直径之比513电气阀门的定位器电气阀门定位器又称气动阀门定位器）是调节阀的主要附件，通常与气动调节阀配套使用，它接受调节器的输出信号，然后以它的输出信号去控制气动调节阀，当调节阀动作后，阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器，阀位状况通过电信号传给上位系统。电气阀门定位器的工作原理电气阀门定位器是控制阀的主要附件它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号,以控制器输出信号作为设定信号，进行比较，当两者有偏差时，改变其到执行机构的输出信号，使执行机构动作，建立了阀杆位移倍与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此，阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。由于本设计采用的仪表基本都必须带有PROFIBUSPA现场总线通信协议，南昌大学学士学位论文29普通的定位器显然达不到此要求，这里选用智能阀门定位器。智能电气阀门定位器可用于直行程和角行程的阀门。本系统采用型号为SIPARTPS2的定位器。它的操作非常简单，可以在现场通过按键和LCD进行操作，也可以通过HART接口或PROHBUSPA协议选用SIMATICPDM过程设备管理软件对其进行操作。技术数据及参考1当在0C以下调试时，请确认调节阀被介质吹扫足够长的时间。2在低于10C，时LCD刷新率降低。当选用IY模块时，只允许T4。3对于EEXD型6DR55此值减小约20SIPARTPS2所有形式。行程范围直行程执行构构3130MM反馈杠杆的转角1690转角角行程执行机构30100。514压力变送器的选型本设计选用的压力变送器要采用能满足PROFIBUSPA现场总线通信协议。一般的压力变送器不符合要求，因此选用智能压力变送器。智能压力变送器的优势在于超级的测量性能，用于压力、差压、液位、流量测量。数字精度（）005。模拟精度（）075（）01FS。全性能（）025FS。稳定性02560个月。量程比1001。测量速率02S。小型化（24KG）全不锈钢法兰，易于安装。过程连接与其它产品兼容，实现最佳测量。世界上唯一采用H合金护套的传感器（专利技术），实现了优良的冷、热稳定性。采用16位计算机的智能变送器。标准420MA，带有基于HART协议的数字信号，远程操控。支持向现场总线与基于现场控制的技术的升级。这里选用江苏中仪自动化仪表有限公司的ZYGP3851型差压变送器。根据水箱高度为003M，所以液位的变化范围也就是003M。计算压力变送器量程PHMAXPG03100010PA3000PA3KPA南昌大学学士学位论文30根据变送器的量程，选择型号为ZYGP1500。其技术参数如下1环境温度宽4085,2测量精度高，004；3量程设定灵活，最大量程比1001；4长期漂移小于003年；5量程030180KPA；6防护等级可达到NEMA4X；7可接受10532VDC的电源；8提供HART/420MA，PROFIBUSPA，FOUNDATIONFIELDBUS或MODBUS通讯协议，满足现场通信要求。515压力表的选型此压力表安装在现场，在该控制系统装置中用来显示控制系统附属管道流量的仪表。一般选用模拟仪表就可满足要求。根据给定条件，阀前压力1P250KPA和压力仪表量程的选择条件最小应不小于量程的1/3；在压力波动较大时，最大不应超过量程的2/3；在压力较为稳定的情况下，最大不应超过量程的4/5。所以此处压力表的量程大致在0375MPA到075MPA之间。结合所测压力范围和仪表量程选型相关条件，本系统选用型号为Y100真空压力表。其技术参数如下1公称直径100MM2精度等级163测量范围0105MPA4使用环境条件40705相对湿度85516流量计的选择用以测量管路中流体流量单位时间内通过的流体体积的仪表，有转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何南昌大学学士学位论文31流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。目前流量计分为容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计。综合经济利益和使用效率，本系统采用型号为ZYLDE智能电磁流量计。ZYLDE电磁流量计是高精度、高可靠和使用寿命长的流量仪表，采用单片机嵌入式技术，实现数字励磁，同时在电磁流量计上采用现场总线，属国内首创，技术达到国内领先水平。特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。另外设计了46多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。517温度变送器的选型温度变送器采用ZYWD型通用型智能温度变送器。它采用了先进的数字化技术，具备了传统模拟仪表所不具备的多项先进性能，在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现，即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用，同时，数字化技术的应用彻底克服了传统温度变送器线性差的缺点，内部采用数字化调校、无零点及满度电位器、自动动态校准零点、温度飘移自动补偿等诸多先进技术，并符合IEC61000441995中所规定的第四类恶劣工业现场环境对产品的抗电磁干扰要求,这一系列技术的应用使产品的稳定性及可靠性得到科学的保证。可以与单元组合仪表及DCS、PLC等系统配套使用，在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程中有着广泛应用。技术参数系统传输准确度02FS温度漂移00015FS/冷端温度补偿准确度01测量热电阻时允许的引线电阻50工作温度工业级标准1055电流输出允许外接的负载阻抗420MA输出时0500；010MA输出时01K电磁兼容符合IEC61000441995中所规定的第四类恶劣工业现场环境对产品的抗电磁干扰要求输入/输出/电源/通讯/双路间绝缘强度1500VAC储运环境温度4080相对湿度1090RH（40时）南昌大学学士学位论文32供电电源交流AC95265V直流DC12V32V（反接保护）输入功率0918W通讯接口RS232或RS485，MODBUS软件协议。外形尺寸宽高深225100115MM净重140G20G518浮子液位计的选型液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。UHZ52型系列磁性浮子液位计由现场指示部分及其辅助装置（液位控制开关和液位远传变送器）二部分组成，用户也可以单独选用现场指示部分。该仪表可用于各种塔、罐、槽、球型容器和锅炉等设备的介质液位检测。该系列的液位计可以做到高密封，防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。它弥补了玻璃板（管）液位计指示清晰度差、易破裂等缺陷，且全过程测量无盲区，显示清晰、测量范围大。由于测量显示部分不与介质直接接触，所以对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。因此，它比传统的玻璃板（管）液位计具有更高的可靠性、安全性、先进性、实用性。因此选用UHZ52型磁性浮子液位计。主要技术指标测量范围5008000MM精确度5MM10MM（高温型）工作压力25MPA（普通型）100MPA（高压型）320MPA（超高压型）25MPA（防腐型）介质密度0452G/CM介质密度差015G/CM（测量界位）介质温度80450介质粘度04PAS，对于粘度大的介质或温度低时易结晶的介质，可根据用户要求选用加热夹套式液位计。南昌大学学士学位论文33环境振动频率25HZ，振幅05MM接口法兰采用化工部1997年最新颁发的HG205922063597法兰标准。52控制室仪表选型521PLC的选型PLC的选型是工程设计中很重要一环。目前，用于工程应用的PLC种类繁多，性能各异。在实际工程应用中，应根据实际要求，以满足性能指标即可，不可过分追求处理速度和精度。在实际设计时，应根据工艺的要求进行选型，同时也应该考虑到系统的经济性和适当的先进性。本文所设计的控制系统所需检测的有4个模拟量输入信号，2个模拟量输出信号。根据实际的控制点数和系统需要实现的控制要求，PLC采用西门子的S7300系列CPU314C2PTP型。由于其是种紧凑型CPU，带集成的数字量和模拟量输入和输出，并带有第2个串口，适用于具有较高要求的系统中，并且带有与过程相关的功能。使得这型PLC可以近乎完美地满足系统的控制要求。S7300CPU314C2PTP的技术规范如下1安装尺寸WHD，401251302大约重量280G3冲击电流25A4功耗25W5环境温度水平安装060，垂直安装0406相对湿度595，无凝结7大气压75KPA108KPA8保护等级符合IEC529的IP20本系统采用的PLC包含的模块一个S7300CPU314C2PTP型号的主机，1个电源模块和一个CP3431通信模块。522控制柜的选型控制柜对于控制系统来说是必不可少的。本系统选用TSM1864。该控制柜规格为1800600。其结构及特点1）柜体框架由12到摺的无缝管状型材激光焊接形成；南昌大学学士学位论文342）门锁采用推杆带动四点式固定系统，开启关闭流畅；3）门开启可达135度，铰链配有不会脱落的销杆，方便柜门的拆卸和安装；4）每扇门由四个铰链固定，牢固可靠；5）后背板亦可改为门，形成前后开门；6）柜体并排成组时，可带侧板拼装，实现相互隔离；7）安装附件丰富，使用方便快捷；8）整安装板底部两端装有塑料滑块，方便安装板拆卸和安装；9）TSM柜体通过了国家GB/T2423摇摆强度试验。523安全栅的选型本安型安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它在本安防爆系统中称为关联设备，是本安系统的重要组成部分。由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。本设计选用ABBFB900现场总线安全栅。现场总线安全栅FB900系列可保护现场总线的主线，以免现场设备出现故障，并保证现场总线的功能。它具有以下特征和优点1隔离现场总线和现场总线的支线，以防止潜在的和类似的粘连问题。2输出系统的短路保护停止了对网段的影响，而现场总线网段可以继续工作。3可连接到四个嵌入式安全（EEXI）现场设备上。4一个现场总线网段可串连四个现场总线安全栅。5无需额外的接线盒。可在最后现场总线安全栅上激活可转换瑞子。6可直接装在危险区域（经ATEX认证的1区和2区）。7FISCO设计，可简单执行EXLOOP检查524供电箱的选型本系统选用HBP系列仪表供电箱。HBP系列仪表供电箱是专为仪表成套用的供电装置，特点是规格齐全，小型美观，安装接线维护方便等。有两种供电装置供用户任意选择一种是由总熔断器、钮子开关和保险丝座组成，当负载短路时，保险丝立即烧断；另一种是由总自动开关和小型分自动开关组成，起到过南昌大学学士学位论文35载和断路保护。安装形式为墙挂式，可灵活地安装在仪表盘后、硅内、框架上或墙上，只带总熔断器的仪表供电箱系列特别适合于仪表盘上已装电源，总开关的场所。B、D型具有带O端引出线便于接仪表盘上总电源指示灯用，以便观察仪表供电箱正常工作情况。双线分开关组成的仪表供电箱安全、可靠，适用于现场仪表供电，也可用于盘上仪表供电。结构特点HBP系列仪表供电箱外壳用冷轧钢板冲制而成，外喷涂银灰色烘漆，箱盖可以开门，也可脱卸，上、下两侧装有不同个数的橡胶出线圈口，以供引入来自各路的电源电线或电缆，接线方式全部采用双出线。开关板也可开启，检修方便。保护接地端及电器元件。安装架可连同元件整体拆装、前后调整。525智能调节器的选型选用XMPA9000智能PID调节器。技术参数1、二十几种输入信号选择。2、过程量、给定值、控制量三重显示。3、PID调节器正反作用选择。4、出现断阻、断偶、断线故障时，控制量、过程量的模拟输出可选择0、100或上限限幅值、下限限幅值。5、跟踪输入信号的零点和满度可进行标定。6、智能声光报警、双定时器或计数器功能。7、可进行开方及小信号切除。8、阀位反馈信号任意（各种模拟输入）。9、可实现外给定值输入（EM2功能）。10、可分别设定控制量上限、下限输出控制范围。可实现分程PID控制，即保持第一控制量的基础上另产生两个分程控制量。11、测量值与设定值显示可进行加减运算。12、PID参数自整定或P参数独立自整定。13、8组设定值P、I、D参数存储和调用。14、控制量跟踪反馈量（EM1功能），可实现手/自动双向无扰动切除。内给定值位移（SB功能）。15、可实现比值控制。比值控制公式给定值SPA外给定B（A为比值系数）。16、4个开关量控制输出。可实现重定位，关联报警等方式。南昌大学学士学位论文3617、二个或三个模拟量输出010MA或420MA。18、50HZ同步双向可控硅过零插补控制算法以实现对每一个正弦波的优化控制，避免了大功率负载对电网的高次谐波污染。断续PID调节器内置41A双向可控硅直接控制交流2KW以下的单相阻性负载或输出3组触发500A以下双向可控硅的同步信号。19、可提供多主机，单主机，无主机方式的RS485异步串行通讯方式。通讯数据校验遵照CRC16美国数据通讯标准，高可靠性循环，条码校验。53其他仪器的选型531水箱的选型水箱选择SMCBL8玻璃钢模压水箱。水箱由内外两层玻璃钢围板，金属钢构件支架，密封材料，管配件，不锈钢拉杆，水位控制，坚固件组合而成。532水泵的选型目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能源。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点（装置特性曲线与泵的性能曲线的交点）经常保持在高效区间运行，这样既省动力又不易损坏机件。所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。具有良好的抗汽蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生汽蚀，运行平稳、寿命长。按所选水泵建泵站，工程投资少，运行费用低。根据以上原则本设计选择型号为CQB5032160的磁力驱动离心泵。适用于输送吸入压力不大于02MPA，最大工作压力16MPA，温度不超过100，密度不大于1600KG/M3，粘度不大于30106M2S的不含硬颗粒和纤维的液体。533储水箱的选型储水箱选用不锈钢储水箱。其尺寸大致在长宽高2M1M1M。储水箱为无盖，但盖有细铁丝网用于阻挡异物进入。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱南昌大学学士学位论文37需要换水时，将球阀打开让水直接排出。534接线箱的选型接线箱选用BJX防爆接线箱。其型号为BJX302012/2012/35。主要技术参数介绍适用于1区、2区危险场地。适用于A、B、C类，温度组别为T1T5的爆炸性气体环境。执行标准GB383612000、GB383622000、GB383632000、IEC60079防爆标志EXDT6、EXDBT6、EXEDCT6额定电压AC380/50HZ额定电流20A防护等级IP54、IP55、IP65防腐等级WF1535三相调压模块的选型三相调压模块选择型号为LSATH3P35Y。LSA系列一体化三相调压模块采用进口大规模集成电路设计，内部集三相移相触发电路、单向可控硅、RC阻容吸收回路及电源电路等于一体，自动或手动调节以改变负载上的电压，从而调节三相输出功率。即在输入控制作用下，产生三相可改变导通角的强触发脉冲信号再去分别控制内部可控硅，实现三相负载电压从0V到电网全电压的无级可调。其技术指标如下（1）额定工作电压AC280V430VAC（2）接线方式三相三线制（3）自带配件风机，散热片（4）电流大小35A（5）控制原理通过仪表输出的电流电压信号调节负载的电流电压，作连续调节，无需通断，控制精度高稳定；（6）产品特点与XMT8008C仪表结合进行高精度的温度控制（7）调节方式手动调节，自动调节可选（8）输入信号420MA、05VDC、010VDC、15VDC、010MA南昌大学学士学位论文38第六章总结和展望61设计总结温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。传统电阻加热炉大多采用简单位式恒温控制方式，温控精度不高。这种控制方式多采用由热电偶构成的反馈控制，对加热电阻只进行全通和全断的两态控制，难以达到提高温度控制精度的要求，控制系统必须在温度控制的动态过程中具有自整定和自适应控制参数的功能。此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。本文提出一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。为满足提高恒温控制精度的实际需要，针对温控过程的动态特点，由PLC进行非线性计算，采用变参数占空比）方式动态控制加热电功率，使控制系统具有自整定和自适应能力，达到了快速实现较高精度温度控制的目的。系统设计时考虑了不同控制温度对热电偶的要求，考虑了不同电加热功率对可控硅的要求，也考虑了PLC的通用接口，因此系统具有较好的通用性。通过本次设计，也掌握了控制系统设计的流程和方法。南昌大学学士学位论文3962课题展望在本文的分析中，对一些次要因素作了近似假设，也对电加热炉控制系统的建模进行了某些简化，有些细节还缺乏深入的研究。因此，将该控制算法应用到实际的工业控制系统中，尚需做进一步的探讨和研究，并在应用实践中加以检验。相信在不久的将来，随着理论研究的不断发展与完善以及与实际生产的不断结合，PLC将在工业控制中发挥其重要作用，展现广阔的应用前景。近年来，国内外对温度控制调节器进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究取得巨大的进展，形成了一批商品化的温度调节器，如智能化PID、模糊控制、自适应控制等，其性能、控制效果好，可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的改造，为企业的设备