基于PLC的飞机加油车系统本科毕业设计

1、基于PLC的飞机加油车系统本科毕业设计 基于PLC的飞机加油车系统摘要 目前,我国飞机加油车液位、流量、压力等参数的监控系统均还以机械结构为主,结构复杂且手工操作,劳动强度大、效率低、误操作率高。近年来,随着我国国民经济的开展,航空领域发生了巨大的变化。飞机加油朝着快捷、方便的方向开展。 本文介绍了飞机加油车的现状及其开展趋势,设计了一种基于PLC的飞机加油车系统。应用现代传感器技术,在保证完成飞机加油车各种作业功能的前提下,改良机械式加油系统存在的缺乏,简化系统结构,实现加油作业的自动化、智能化,提高加油车的技术性能水平。该系统采用西门子PLC,设计了压力流量控制模块,利用压力和流量传感器对

2、飞机加油进行实时监控保证加油顺利进行。为了适应野外恶劣的环境温度,设置了温度传感器对油路温度进行监测,利用电加热的方法以及风扇来调节温度,确保油路温度保持在一个适宜的温度。同时,飞机加油车罐内设置了液位传感器,当加油车罐内的燃油量到达下液位时系统就会报警停机。 关键词 西门子PLC 传感器 压力流量控制 温度控制 液位控制Abstract At present, aircraft refueling vehicle level, flow, pressure and other parameters of the monitoring system are also the main mech

3、anical structure,The structure of complex and manual,Labor-intensive, low efficiency, high rate of misoperation。In recent years, with Chinas national economic development, aviation has changed dramatically. Refueling aircraft towards the fast and convenient way. In this article, the status of aircra

4、ft refueling vehicle and its development trend, the design of a PLC-based system of the aircraft refueling vehicles. Application of modern sensor technology, in ensuring the completion of aircraft refueling vehicle features a variety of operating under the premise of improving the mechanical shortco

5、mings refueling system to simplify the system structure, to achieve the automation of refueling operations, intelligence, improve the fuel level of technical performance cars. The system uses Siemens PLC, the design of the pressure flow control module, the use of pressure and flow sensors for real-t

6、ime monitoring of aircraft refueling tanker to ensure smooth implementation. In order to adapt to harsh environment of field temperature, set up a temperature sensor to monitor the temperature of the circuit, using the method of electric heating and fan to regulate temperature, to ensure that the ci

7、rcuit temperature maintained at a suitable temperature. At the same time, aircraft refueling tank trucks set up a liquid level sensor, when the tanker truck fuel tank capacity of the system will be under the liquid level alarm shutdown. KeywordsSiemens PLCtransducer pressure flow control temperature

8、 control liquid level control目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 飞机加油车的开展11.1.1 国内外飞机加油车的开展情况11.1.2 飞机加油车的开展趋势41.2 本设计的主要研究目的和意义51.3 本设计的研究目标5第2章 基于PLC的飞机加油车系统原理72.1 PLC的根本结构72.2 PLC与变频器的通讯应用82.3 系统的压力流量控制原理102.3.1 对压力流量控制的分析102.3.2 压力传感器的原理102.3.3 涡轮流量传感器的原理112.4 系统的温度控制原理122.4.1 对温度控制的分析122.4.2 温度传感器的原理132.

9、5 系统的液位控制原理152.5.1 对液位控制的分析152.5.2 液位传感器的原理16第3章 飞机加油系统的硬件设计173.1 总体方案设计173.1.1 对PLC的选型173.1.2 电动机、变频器的选择193.2 压力流量控制模块的设计223.2.1 压力传感器的选择223.2.2 流量传感器的选择233.2.3 压力流量控制模块的连接图243.3 温度控制模块的设计253.3.1 温度传感器的选择253.3.2 加热散热装置263.3.3 温度控制模块的连接图263.4 系统的液位控制273.4.1 液位传感器的选择273.4.2 液位控制的连接图28第4章 飞机加油系统的软件设计2

10、9结论35致谢36参考文献37附录139附录243第1章 绪论1.1 飞机加油车的开展1.1.1 国内外飞机加油车的开展情况 自1961年10月我国生产出自己第一辆飞机加油车至今,已经历了37年的历史,通过艰苦创业和对兴旺国家的技术引进,我国飞机加油车已开展到一个较高的水平,不仅在国内市场上占较大份额,而且有一定数量的出口。建国初期,我国根底工业十分薄弱,飞机加油车完全依赖进口但随着我国民用航空事业和军用航空事业的开展,对飞机加油车的需求量越来越大,加上进口车维修及配件方面的困难,我国研制自己飞机加油车的工作日益显得迫切1。1960年2月,原第一机械工业部在充分论证的根底上向安东汽车配件厂下达

11、了仿制原苏联4000L飞机加油车的研制任务2,从此我国飞机加油车开始起步。该车主要用于小型歼击机的燃油运送及加注,运载的油料为汽油、煤油、柴油。该车采用CA10二类汽车底盘改装,主要由油罐、操纵室、侧管箱、油泵及取力传动装置、过滤、计量、仪表、控制系统、油路系统等组成。油罐为椭圆形,采用碳素钢板焊接,内部喷锌防锈处理。在设备简陋,配套件缺乏的条件下,通过土法上马,自行研制,于1961年10月第一辆样车试制成功,通过试验,各项指标根本到达了原苏制油车标准,我国第一辆自行研制的飞机加油车宣告诞生。为了提高质量,全面到达产品技术要求,于1962年完成第二辆样车试制,通过严格试验,各项指标均到达技术要

12、求,并于同年4月通过当时第一机械工业部组织的鉴定。1962年5月飞机加油车投入批量生产,也揭开了我国自己生产飞机加油车的序幕。 为提高加油效率,满足我国对较大飞机加油车的斋要,按总后勤部和原第一机械工业部指标,由总后装备研究院、西安锅炉厂、太原锅炉厂联合设计了JY480型8000L半挂飞机加油车,由西安锅总厂负责试制,通过艰苦努力,于1964年1月试制完成3,该车由牵引车和半挂拖车组成,牵引车采用解放CA10型汽车底盘改制,这也是我国飞机加油车研制史上第一辆半挂飞机加油车。为了向海军航空兵、空军的轰炸机、运输机提供容量大、加油速度快的加油车辆,1970年9月,总后勤部和原第一机械工业部决定由西

13、安锅炉总厂和总后技术装备研究院共同研制JY58o型800oL黄河飞机加油车,1971年10月第一辆样车试制完成,1973年12月车辆定型委员会批准该车设计定型。该车采用JN150或JN151型载货汽车底盘改装,油罐为圆矩形断面,这也是我国油料车中第一个圆矩形油罐,罐内防锈采用环氧树脂漆,其工艺得到了简化,也防止了原喷锌而引起的油料污染。加油枪开式加油时:单枪为so0L/min,双枪为l000L/min;加油接嘴闭式加油:单管为700L/min,双管为1200L/min。该车不管从外观、性能、还是加工工艺和加工手段都得到了较大提高,成为我国当时自行研制的大容量、大流量飞机加油车,也是我国生产量最

14、大的飞机加油车4。 在这一时期,我国汽车底盘品种单一,对国外先进技术和关键部件缺乏引进,飞机加油车根本处在军品民用和局部进口的状态,开展速度比拟缓慢。 十一届三中全会后,随着改革开放和我国综合国力的增强,军用航空事业和民用航事业飞速开展,对飞机加油车需求越来越多,且性能要求越来越高,开发新一代飞机加油车日益紧迫。另外汽车工业的开展,为飞机加油车开发也提供了多品种的汽车底盘,如重汽的斯泰尔、二汽的东风、内蒙一机的奔驰等。 为适应现代民航飞机过站时间短和载量大的特点,为确保飞行平安,对飞机加油车的主要要求是:加油平安可靠且效率高,油品质量合格且计量准确。由于多方面的原因,致使我国民航长期依赖进口大

15、型飞机加油车,既消耗了大量外汇,又对维修和配件供给等造成很大困难。我国空军、海军也急需装备大型飞机加油车,以提高对大型轰炸机和运输机的加油效率。面对这种现状,原机械工业委员会军工司、中国民航总局、总后勤部将大型飞机加油车的研制列人“七五方案,并委托总后车船研究所和西安锅炉总厂于1986年开始调研和方案准备工作,经过大量调研和反复论证,制定出适合我国国情的较佳的设计方案。1987年4月邀请总后、民航总局、大专院校及有关机场的科研人员和专业技术人员对方案进行了充分论证,并于1989年底完成了全部设计工作,1991年4月完成样车试制。经过大量试验,1993年底通过了原机械部组织的鉴定。该车各项指标均

16、到达设计要求,我国研制最早的第一辆大型飞机油车宣告诞生。该车由主车和挂车组成,主车采用斯泰尔043/6x4二类汽车底盘改装,包括车身油路、操纵室油路、平台油路、油罐、操纵室、气、液、电及仪表控制系统5。挂车主要由全挂油罐、牵引装置、车轿总成、管路和电、气控制系统组成。主车油罐额定容量为20000L,挂车额定容量为27000L,油罐用不锈钢制作,在国内第一次采用变截面罐,从而增强了油料的自洁性。纹盘采用液压驱动,从而减轻了劳动强度,提高了工作效率。流量计、高液位自动关闭阀、气动底阀、压力自动调节阀、无人断流阀等均从德国进口,从而提高了整车的性能。采用了气动逻辑控制,防止了误操作。该车使用纹盘或平

17、台加油时:单管流量为1200L/min,双管为2400L/min。抽回油时:单管300L/min,双管500L/min。该车根据验收技术条件进行了严格试验,各项指标均到达设计要求,到达了国外先进国家80年代末90年代初的水平。在这期间,四川专用汽车厂、南京晨光机械厂也先后研制出了用斯泰尔043/6x4二类汽车底盘改装的大型飞机加油车。 随着民航和军航的需要,飞机加油车的品种越来越多,西安锅炉总厂开发了13000L红岩飞机加油车,13000L延安飞机加油车、10000L黄河飞机加油车、s000L东风飞机加油车、20000L斯泰尔飞机加油车、5000OL奔驰半挂飞机加油车。四川专用汽车厂也开发了1

18、4000L红岩飞机加油车、20000L斯泰尔飞机加油车。南京晨光机械厂的14000L斯泰尔飞机加油车、20000L斯泰尔飞机加油车相继研制或生产,使飞机加油车进入了一个快速开展的新阶段。 现行的飞机加油车的加油系统是以机械式为主,该系统主要由油泵、压力控制阀、流量计、上下液位控制阀、手油门等部件组成,完成各种作业时主要是以人工控制为主。传统的机械式加油系统虽然根本上能满足使用要求,但其存在的问题同样不可无视: (1)很多关键性部件如压力控制阀、流量计、上下液位控制装置等 均以机械结构为主,需从国外进口,价格昂贵,供货周期长,更不利于战备。 (2)为满足不断提高的用户使用要求,其结构日趋复杂,操

19、作部件越来越多,操纵舱的布置越来越困难,操作人员的劳动强度进一步加大,增加了误操作的可能性。同时,对进一步提高其技术性能水平的难度越来越大。 (3)出现特殊情况时如油路堵塞等 ,人工处理变得越来越困难,操作人员不经专门培训很难做出合理判断,造成误操作。 (4)加油作业正在向智能化和自动化方向开展,而单靠机械结构很难实现。综上所述,要进一步提高飞机加油车的技术性能水平,加油系统的电脑控制势在必行。 在国外,飞机加油车早先于我国的加油车技术20多年,有关资料显示,国外无论是军用还是民用飞机加油车的燃油加注系统都开始采用电子计算机控制和测量技术。随着技术的开展与交流,我国在飞机加油技术方面有了很大的

20、开展,已经与国际接轨。国外的飞机加油系统在很大程度上已经民用化,便捷化,在流量、功能等方面都形成了统一的标准。在军事方面,由于技术的保密性,各国的开展都不同,但在加油技术上都各有特色,为了更快捷、更迅速的完成加油任务,加油车的类别也会有所不同。1.1.2 飞机加油车的开展趋势 近年来,随着国民经济的迅速开展,我国的航空事业发生了巨大变化,国内各机场都配备了许多大型客机,从而带动了地面设备的开展,专为飞机供运燃科的各种油罐槽车就是其中之一。70年代,由于当时社会需求和当时的技术水平,主要产品是小型运油车、加油车和半拖挂加油车,甚至在街上还看到好多油、货两用汽车即运油时加上油罐,运货时取掉油罐体。

21、其特点是容量小,性能差,半拖挂车转弯不灵活。年代以来,国内的专家和专业技术人员,根据市场需要,大力开发新产品,设计出容量大、功能多、设备齐全的新型罐车现在我国已能够自行设计和生产各种型号及规格的罐车满足用户的需求 随着航空事业的开展和我军现代化的需要对飞机加油车要求越来越高。 1对油料过滤质量的要求更加严格,其必须与国际接轨,油品质量必须到达美国石油协会的APll581标准中l组C级的规定。 2平安性需进一步提高。由于飞机加油车所运载的航空油料属危险物品,并要靠近飞机、油库等重要场所,所以必须特别重视其平安性。现代飞机加油车除设有防静电起火、保证油料过滤质量等装置外,还应设置防止误操作或防止由

22、误操作引起事故的装置、故障?平安装置、应急操纵装置等,使平安性大为提高。 3多品种、多容量并存,以满足不同需要。 4大量采用气动操纵装置,以使操纵省力化、联动化、并减少操纵次数,降低误操作的可能性。 5采用微机系统,对加油进行全方位控制。如对加油流量、加油时间、加油量、泵出口压力、过滤器压差、泵出口真空度、油罐容量等进行跟踪反响。 目前我国飞机加油车的燃油加注系统和液位、流量、压力等参数的监控系统均还以机械结构为主,结构复杂且手工操作,劳动强度大、效率低、误操作率高,国内飞机加油车的加油系统的自动化仍然是个空白。应用现代传感器技术,在保证完成飞机加油车各种作业功能的前提下,改良机械式加油系统存

23、在的缺乏,简化系统结构,实现加油等作业的自动化、智能化,提高加油车的技术性能水平,是飞机加油车的开展方向6。 现今,飞机加油方式有数种,一种是集中加油,这是机场上使用特制的集中加油管线系统。另一种是管道加油,在大型机场修筑地下管道,用管道车加油。再一种就是加油车加油。加油车一个突出的优点是它的机动性强,它可以移动到任何一处,具有很强的灵活性。因此,当前国外很多厂商都在生产这种大型加油车。总的来说,飞机加油车系统在国内外的开展趋势都更倾向于灵活性、便捷性。 随着机械、电子、化工、仪表工业的飞速开展,随着我国改革开放的进一步深入,我国对飞机加油车研制的投人越来越大,飞机加油车的开展日新月异,赶超世

24、界先进水平已指日可待。1.2 本设计的主要研究目的和意义 飞机加油系统是飞机燃油系统与地面维护设备之间的一个重要环节,它决定飞机的使用特性、经济特性及动力装置的工作可靠性。飞机加油系统有两种方式:重力加油和压力加油。重力加油即燃料靠重力进入油箱,速度慢,燃料和油箱易受污染。压力加油即燃料靠压力压入油箱。20世纪50年代逐步开给采用。这种加油方式速度快,燃料和油箱都不受污染。压力加油与重力加油相比,自动化程度高、加油时间短、防止油液污染、保证加油人员平安等优点。随着改革开放和我国综合国力的增强,军用航空事业和民用航空事业飞速开展,对飞机加油车需求越来越多,且性能要求越来越高,由于压力加油的加油时

25、间短,加油平安可靠且效率高,缩短了飞机的地面准备时间,油品质量合格且计量准确。所以研究此工程具有重要的意义。1.3 本设计的研究目标 飞机加油车系统设计主要是对直升飞机进行野外加油。通过传感器采集压力值、环境温度以及流量,将模拟量通过A/D模块转换成数字量,并送入PLC中,通过PLC进行数据处理,通过对压力和流量的测量来调节离心泵,将燃油抽送到10m的高度,并保持流量在5L/s。控制温度保持在一个适宜的范围之内。加油车还设有液位传感器,当车内油量过低时会启动报警装置。从而到达给飞机加油的目的。 研究的主要内容: 1.加油流量的精确测量和控制。 2.管路压力的动态测量和控制。 3.油罐液面测量和

26、控制。 4.根据加油速度和管路压力,发动机油门自动控制。第2章 基于PLC的飞机加油车系统原理2.1 PLC的根本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务7。 存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统,它使PLC具有根本的智能,能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM(只读存储器)中,用户不能读取。用户程序由用户设计,它使PLC能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节(B)为单位。 PLC使用以下几种物理存储器: (1)随机存取存储器(RAM) 用

27、户可以用编程装置读出RAM中的内容,也可以将用户程序程序写入RAM。它是易失性的存储器,它的电源中断后,储存的信息将会丧失。 RAM的工作速度高、价格廉价、改写方便。在关断PLC的外部电源后,可以用锂电池保存RAM中的用户程序和某些数据。现在局部PLC仍然用RAM来储存用户程序。 (2)只读存储器(ROM) ROM的内容只能读出,不能写入。它是非易失性的,它的电源消失后仍能保存储存的内容。ROM用来存放PLC的系统程序。 (3)可以电擦除可编程的只读存储器(EEPROM) EEPROM是非易失性的,但是可以用编程装置对它编程,兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点,但是将信息写入所需的时间

28、比RAM长得多。 各I/O点的通/断状态用发光二极管(LED)显示,PLC与外部接线的连接一般采用接线端子。 (1)输入模块 输入电路中没有RC滤波电路,以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。S7-200的输入滤波电路的延迟时间可以用编程软件中的系统块设置8。 交流输入方式适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。S7-200有AC 120V/230V输入模块。直流输入电路的延迟时间较短,可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。 (2)输出模块 S7-200的CPU模块的数字量输出电路的功率器件有驱动直流负载的场效应晶体管和小型继电器,后者既可以驱动交流负载又可以驱动直流

29、负载,负载电源由外部提供。 输出电流的额定值与负载的性质有关。输出电路一般分为假设干组,对每一组的总电流也有限制。 对于继电器输出电路,继电器同时起隔离和功率放大作用,每一路只给用户提供一对常开触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧. 对于使用场效应晶体管的输出电路。输出信号送给内部电路中的输出锁存器,再经光耦合器送给场效应晶体管,后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通和断开。电路中的稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压,以保护场效应晶体管,场效应晶体管输出电路的工作频率可达20100kHz。 继电器输出模块的使用电压范围广,导通压降小,承受瞬时过电压和过电

30、流的能力较强,但是动作速度缓慢,寿命(动作次数)有一定的限制。如果系统输出量频繁,建议优先选用继电器型的输出模块。 场效应晶体管型输出模块用于直流负载,它的反响速度快、寿命长,过载能力稍差。2.2 PLC与变频器的通讯应用 在工业自动化控制系统中,最为常见的是变频器和PLC的组合应用9,并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法,构成了不同类型的变频PLC控制系统。一个变频PLC控制系统通常由三局部组成,即变频器本体、可编程控制器PLC局部、变频器与PLC的接口局部。 变频PLC控制系统硬件结构中最重要的就是接口局部。根据不同的信号连接,其接口局部也相应改变。接口局部主要有以下几种类型。 (1

31、)开关指令信号的输入 变频器的输入信号包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件(如晶体管)与PLC相连,得到运行状态或者获取运行指令。 在使用继电器接点时,常常因为接触不良而带来误动作;使用晶体管进行连接时,那么需要考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素,从而保证系统的可靠性。 在设计变频器的输入信号电路时还应该注意,当输入信号电路连接不当时,有时也会造成变频器的误动作。当输入信号电路采用继电器等感性负载时,继电器开闭产生的浪涌电流带来的噪声有可能引起变频器的误动作,应尽量防止。 当输入开关信号进入变频器时,有

32、时会发生外部电源和变频器控制电源(DC24V)之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源,将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC (2)模拟数值信号的输入 变频器中也存在一些数值型(如频率、电压等)指令信号的输入,可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定;模拟输入那么通过接线端子由外部给定,通常通过010V/5V的电压信号或0/420mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异,因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。 当变频器和PLC的电压信号范围不同时,如变频器的输入信号为010V,而PLC的输出电压信号范围为05V时;或PLC一侧的输出

33、信号电压范围为010V,而变频器的输入电压信号范围为05V时,由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制,需用串联的方式接入限流电阻及分压方式,以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。此外,在连线时还应注意将布线分开,保证主电路一侧的噪声不传到控制电路中。 通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号。电信号的范围通常为010V/5V及0/420mA。无论是哪种情况都应注意:PLC一侧输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值,以保证系统的可靠性和减少误差。另外,由于这些监测系统的组成互不相同,有不清楚的地方应向变频器厂家咨询。2.3 系统的压力流量控制原理2.

34、3.1 对压力流量控制的分析 给飞机加油时,要求加油时间尽可能短,因此飞机加油车泵油系统工作压力应尽可能大,以便加大流量。但是飞机油箱及其内部供油系统能承受的压力值是一定的,过高的压力会导致飞机油箱及飞机内部供油系统的损坏。这就要求飞机加油车设置压力控制系统,自动控制飞机油箱人口处燃油的压力,使其不超过允许值。 系统需要一台油泵,一个压力传感器,一个涡轮流量传感器,一台变频器以及主控器PLC。可以保证恒压加油。 系统的控制对象是油泵,由于加油压力要尽可能保持恒定,要采用变频器来控制和调节油泵,才能到达恒压的目的。要充分利用压力传感器这个信号。油管路的密闭性良好,因此采用压力差来控制油泵的启动和

35、停止。泵在静态运行时,泵速、油压、流量是恒定的,在泵速不变的情况下,流量与油压成反比。油压的变化可以由压力传感器反映出来,我们可以根据这个变化量来控制泵速的增加或减少以及启动和停止。 与机械式加油系统结构相比,主要在以下几方面作了变动: 1.用压力传感器代替压力控制阀。 2.流量计增加信号发讯功能。 系统启动后,加油管路上的阀门开启,同时采集流量信号以及管端压力信号,根据预置值自动调节发动机油门使系统稳定加油。如图2-1所示。 图2-1 压力流量结构图2.3.2 压力传感器的原理 晶体是各向异性的,非晶体是各向同性的。某些晶体介质,当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时,就产生了极化效应;当机

36、械力撤掉之后,又会重新回到不带电的状态,也就是受到压力的时候,某些晶体可能产生出电的效应,这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。除了压电传感器之外,还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器,利用应变效应的应变式传感器等,这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料,在不同的场合能够发挥它们独特的用途。 所谓压阻效应10,是指当半导体受到应力作用时,由于载流子迁移率的变化,使其电阻率发生变化的现象。它是C.S史密斯在1954年对硅和锗的电阻率与应力变化特性测试中发现的。压阻效应的强弱可以用压阻系数来表征。压阻系数被定义为单位应力作用下电阻率的相对变化。压阻效应有各向异性特

37、征,沿不同的方向施加应力和沿不同方向通过电流,其电阻率变化会不相同。 压阻效应被用来制成各种压力、应力、应变、速度、加速度传感器,把力学量转换成电信号。 半导体压阻传感器已经广泛地应用于航空、化工、航海、动力和医疗等部门。 它有以下优点: 灵敏度与精度高; 易于小型化和集成化; 结构简单、工作可靠,在几十万次疲劳试验后,性能保持不变; 动态特性好,其响应频率为103105Hz。2.3.3 涡轮流量传感器的原理 涡轮流量传感器11是一种精密流量测量仪表,与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的计量、控制系统。配备有卫生接头的涡轮流量传感器可以应用

38、于制药行业。 一体化涡轮流量计结构为防爆设计,可以显示流量总量,瞬时流量和流量满度百分比。一体化表头可以显示的流量单位众多,有立方米,加仑,升,标准立方米,标准升等,可以设定固定压力、温度参数对气体进行补偿,对压力和温度参数变化不大的场合,可使用该仪表进行固定补偿积算。特点是体积小、重量轻、显示读数直观、清晰、可靠性高、不受外界电源影响、抗雷击。 流体流经传感器壳体,由于叶轮的叶片与流向有一定的角度,流体的冲力使叶片具有转动力矩,克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转,在力矩平衡后转速稳定,在一定的条件下,转速与流速成正比,也就是说将流速转换为涡轮的转速,再将转速转换成与流量成正比的电信号。感应线

39、圈和永久磁铁一起固定在壳体上,由于叶片有导磁性,它处于信号检测器(由永久磁钢和线圈组成)的磁场中,当铁磁性涡轮叶片经过磁铁时,旋转的叶片切割磁力线,周期性的改变着线圈的磁通量,从而使线圈两端感应出电脉冲信号,此信号经过放大器的放大整形,形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波,可远传至显示仪表,显示出流体的瞬时流量和累计量。叶轮的转速正比于流量,叶轮的转数正比于流过的总量。在一定的流量范围内,脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比,流量方程为: (2-1) 式中: f?脉冲频率Hz;k?传感器的仪表系数1/m3,由校验单给出。假设以1/L为单位,那么 Q?流体的瞬时流量(工作状态下)m3/h;

40、 3600?换算系数。 当流体中含有杂质时,应加装过滤器,过滤器网目根据流量杂质情况而定,一般为2060目。当流体中混有游离气体时,应加装消气器。整个管道系统都应良好密封。应充分了解被测介质的腐蚀情况,严防传感器受腐蚀。 液体在管道内流动时,要克服流动过程中的阻力,会产生压力损失,液体的流量和压力以及管径都存在着关系12。相关的公式推导详见附录1。2.4 系统的温度控制原理2.4.1 对温度控制的分析 在PLC温度控制系统中,可以用通用模拟量输入输出混合模块构成温度采集和处理系统。通用A/D转换模块不具有温度数据处理功能,因此温度传感器采集到的温度信号要经过外围电路的转换、放大、滤波、冷端补偿

41、和线性化处理后,才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。采用西门子S7-200PLC作为控制器,并具备模拟量输入、输出及运算能力。根据被控系统的要求,选用CPU226,并配置EM235模拟量输入/输出单元。 在系统运行时,温度传感器13对油路的温度进行实时监控,当温度过低时,就会启动加热装置对油路进行加热,加热方式为电加热。当温度过高时,就会启动散热装置,散热方式为使用风扇散热片,使系统油路温度保持在适宜的范围内。结构图如图2-2所示。 图2-2 温度控制结构图2.4.2 温度传感器的原理 温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支

42、持下,相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。 两种不同材质的导体,如在某点互相连接在一起,对这个连接点加热,在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关,和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现,如果精确测量这个电位差,再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为“热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1时,输

43、出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在540V/之间。 温度传感器常用的有: (1)热敏电阻:根据电阻的温度效应而制,有随温度升高而变大的是正温度系数,也有随温度升高而减小的是负温度系数,使用时取其分压放大后A/D转换即可。 (2)铂电阻:电阻的热效应,有PT100和PT1000,即0度时阻值为100欧姆或1000欧姆,根据测量的精度选择。电路采用惠斯登平衡电桥。(3)热电偶:利用不同金属的热效应,产生电势差,其温度范围很宽,一般用来测量几百度的温度。(4)集成温度传感器:如18b20,外形跟9013一样,全数字化读取,必须配合单片机使用,可以连接成网络使用,三线

44、即可读取温度,电源、地、数据。 三极管有时在要求不高时也可当温度传感器使用,但是它线性不是很好,由于其价格低,在多种场合还是被采纳。 热电阻温度传感器14分类: (1)导体热电阻:铂电阻温度传感器、铜电阻温度传感器、铟电阻温度传感器、铑铁电阻温度传感器、铂钴电阻温度传感器。 (2)半导体热电阻:锗电阻温度传感器、碳电阻温度传感器、碳玻璃电阻温度传感器、NTC热敏电阻温度传感器 。 本设计选用铂电阻温度传感器。Pt100,就是说它的阻值在0时为100。热电阻公式: (2-1) (2-2) t表示摄氏温度,Ro是零摄氏度时的电阻值,A、B、C都是规定的系数,对于Pt100,Ro就等于100,Pt1

45、00温度传感器的主要技术参数如下: 1.测量范围:-200+850:A级t), B级t) 3.热响应时间:小于30s 4.最小置入深度:热电阻的最小置入深度200mm 5.允通电流:5mA 另外,Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。电流不能大于5mA,而电阻是随温度变化的,所以电压也要注意。 2.5 系统的液位控制原理 对液位控制的分析 在加油车的油罐中设有液位传感器,液位传感器就会将信号传递给A/D转换模块,信号经过处理变成数字量时再经过放大,然后将处理过的信号传入到PLC中。当油罐内的油剩余很少,液位过低时,PLC就会给变频器发一个信号,从而控制电动机的转速

46、。 PLC采集传感器、监控电动机及变频器等有关的各类对象的信息,而对电动机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量作为变频器的控制端输入信号,从而控制电动机的转速大小,并且向PLC反响自身的工作状态信号。当发生故障时,能够向PLC发出报警信号。本设计中采用了变频调速,这样就可以通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现,而且在调速过程中,从高速到低速都可以保持有限的转差率,具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。 为了实现能源的充分利用和生产的需要,需要对电动机进行转速调节,液位控制要求用户能够直观地了解现场设备的工作状态及油位的变化,具有油位过低报警和提示用户的功能。 有

47、一台电动机作为被控对象,选用高性能的PLC来进行控制。系统控制结构如图2-3所示 图2-3 液位控制结构图2.5.2 液位传感器的原理 液位传感器15,大致分为两类:一类为接触式,包括单法兰静压/双法兰差压液位传感器,浮球式液位传感器,磁性液位传感器,投入式液位传感器,电容式液位传感器,磁致伸缩液位变送器等。第二类为非接触式,分为超声波液位变送器,雷达液位变送器等。 本设计中采用的是磁致伸缩液位传感器,它由三局部组成:探测杆,电路单元和浮子组成。测量时,电路单元产生电流脉冲,该脉冲沿着磁致伸缩线向下传输,并产生一个环形的磁场。在探测杆外配有浮子,浮子沿探测杆随液位的变化而上下移动。由于浮子内装

48、有一组永磁铁,所以浮子同时产生一个磁场。当电流磁场与浮子磁场相遇时,产生一个“扭曲脉冲,或称“返回脉冲。将“返回脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号,从而计算出浮子的实际位置,测得液位。此项技术由美国公司于1975年世界首创。现在这一技术已在国际范围内广泛的被应用在传感器技术之中,特别是用于要求测量精度高、使用环境较恶劣的位移和液位测量系统中。它具有精度高、重复性好、稳定可靠、非接触式测量、寿命长、安装方便、环境适应性强等特点。它的输出信号是一个真正的绝对位置输出,而不是比例的或需要再放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,因此不必像其它液位传感器一样需要定期重标和维护;正是因为它的输

49、出信号为绝对值,所以即使电源中断重新接通也不会对数据接收构成问题,更无须重新归回零位。与其它液位变送器相比有明显的优势,它可广泛应用于石油、化工、制药、食品、饮料等行业,对各种液罐的液位进行计量和控制。第3章 飞机加油系统的硬件设计3.1 总体方案设计 飞机加油时,通过温度传感器测量油路的温度,将采集来的信号通过A/D模块转换为数字量送入PLC中,当温度过低时将会对整个油路进行加热,加热方式为电加热,当温度过高时那么对整个油路进行降温,方式为使用风扇和散热片。利用压力和流量传感器对管道口的压力和流量进行测量,将测量值经过A/D模块转换为数字量传入PLC中,经过数据处理后对离心泵进行调节,确保燃

50、油被输送到10m的高度,并且流量保持在5L/s,如果加油车内的油量不够,达不到正常运行时的值,离心泵和电机将不能启动并进行报警提示。同时在加油车内还安装有液位传感器,当油面过低时液位传感器会给PLC传送一个信号,进行报警提示。系统框图如图3-1所示。图3-1 系统框图3.1.1 对PLC的选型 西门子S7-20016不同的CPU模块的性能有较大的差异,在选择CPU模块时,应考虑开关量、模拟量模块的扩展能力,程序存储器与数据存储器的容量,通信接口的个数,本机I/O点的点数等,当然还要考虑性能价格比,在满足要求的前提下尽量降低硬件本钱。 首先是选择I/O模块,在这之前,应确定哪些型号需要输入给PL

51、C,哪些负载由PLC驱动,是开关量还是模拟量,是直流量还是交流量,以及电压的等级;是否有特殊要求,例如快速响应等,并建立相应的表格 选好PLC的型号后,根据I/O表和可供选择的I/O模块的类型,确定I/O模块的型号和块数。选择I/O模块时,I/O点数一般应留有一定的裕量,以备今后系统改良或扩充时使用。 数字量输入模块的输入电压一般为DC24V和AC220V。直流输入电路的延迟时间较短,可以直接与接近开关、光电开关和编码器等电子输入装置连接。交流输入方式适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 选择时应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等,相对于电阻性负载,输出模块驱动电感性负载和白炽灯时的负载能力降低。 选择I/O模块还需要考虑下面的问题: (1)输入模块的输入电路应与外部传感器或电子设备(例如变频器)的输出电路的类型配合,最好能使二者直接相连。例如有的PLC的输入模块只能