【《基于PLC的自动反应炉控制系统自动控制器的硬件设计案例》4300字】

基于PLC的自动反应炉控制系统自动控制器的硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u21445基于PLC的自动反应炉控制系统自动控制器的硬件设计案例 16311.1系统主要元件选型 1164541.1.1加热元件的选型 1193501.1.2接触器的选型 2133381.1.3启停控制旋钮SA1的选择 343841.1.4液面开关的选择 4216411.1.5功能指示用信号灯HL1的选择 5246541.1.6压力检测模块 5191201.1.7进料阀的选择 6295461.1.8排气阀、氮气阀与泄放阀的选择 7201681.2系统I/O接线图的设计 9216281.3系统主电路的设计 101.1系统主要元件选型由基于PLC的自动反应炉控制系统的主电路图和接线图可以看出，基于PLC的自动反应炉控制系统需要的一些主要输入控制件和输出控制件是由旋钮、液位检测开关、压力继电器、指示灯、接触器等组成，这里对这些元器件进行了具体选型，详细介绍如下：1.1.1加热元件的选型本系统的加热元件的额定功率是：10KW，发热元件的接线方法是三相电源所组成的星型连接形式，因为本系统加热的材料为溶液，所以这里选用发热管来进行加热。经过各种元件的对比，诺德朗是制作大型商用电热器的厂家，因此这里选用诺德朗10KW的三相发热元件组件，其外形如图3-1示：图3-1基于PLC的自动反应炉控制系统发热器组件图1.1.2接触器的选型交流接触器的工作原理是通过利用电磁力和弹簧弹力互相配合，来实现触头的接通与分断的。它总共有两种工作状态:失电状态(释放状态)以及得电状态(动作状态)。当我们操作吸引线圈通电后，静铁芯就会产生电磁吸力，使得衔铁被吸合关闭，与衔铁相连的连杆就会带动触头动作，使常闭触头断接触器处在得电状态。当吸引线圈断电时，电磁吸力随即消失，衔铁也就断开，使得常开触头闭合，在位弹簧作用下释放，所有触头便随之复位，这时接触器就处在失电状态。这里基于PLC的自动反应炉控制系统发热器组的通电和断电就由接触器KM1来进行控制，因此选择接触器就成为了控制主电路的关键。选择控制接触器的方法是先根据控制元器件的功率来计算出系统的线电流，这样就可以选择出系统接触器的主触点容量，这里需要先根据发热元件的功率来计算出线路中的电流值。三相有功功率的计算公式是： (3-1)这里把发热元件的有功功率P：10KW，额定电压U：0.38KV，发热元件的功率因数较高，这里取：cosφ=0.9；又因为加热反应炉炉体封闭极为严密，所以发热体的热利用率应该较高，这里效率值取：0.9。把这些值代入上述计算公式，可以求出系统主电路的额定工作电流I：21A。由基于PLC的自动反应炉控制系统接线图可知，驱动接触器线圈的控制电压是220V的交流电，所以这里选择的是电压等级为220V的交流接触器，即交流线圈控制用接触器。实际选择接触器的额定电流一般只选择用比控制元器件的额定电流大出一定范围即可，本系统即选择40A的接触器，这里即指的是接触器的触点的可长期负荷电流值是40A。本接触器的品牌选：国产正泰公司的产品，因其线圈的控制电压是AC220V，所以其型号选NC1-4011,线圈电压是AC220V。在实际系统的控制当中，要求是一般先由PLC的输出Y点控制小型继电器的驱动线圈，再由小型继电器的5A控制用触点来控制主电路中的接触器的线圈。本系统主要是设计出反应炉自动控制系统，与实际的使用以及应用有一定条件的差异，主要是实现基于PLC的自动反应炉控制系统控制功能，因此要明白实际应用时如何实现控制。这里的接触器的主触点部分在上面，控制线圈在下面，本系统中所用接触器的外观图如下图3-2所示：图3-2基于PLC的自动反应炉控制系统接触器外观图1.1.3启停控制旋钮SA1的选择系统的启动和停止所用的旋钮主要是用来控制PLC进而控制系统的启动和停止，旋钮向右侧旋转是为打开，即是控制X0动作，这时系统就会启动并且自动运行，系统启动指示灯也会亮起。正泰的NP2系列和施耐德XB2系列的按钮都适用于交流50Hz或者60Hz、额定工作电压至380V以及直流工作电压至220V的工业控制电路中，是作为电磁起动器、接触器、继电器还有其它电气线路的控制之用，另外，它们还带有指示灯式按钮，可以适用于灯光信号指示的场合，很是符合加热反应炉控制系统，因此选用此系列的旋钮。其型号是：NP2-BD25（正泰），按钮下面触点头采用ZB2-BE101（施耐德），质量可靠，并且产品符合GB 14048.5标准，使用维护方便。其外形如下图3-3、3-4所示：图3-3基于PLC的自动反应炉控制系统旋钮外形图（正泰）图3-4基于PLC的自动反应炉控制系统旋钮外形图（施耐德）1.1.4液面开关的选择基于PLC的自动反应炉控制系统的液位开关并没有什么特殊的要求，只是需要它能够在液位的上位或下位可以作出动作就可以了。经调查，上海威尔泰仪表公司是一家多年专业从事感测技术研发、生产加销售为一体的高新科技企业，他们根据市场的需求，也专门从事各种传感器、变送器以及与之相关联的仪表产品的研发设计、生产检测、推广销售以及售后的质保维护。因为这是加热炉控制系统，所选择的器件一定是要耐的住高温，因此这里选用上海威尔泰仪表公司的铠甲耐高温型液位检测节点型传感器。其外形如下图3-5所示：图3-5基于PLC的自动反应炉控制系统液位检测传感器开关外形图1.1.5功能指示用信号灯HL1的选择这里的信号灯主要是用作系统启动的系统信号指示，根据调查，正泰ND16系列信号灯适用于交流50Hz(或60Hz)、额定电压380V及以下或者是直流工作电压380V及以下的电讯、电气等线路中，作为指示信号、预告信号、事故信号或者是其它指示信号之用，且外形小巧美观价格适中。这里选用的指示灯的型号是：ND16-22DS/4。这里采用绿色指示灯，电压是AC220V。其外形如下图3-6所示：图3-6基于PLC的自动反应炉控制系统系统功能指示用信号灯外形图1.1.6压力检测模块这一部分系统所要求的压力并不是很高，这里就选用一种带电接点的数显型压力结点表，这种表的压力报警以及控制点的驱动值是可以进行调整的。电接点压力表是用来测量对铜以及铜合金不起腐蚀作用的气体或者是液体介质的正负压力，并且在压力达到预定值时发出信号以及接通控制电路，从而达到自动控制的报警的目的。这里选择丰控牌，虽然价格略高，但是质量极好，使用方便功能完善。这里选用的型号为：0-1.6MPa的压力结点表。具体如3-7图所示：图3-7基于PLC的自动反应炉控制系统丰控牌电结点表外形图1.1.7进料阀的选择基于PLC的自动反应炉控制系统的进料阀是用来控制反应材料的进入和停止，这里采用2W-250-20的阀门。该装置结构简单、轻便、安装维护较为容易。它的特点是介质为空气，与液压介质相比较来说不易燃烧，故使用会更加安全。除了安全性，一般的电器元件的有效动作次数约为百万次，而该型号一般的电磁阀的寿命就大于3000万次，某些质量好的阀更是超过2亿次，因此它可靠性更高而且使用寿命更长。另外，全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力，与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用，很适合加热反应炉自动控制系统。安装的时候需要注意，这种阀是单向的，其流向必须按阀上箭头所标示的方向才可以，其孔径是由最后二位数字来表示，其外型如下图3-8所示：图3-8基于PLC的自动反应炉控制系统进料控制阀外形图1.1.8排气阀、氮气阀与泄放阀的选择这几个阀门的作用都是相同的，也都不需要有太多的功能要求，只是能够根据控制要求来对气体的通断进行控制，也就是说线圈通电时排气，断电时关闭就可以了。通过查找，最终选择了型号为2V025-08的电磁阀。这是个两位两通电磁阀，用来控制介质的开启和关闭，适用于水、轻油、空气等介质。它的电压一般为DC24V以及AC220V，这种电磁阀分常开和常闭两种：常开就是通电关闭，断电打开；常闭则为通电打开，断电关闭。那根据前面提到的加热炉系统的情况来看，这里就选择常闭，线圈电压是AC220V。这个电磁阀最大耐压为10公斤，符合系统需要。它的外形图如下图3-9所示：图3-9基于PLC的自动反应炉控制系统排气以及氮气控制阀外形图根据上面所研究的基于PLC的自动反应炉控制系统的元器件选型，可以做出基于PLC的自动反应炉控制系统的元器件明细表，具体内容如下表3-10所示。基于PLC的自动反应炉控制系统的元器件列出清单后，方便后期实际应用时对主要器件的选型以及采购。表3-10基于PLC的自动反应炉控制系统主要元器件型号明细表序号代号名称型号品牌或厂家数量1R反应炉加热模块10KW诺德朗10KW12PLC可编程序控制器FX2N-32MR三菱13SA1启动停止旋钮NP2-BD25正泰14SQ1、SQ2液位检测器多液位组合型上海威尔泰仪表公司15HL1指示灯ND16-22DS/4正泰16KM1交流接触器NC1-4011Z正泰17进料阀YV22W-250-20无锡凯维联18排气阀门YV12V025-08无锡凯维联19氮气阀YV32V025-08110泄放阀YV42V025-0811.2系统I/O接线图的设计根据PLC的自动反应炉控制系统的控制要求，结合控制元器件的符号和PLC的输入点和输出点的分布情况，可以做出系统的控制IO地址分配表，具体如下：表3-11PLC的自动反应炉控制系统IO地址分配表输入点分配输出点分配输入设备输入端子输出设备输出端子系统启停旋钮SA1X0系统启动指示灯HL1Y0下液面SQ1X1排气阀门YV1Y1炉内温度检测T1X2进料阀YV2Y2上液面SQ2X3氮气阀YV3Y3炉内压力KP1X4泄放阀YV4Y4加热炉电源KM1Y5基于PLC的自动反应炉控制系统的输入器件有系统启停旋钮SA1，下液面检测开关SQ1，其输入点是X1；炉内温度检测控制器控制口T1，其输入点是X2；上液面检测开关SQ2，其输入点是X3；反应炉炉内压力检测继电器KP1，其输入点是X4；输出部分有：系统启动指示灯，符号是HL，输出控制点是Y0；排气阀门控制阀YV1，输出控制点是Y1；进料阀控制阀YV2，输出控制点是Y2；氮气输出控制阀YV3，输出控制点是Y3；泄放输出控制阀YV4，输出控制点是Y4；加热炉电源控制接触器KM1，输出控制点是Y5。这里先根据系统的IO分配表绘制出系统的IO控制接线图，具体如下图3-12所示：图3-12基于PLC的自动反应炉控制系统自动控制器系统的IO接线图1.3系统主电路的设计根据基于PLC的自动反应炉控制系统所要实现的控制功能为：第一阶段：送料控制(1)检测下液面X1，炉内温度X2、炉内压力X4是否都小于给定值(均为逻辑)。(2)若是，则开启排气阀Y1和进料阀Y2。(3)当液位上升到上液面X3时，应关闭排气阀Y1和进料阀Y2。(4)延迟10秒钟，开启氮气阀Y3，氮气进入反应炉，炉内压力上升。当压力上升到给定值时，即X4=1，关断氮气阀。送料过程结束。第二阶段：加热反应控制(1)接通加热炉电源Y5。(2)当温度升到给定值时(X2=1)，切断加热电源。(3)延迟10秒钟，加热过程结束。第三阶段：泄放控制(1)打开排气阀，使炉内压力降到预定最低值(X4=0)。(2)打开泄放阀Y4，当炉内溶液降到下液面(X1=1)时，关闭泄放阀和排气阀。系统恢复到原始状态，准备进入下一循环。主电路一般指控制负荷较大的电路，由控制系统的控制要求可知，本系统的主电路主要是实现对温度的控制，即由接触器来控制通断的发热元件通断电的电路，其电路图如下图3-11所示：图3-11基于PLC的自