养护窑自控系统电气设计毕业设计

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1、养护窑自控系统电气设计引言2第一章 绪论31.2养护窑控制技术的研究状况3第二章 控制系统的总体设计52.1 工艺流程图的设计52.2 方案设计简介52.2.1 模糊控制方案设计简介52.2.2 PWM控制方案设计简介72.2.3 PID控制方案设计简介. 8第三章 主电路的设计103.1主电路图的设计103.2 主电路电气元件的选择113.2.1低压隔离开关选择：113.2.2低压熔断器选择：113.2.3低压断路器：123.2.4接触器的选择：123.2.5 热继电器的选择：133.2.6 中间继电器的选择13第四章 控制电路的设计154.1 控制方式的选择154.2 PLC、 I/O点统

2、计及扩展模块的选择154.2.1 I/O点统计154.2.2 西门子S7-200的控制性能的优点如下：164.2.3 SIMATICS7-200 PLC功能介绍164.3 PID控制算法简介.174.4 PLC I/O接线图的设计204.4.1 元器件的选择204.4.2 I/O接线图23第五章 元器件布置图及安装接线图的设计245.1 元器件布置图的设计245.1.1第一、二种方案245.1.2第三种方案245.1.3 外部元器件布置图245.2 安装接线图的设计245.3 输入输出地址和内存变量分配表25第六章 控制系统的软件设计266.1 程序流程图的设计266.1.1 模糊控制的流程图

3、设计266.1.2 PWM控制的流程图设计266.1.3 PID控制的流程图设计276.2 梯形图程序的设计27第七章 控制系统的抗干扰措施28第八章 三种方案的比较298.1 模糊控制方案优缺点298.2 PWM控制方案优缺点298.3 PID控制方案优缺点29结论30参考文献31致谢信32引言随着社会经济的飞速发展，人们的生活水平的提高，各种住宅小区、商用建筑、写字楼像雨后春笋般拔地而起。建筑业的繁荣昌盛，带动了砌块生产业的飞速发展与技术革新。传统的砌块上在全自然的环境中生产出来的，加工周期长，成功率不高。现在各个建材生产厂商专门研制出了一种砌块养护窑，用来加快砌块的出厂周期，以便提高生产

4、效率与经济效益。对GJ型系列养护窑，整个控制系统是由新式窑体结构、热工供调系统、工业计算机控制系统组成的成套技术工艺设备，一般的其控制核心为单片机，这类控制系统虽然具有成本低、体积小、程序简短等优点，但只适合小型控制系统，对于较大型控制系统，不但成本大大增加，而且可靠性较差，对要求较高的系统难以实现。PLC具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境的优点，是一种通用的自动控制装置，结合当今发展较快、应用越来越广的模糊控制技术，可实现较大型控制系统，且功能完善，效果好。下面介绍一种以PLC为控制核心、以模糊控制、PWM控制、PID控制理论为依据，通过模糊算法、PID算法等优化算法

5、来实现养护窑温度控制。第一章 绪论1.1养护窑控制技术简介随着我国经济的发展，市场上建筑材料的需求也向着高质量、大数量方向展。传统的建材制造工艺越来越显露出产品质量差，产量小，对环境污染严重的缺点。砌块生产线养护温度控制是砌块生产质量控制的最后一环，也是最为重要的一环。生产成型的砌块在不同的温度养护过程中进行养护，会有不同质量的砌块生产出来。砌块生产线养护系统主要由蒸气发生装置、蒸气工艺管路、养护窑温度控制系统三部分组成。温度养护原理是：蒸气发生装置产生饱和水蒸气，通过固定管线输送到各养护窑内，对所生产的砌块进行温度养护，并由养护窑温度自动控制系统对各养护窑进行温度控制。为了适应社会的发展和满

6、足人们对产品最求的不断提高国内厂家开始引进国外技术。例如：华泰的这条生产线具有MBS数控系统和远程传感技术，计量准确，成型主机由世界先进的模箱振动产生强劲激振力复合而成，全自动监控的蒸汽养护窑，采用气流循环原理，高效节能，温度均衡，10小时内使砌块坯体迅速得到养护，保证产品质量。曲靖华泰新型墙材有限公司是云南省曲靖越钢集团有限公司控股的高新技术新型墙材生产企业，位于曲靖市麒麟区越州镇。公司全套引进并消化吸收美国哥伦比亚机械公司1600HF型高强彩色混凝土空心砌块自动化生产线，年生产能力10万立方米，这在云南乃至西南地区都是第一家。1.2养护窑控制技术的研究状况随着我国经济的发展，市场上建筑材料

7、的需求也向着高质量、大数量方向展。传统的建材制造工艺越来越显露出产品质量差，产量小，对环境污染严重的缺点。 砌块生产线养护系统主要由蒸气发生装置、蒸气工艺管路、养护窑温度控制系统三部分组成。温度养护原理是：蒸气发生装置产生饱和水蒸气，通过固定管线输送到各养护窑内，对所生产的砌块进行温度养护，并由养护窑温度自动控制系统对各养护窑进行温度控制。砌块生产线温度养护的控制方式可以采用以下几种方式： 定时器控制、可编程定时器控制、 PLC控制 工业控制机（IPC）控制等。 每种方式都各有优缺点。定时器控制及可编程定时器控制优点是价格，缺点是只能分段控制，不能调节，且操作不便；PLC控制的优点是稳定可靠，

8、缺点是显示及控制调整不便； 工业控制机（IPC）控制则具有PLC控制稳定的优点，又具有丰富的显示及控制调整的功能，并能实现砌块温度养护的特殊要求：即按给定的温度曲线，对养护窑进行温度控制。 IPC控制系统可根据砌块养护的特点确定的温度曲线进行严格的温度控制，使养护窑温度按照所给定的温度曲线运行。采用工业控制机进行控制，可实现温度自动采集显示功能及温度曲线的控制功能，并且系统运行稳定。系统采用汉字操作界面，使用十分方便。 采用养护窑自动温度控制系统后，可提高养护温度控制精度，提高砌块产品质量，减轻操作员的劳动强度， 并能取得良好的经济效益。 砌块生产线温度养护系统功能及主要技术指标 1系统实现以

9、下功能： 养护窑温度自动采集显示功能 温度曲线显示功能 养护窑温度自动控制功能 给定温度曲线，自动控制养护窑温度功能 数据存储功能 2主要技术指标： 给定温度曲线控制功能； 温度PID调节控制功能， P、I、D参数可调； 温度采集精度：0.5% 系统温度控制精度：0.5% 砌块在生产过程中最后一道工序是养护。目前养护的方法有两种。一种是传统的自然养护；自然养护只需要一个可供养护的露天场地，靠阳光加温。这种养护方法 投资少，养护成本低。缺点是养护周期太长，受环境温度影响大，对产品质量要求较高时，无法保证高质量与短生产周期。尤其在我国北方地区的冬季，温度低，阳光少，风沙大，天气条件恶劣，不适用这种

10、养护方法。但是在一些规模较小的砌块加工场所还经常用到这种养护方法。另一种养护方法就是在养护窑中进行养护。用户可以根据砌块的工艺要求指定养护规则，由手动或自动方法控制养护程序的进行。养护窑养护过程是严格按照砌块的工艺要求实施控制的。它能保证产品质量，保证生产进度，不受天气影响。第二章 控制系统的总体设计2.1 工艺流程图的设计控制过程应该满足如下要求：总起动按钮按下以后，整个系统允许运行。按下总停止按钮，整个系统停止运行。每个窑都可以自行控制。按下各窑的起动按钮后，各窑开始运行，按下其停止按钮，各窑停止运行，按下急停按钮，禁止各窑的输出控制。 每个窑的具体流程控制要求：启动电动机，供风循环热气流

11、；开启进气阀门，供热气控温；经过一定时间（设恒温10h），关闭进气阀门；按下急停安钮，停止进气阀、排气阀和风机；打开排气阀门，排气；按下停止按钮，关风机，关排气阀，准备砌块出窑。连锁要求只要有一个窑排气，总排气阀要打开，只有总进气阀打开，才能起动各窑进气阀。窑温控制示意图如图2.1所示:2.2 方案设计简介2.2.1 模糊控制方案设计简介模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定

12、义和相关的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。 模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如：在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、

13、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。二、模糊控制基础 模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的控制经验，而这些经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。模糊控制器(Fuzzy Controller，即FC)获得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特点： 模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理

14、解，设计简单，便于应用。 由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异；但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。 模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。 模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统

15、的控制。三、模糊控制应用研究现状模糊控制具有良好控制效果的关键是要有一个完善的控制规则。但由于模糊规则是人们对过程或对象模糊信息的归纳，对高阶、非线性、大时滞、时变参数以及随机干扰严重的复杂控制过程，人们的认识往往比较贫乏或难以总结完整的经验，这就使得单纯的模糊控制在某些情况下很粗糙，难以适应不同的运行状态，影响了控制效果。 常规模糊控制的两个主要问题在于：改进稳态控制精度和提高智能水平与适应能力。在实际应用中，往往是将模糊控制或模糊推理的思想，与其它相对成熟的控制理论或方法结合起来，发挥各自的长处，从而获得理想的控制效果。由于模糊规则和语言很容易被人们广泛接受，加上模糊化技术在微处理器和计算

16、机中能很方便的实现，所以这种结合展现出强大的生命力和良好的效果。对模糊控制的改进方法可大致的分为模糊复合控制，自适应和自学习模糊控制，以及模糊控制与智能化方法的结合等三个方面。 四、模糊控制研究方向展望 模糊控制仍然是一个充满争议的领域。由于它的发展历史还不长，理论上的系统性和完善性，技术上的成熟性和规范性都还是不够的，有待人们的进一步提高。 模糊系统理论还有一些重要的理论课题没有解决。其中两个重要的问题是:如何获得模糊规则及隶属函数，这在目前完全凭经验来进行;以及如何保证模糊系统的稳定性。 大体说来，在模糊控制理论和应用方面应加强研究的主要课题为： 适合于解决工程上普遍问题的稳定性分析方法，

17、稳定性评价理论体系;控制器的鲁棒性分析，系统的可控性和可观测性判定方法等。 模糊控制规则设计方法的研究，包括模糊集合隶属函数的设定方法，量化水平，采样周期的最优选择，规则的系数，最小实现以及规则和隶属函数参数自动生成等问题;进一步则要求我们给出模糊控制器的系统化设计方法。 模糊控制器参数最优调整理论的确定，以及修正推理规则的学习方式和算法等。 模糊动态模型的辨识方法。 模糊预测系统的设计方法和提高计算速度的方法。 神经网络与模糊控制相结合，有望发展一套新的智能控制理论。 模糊控制算法改进的研究:由于模糊逻辑的范畴很广，包含大量的概念和原则;然而这些概念和原则能真正的在模糊逻辑系统中得到应用的却

18、为数不多。这方面的尝试有待深入。 最优模糊控制器设计的研究:依据恰当提出的性能指标，规范控制规则的设计依据，并在某种意义上达到最优。2.2.2PWM控制方案设计简介PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。PWM变

19、频电路具有以下特点： 1).可以得到相当接近正弦波的输出电压 2).整流电路采用二极管，可获得接近1的功率因数 3).电路结构简单 4).通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应PWM基本原理: 脉宽调制（PWM）:控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次斜波谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 在采样控制理论中有一个重要的结论，即冲量相等而形

20、状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量既指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同。是指该环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅里叶变换分析，则它们的低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异。单周控制法又称积分复位控制（Integration Reset Control，简称IRC），是一种新型非线性控制技术，其基本思想是控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。该技术同时具有调制和控制的双重性，通过复位开关、积分器、触发电路、比较器达到跟踪指令信号的目的。单周控制器由控制器、比较器、积分器及时钟组成，其中控制器可以是RS触发器，其控制原理

21、如图2.2所示。图中K可以是任何物理开关，也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号。 图2.2 单周控制原理图单周控制在控制电路中不需要误差综合,它能在一个周期内自动消除稳态、瞬态误差，使前一周期的误差不会带到下一周期。虽然硬件电路较复杂，但其克服了传统的PWM控制方法的不足，适用于各种脉宽调制软开关逆变器，具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强等优点，此外，单周控制还能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰，是一种很有前途的控制方法。2.2.3PID控制方案设计简介：在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历

22、史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 (1) 比例（P）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态

23、误差（Steady-state error）。 (2) 积分（I）控制： 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。(3) 微分（D）控制：在

24、微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞

25、后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。选择PID的参数，以及相互间的配合，可以影响PID控制的稳定性。如采样时间过短对外部信号的变化有可能检测不到，而过长的采样时间显然不能满足控制精度的要求。又如过大的增益又会造成控制的震荡。在调试程序时要注意这些参数的设置，慢慢调试以至达到稳定的PID控制。第三章 主电路的设计3.1主电路图的设计一般说来，7.5KW以下的小容量感应电动机，都可以直接启动；对于7.5KW以上的电动机，就要考虑过大的直接启动电流对供电系统的影响，一般按下列的经验公式来核定：式中IQ为直接启动时的定子线电流；IN为电动机的额定电流；SH为供电电源

26、的总容量（KVA）；PN为电动机额定功率（KW）。如果上面公式能够满足，则该机允许直接启动；如果不能满足，则必须采取措施限制启动电流。由于本设计采用的是两台5.5KW的电动机，符合直接启动的要求，所以本设计采用直接启动的方式启动。1）该主电路由接触器KM1 、QF2控制1号风机，KM2 、QF3控制2号风机；2）FR1，FR2是对1号风机、2号风机进行过载保护；3）由QF1、FU、QS来控制主干线并对干线进行保护；4）由QF4来控制PLC的通断。3.2 主电路电气元件的选择3.2.1低压隔离开关选择：主要作用是： 1)分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开

27、，以保证检修人员和设备的安全。2)根据运行需要，换接线路。3)可用来分、合线路中的小电流，如套管、母线、连接头、短电缆的充电电流，开关均压电容的电容电流，双母线换接时的环流以及电压互感器的励磁电流等。4)根据不同结构类型的具体情况，可用来分、合一定容量变压器的空载励磁电流。户外刀闸按其绝缘支柱结构的不同可分为单柱式，双柱式和三柱式。其中单柱式刀闸在架空母线下面直接将垂直空间用作断口的电气绝缘，因此，具有的明显优点，就是节约占地面积，减少引接导线，同时分合闸状态特别清晰。在超高压输电情况下，变电所采用单柱式刀闸后，节约占地面积的效果更为显著。计算：已知 P=5.5KW、功率因数COS=0.8 T

28、anarccos=0.75 同期系数：KP=0.95,P=KPPi KQ=0.97,P=KQQi主回路：P30=0.95(5.5+5.5) =0.9511=10.45KW Q30=0.97(5.50.752) =0.978.25=8KW 其型号为 HD11-100/313.2.2低压熔断器选择：）根据使用条件确定熔断器的类型。）选择熔断器的规格时，应首先选定熔体的规格，然后再根据熔体去选择熔断器的规格。）熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合。）在配电系统中，各级熔断器应相互匹配，一般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大倍。）对于保护电动机的熔断器，应注意电动机起动电流

29、的影响，熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护应采用热继电器。）熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流；额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。根据电流I30=19.99A和上述要求 根据国标选择FU为NG700-25/3803.2.3低压断路器：1).低压断路器的选择和应用 低压断路器用途广泛，它不仅用于主干线、支路、电路末端等作线路（电缆、电线）及电气设备的不频繁合、分和过载、短路、欠电压等故障的保护，还应用于各种负载，如照明回路、电热回路、电动机回路、可控硅整流回路、电容器回路等的单独使用和保护。负载的性质不同，选用断路器的额定电流和保护特性也有差异。2).选择低压断路器应满

30、足下列条件低压断路器的额定电压应不低于保护线路的额定电压。低压断路器的额定电流应不小于它所装的脱扣器的额定电流。低压断路器的类型应符合安装条件，保护性能及操作方式的要求。 QF1的选择： I30=19.99A,UN=380V，脱扣电流150A，极限通断能力COS0.4根据国标选择QF1为 DW10-200/3 QF2，QF3的选择： I301=I302 = 10.44A 根据国标选择QF2、QF3为C45N-D-380/16 QF4的选择： I=5A 根据国标选择QF4为C45N-D-220/63.2.4接触器的选择：接触器是用来接通和切断电动机或其它负载主电路的一种控制电器.接触器具有强大的

31、执行机构,大容量的主触头及迅速的熄灭电弧的能力.当系统发生故障时,能根据故障检测元件所给出的动作信号,迅速可靠的切断电源,并有低压释放功能.与保护电器组合可构成各种电磁启动器,用于电机的控制及保护。接触器的结构及工作原理:接触器由磁系统,触头系统,灭弧系统,释放弹簧机构,辅助触头及基座等几部分组成.接触器的基本工作原理:利用电磁原理通过控制电路和可动衔铁的运动来带动触头控制主电路通短的.选择接触器的类型：根据电路中负载电流的种类选择。交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器，如果控制系统中主要是交流负载，直流电动机或直流负载的容量较小，也可都选用交流接触器来控制，但触点的额定电流应选

32、得大一些。选择接触器主触头的额定电压：应等于或大于负载的额定电压。选择接触器主触头的额定电流：被选用接触器主触头的额定电流应不小于负载电路的额定电流。也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。如果接触器是用来控制电动机的频繁启动、正反或反接制动等场合，应将接触器的主触头额定电流降低使用，一般可降低一个等级。主触头额定电流由经验公式：ICN=PN103KUNK为常数取11.4,一般为1.2 ICN主触头额定电流(A)PN被控制的电动机的额定功率(KW) UN电动机的额定电压(v)。I301=I302 = 10.44A 根据国标选择KM1、KM2为CJ20-163.2.5 热继电器的选择：热继电器是

33、用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。(1)类型选择：一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。(2)热继电器额定电流选择：热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。(3)热元件额定电流的选择和整定：热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电

34、流调节到电动机额定电流的1.1-1.15倍。 =（0.951.05） =1 =110.44A=10.44A型号选择为： JR1630/33.2.6 中间继电器的选择中间继电器，实质是一种电压继电器，触头对数多，触头容量大（额定电流为510A）动作灵敏度高。其主要用途为：当其他继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩展它们的触头或触头容量，起到信号中继作用。1). 用途该继电器使用于各种自动化线路中，以扩大被控的电路，应用这种继电器的线路，其供电电源为直流电，电压不超过110V。 2). 动作原理及结构特点. 动作原理 当在继电器的线圈加以直流电压时，线圈中有电流通过因而使铁心磁化

35、将动片吸住，接触片被动片的另一端所推动使动合触点闭合，使动断触点断开。当线圈断电时，磁力消失，而动片受接触系统的压力而回到原来位置。. 结构特点 本继电器为电磁式快速动作之中间继电器，继电器由铁芯，磁轭板，动片，线圈及触点系统等四部分所组成。继电器采用插入式结构，插座内有片状弹簧以保证可靠的接触，使用时将继电器插入插座上。为了防止震动引起继电器滑出插座外面，因此继电器与插座之间装有弹簧环，如系固定安装也可以不用插座，直接将接线焊与继电器的底板上。继电器具有透明塑料制成的外壳，以便观察继电器的动作情况。3). 技术数据. 继电器基本参数及线圈阻值表1。型 号 触点数 额定电压（V） 电阻（V ）

36、 动合 动断 转换 DZ-122DZ-144DZ-160DZ-106 6 6 24 6,122448110 52K 正负5.2,185K 正负18.5700K正负702500K 正负225 150 15000K 正负2250 . 继电器在80%之额定电压下应可靠地动作。. 继电器在额定电压的动作时间不大于0.01s。. 在长期的额定电压下，线圈的功率消耗应不大于1W。. 继电器的线圈能长期耐受110%的额定电压。. 继电器的介质强度：绕组对磁轭板应能耐受交流50Hz电压500V历时1min应无击穿或闪络现象。. 触点容量与寿命：直流100V，0.3A电阻负载100万次。 本设计采用的是DZ-1

37、44中间继电器。第四章 控制电路的设计4.1 控制方式的选择 在养护窑控制系统的设计中，控制系统的核心采用可编程序控制器（PLC），这是因为：控制系统的工作环境非常恶劣，工作环境潮湿,尘土较多,工作温度高于常温，由于PLC的输入输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出；PLC的硬件结构全部采用模块化结构，可以适应大小规模不同、功能复杂程度及现场环境各异的各种控制要求，为控制系统的硬件设计提供了方便、快捷的途径，可以大大缩短整个系统设计、生产、调试周期，节约系统投资；PLC维护操作方便，扩展容易，具有较好的性能和较高的可靠性，能在恶劣的工业环境下正常运

38、行，一般平均无故障时间可达几万小时以上，PLC具有较高的性能价格比。另外，PLC还具有较完善的自诊断、自测试功能。所以采用可编程序控制器来实现系统的控制。 4.2 PLC、 I/O点统计及扩展模块的选择4.2.1 I/O点统计因为PLC系统的设计主要涉及到PLC的选型和软件编制。PLC选型时主要考虑如下几个方面：1） 多少个开关量输入，电压分别为多少；2） 有多少个开关量输出，输出功率为多少；3） 有多少个模拟量输入输出点；4） 是否有特殊控制要求，如高速计数器等；5） 机房与现场的最远距离为多远；6） 现场对PLC的响应速度有何要求（扫描速度）；7） 内存的估计；8） I/O模块配置及系统电

39、源容量校验。第一,二种方案:本系统中控制对象的I/O点数如下：总进气阀：开关输入1个；总排气阀：开关输入1个；一号风机： 开关输入3个；二号风机： 开关输入3个；电磁阀：开关输出6个；风机运行: 开关输出2个；热敏电阻温度采集:模拟量输入2个；总计：模拟输入2个，开关量输入输出共16个；I/O口共18个。所以选用CPU224和EM231四路模拟输入模块。第三种方案:本系统中控制对象的I/O点数如下：总进气阀：开关输入1个；总排气阀：开关输入1个；一号风机： 开关输入3个；二号风机： 开关输入3个；电磁阀：开关输出4个；风机运行: 开关输出2个；热敏电阻温度采集:模拟量输入2个；进气电动阀:模拟

40、量输出2个；总计：模拟输入2个，模拟量输出2个,开关量输入输出共14个；I/O口共18个。所以选用CPU224、EM231四路模拟输入模块和EM232两路模拟量输出模块。本设计通过PID算法结合模糊控制、PWM控制、PID控制来实现对养护窑的温度控制。4.2.2 西门子S7-200的控制性能的优点如下：(1)采用了先进的网络技术及控制设备，控制系统性能优越。(2)实时的数据采集及数据归档，包括过程数据、设备状态信息等。(3)很好的适应了远距离通讯（1100米左右），抗干扰能力强，控制性能优越。(4)采用了多主站、多从站的多段DP网络控制，数据交换实时准确。(5)工业现场总线技术，提高了整个系统

41、的可靠性，减少了布线施工费用，降低了维护成本。重要的是西门子S7-200本身含有PID控制器。根据上述的要求和西门子S7-200的控制性能的优点所以本设计选用西门子S7-200作为编程软件；4.2.3 SIMATICS7-200 PLC功能介绍SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与

42、自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性 极丰富的指令集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通讯能力

43、丰富的扩展模块 S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。 CPU单元设计集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用

44、作负载电源。 不同的设备类型CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 本机数字量输入/输出点CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。 本机模拟最输入/输出点 CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。 中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 高速计数器CPU 221/222 4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可

45、连接两个相位差为90的A/B相增量编码器 CPU224/224XP/226 6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。 CPU 222/224/224XP/226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。 模拟电位器 CPU221/222 1个 CPU224/224XP/226 2个 CPU221/222/224/224XP/226还具有 脉冲输出2路高频率脉冲输出（最大20KHz），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。 实时时钟例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 EEPROM

46、存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。 电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。由上述对SIMATICS7-200 PLC功能介绍及设计的需要第一，二种方案选择EM231四路模拟量输入模块；第三种方案选择EM231四路模拟量输入模块及EM232两路模拟量输出模块作为扩展模块。4.3 PID控制算法简介：以往的理论和实际都证明了，在连续控制系统中，对象为一阶和二阶惯性环节或同时带有滞后时间不大

47、的滞后环节时，PID算法都能对其进行很好的控制，用于金相切割机的磨削控制是可以满足使用要求的。PID控制利用相对于控制误差（目标值与控制量之差）的比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）三种动作来决定控制对象系统的操作量。按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，简称为PID调节器，是连续系统中技术成熟且应用广泛的一种调节器。它的结构简单，不一定需要系统的确切数学模型，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富经验。在连续控制系统中。模拟PID调节器是一种线性调节器，其框图如下图所示。模拟PID控制系统原理图Principle diagram of

48、analogue PID control system该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图中r(t)是给定值，y(t)为系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)=r(t)y(t)作为PID控制器的输入，u(t)为PID控制器的输出，也是被控对象的输入。模拟PID调节器的控制规律为： 式中 Kp比例系数； TI 积分常数； TD微分常数； Uo控制常量。在模拟PID控制器中比例调节器的作用是对于偏差作出瞬间快速反应。偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用使控制量向着减小偏差的方向变化。控制作用的强、弱取决于比例系数Kp，Kp越大，控制越强 ,但过大的Kp会导致系统振荡,破坏系

49、统的稳定性。公式表明，只有当偏差存在时，第一项才有控制量输出，因此对于大部分被控制对象，如直流电机的电枢电压调速，要加上适当的和转速及机械负载有关的控制常量U0，否则，单用比例调节器会产生静态误差。积分环节的作用是把偏差的累积作为输出。在调节过程中，只要偏差存在，积分环节的输出就会不断增大，直至偏差e(t)=0，输出u(t)才可能维持某一常量，使系统在设定值r(t)不变的条件下趋于稳态。因此，即使不加上适当的控制常量U0，也能消除系统输出的静差误差。积分环节的作用虽然可以消除静态误差，但会降低系统的响应速度，增加系统输出的超调量。公式的第二项表明，增大积分常数TI将会减慢消除静态误差的过程，但

50、可减少超调量，提高系统的稳定性。因此TI必须根据控制的具体要求来选定。实际的控制系统除了希望消除静态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间或偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出即时响应(即比例环节的作用)，而且要根据偏差的变化趋向预先给出适当的纠正。为了达到这一目的，可以在PI调节器的基础上加入微分环节，这样就得到式公式所示的PID调节器。微分环节的作用是阻止偏差的变化，偏差变化越快，微分调节器的输出也越大，并能在偏差变大之前进行修正。因此微分作用的引入将有助于减小超调，克服振荡，使系统驱于稳定，对高阶系统非常有利，它加快了系统跟踪的速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对噪声较大的系

51、统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。4.4 PLC I/O接线图的设计4.4.1 元器件的选择 相应的元器件选择：根据所给的温度范围35 OC55 OC。选择温度变送器，热敏电阻，硅调压器，电磁阀及电动阀。 1). 电磁阀选择电磁阀的主要特点：（1）外漏堵绝，内漏易控，使用安全。（2）系统简单，便接电脑，价格低廉。（3）动作快递，功率微小，外形轻巧。（4）调节精度受限，用介质受限。（5）型号多样，用途广泛。型号规格通径DNmm工作压力barKV值m3/h螺纹型尺寸mm 法兰型尺寸mmGLHLH法兰孔距安装螺丝OK731515B8级：08BG0级：-10（真空、负压）B16级

52、：016（特制）2.81/290160101185654-13.5OK7320205.03/4100195105210754-13.5OK7325258.51100195105220854-13.5OK733232121 1/41122051222401004-18OK734040181 1/21262251452481104-18OK7350502821272251502551254-18应用范围 船舶重工、石油化工、电力装备、医药设备、工业炉窑、干燥设备、消防设备、暖通空调、清洗设备、电镀涂装、食品工业、真空管路、水厂虹吸系统等。技术参数原理结构：分步直动活塞型环境温度：-2560；控制方

53、式：常闭式标准电压：AC220V、DC24V (其它可特制)流体范围：水、气、油、蒸汽、真空、油等流体温度：C1组：60；C4组：180密封材料： PTFE、NBR 阀体材质：精铸黄铜电气连接：接线盒（2个不分正负极电源端子、1个接地端子）防护等级：国际标准IP542). 电动阀选择：本设计采用的是ZAZP型电动阀参数如下：公称通径 DN （ mm ） （阀座直径 DN ） 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 (10) (12) (15) (20) 额定流量系数 Kv 直 线 1.8 2.8 4.4 6.9 11 17.6 27.5 44 69 110 1

54、76 275 440 690 等百分比 1.6 2.5 4 6.3 10 16 25 40 63 100 160 250 400 630 额定行程 (mm) 16 25 40 60 height=24 公称压力 PN(MPa) 1.0 1.6 4.0 6.4 固有流量特性 直线、等百分比 固有可调比 50 允 许 泄漏量 单 座 硬密封：级 软密封：级 套 筒 硬密封： II 级 软密封：级 工作温度 t ( o C) -20200 -40250 -40450 -60450 信号范围（ mA.DC ） 010 420 作用方式 电关式 电开式 使用环境温度 ( o C) 电动调节阀： -207

55、0 o C 伺服放大器： 050 o C 使用环境湿度 电动调节阀： 95% 伺服放大器： 85% 电源电压 220V 50Hz 380V 50Hz 24AC/DC 3）. 硅调压器选择：本设计采用的是PAC01A型调压器参数如下： 420mA输入: 接收阻抗5001.5K；调压分辨力：0.1%。负载电源:50Hz单相110VAC/220VAC/380VAC移相范围：0170 同步电源：110VAC/220VAC/380VAC，见标牌外部电压调整: 10K带刻度盘电位器调整范围0100%。 缓启、缓停:起停开关控制缓启动、缓停时间均固定为15秒。无起停开关控制时，第一次上电自动缓启动。 80超

56、温保护： 散热器温度大于803禁止输出并报警解除:故障排除后,重新上电。电流容量：40A、60A、80A、120A、150AAC报警输出:光电隔离OC门输出，隔离电压1500V（524VDC的外供电源）。4). 温度变送器，热敏电阻的选择：产品名称：Pt100热电阻隔离变送器型号：RS3011品牌： RS产品介绍： 该产品是用Pt 100传感器测量温度的隔离变送器，在工业上主要用于测量-200+500的温度。该产品Pt 100传感器由用户自己配备，变送器内有线性化和长线补偿功能，出厂时按照Pt100国标分度表校正，完全达到0.2级精度要求。输入、输出和辅助电源之间是完全隔离（三隔离），可以承受

57、2500VDC的隔离耐压。产品采用DIN35国际标准导轨安装方式，体积小、精度高，性能稳定、性价比高，可以广泛应用在石油、化工、电力、仪器仪表和工业控制等行业。主要特性输 入： Pt100(-20+400) (范围可选择)输出信号： 420mA/05V 精度等级： 0.2级(FSR%) 内含线性化和长线补偿功能 隔离耐压：2500VDC(0.5mA,60S) DIN35导轨安装 精度高、性能稳定可靠。SBWR/Z系列一体化温度变送器模块是一种现场安装式温度变送单元。它采用二线制传送方式（电源输入与信号输出为二根公用导线），输出与被测温度成线性的4-20mA电流信号。SBWR/Z温度变送器模块可

58、以安装于热电温，热电阻的接线盒内与之形成一体化结构，也可单独安装在仪表盘内作转换单元。应用范围：石油、化工、纺织、冶金、机电、电力航空、食品加工、医学工程等工业和科研领域其他自动化温度检测、变送和控制特点：先进的非线性校正电路漂移自校正电器独有的抗干扰电路高精度冷端补偿电路耐腐蚀、抗震性、可靠性好技术参数：测量精度：0.1%F.S、0.2%F.S、0.5%F.S环境温度影响:0.1级：0.01%F.S/0.2级：0.02%F.S/0.5级：0.05%F.S/电源输出二线制:24VDC、4-20mA冷端补偿误差:1/K、J、E、S长期稳定性:2%/F.S/年负载电阻：0600电源:24VDC(特

59、殊声明可采用12VDC供电)环境温度：-25+85贮存温度：-25 +125测量介质温度：-200+1600响应时间:10ms可具有防爆特性，本质安全型IACT44.4.2 I/O接线图 本设计中根据I/O点统计和扩展模块的统计，画出I/O接线图。 第一、二种方案：根据统计，模拟量输入2个，开关量输入输出共16个；I/O口共18个。所以选用CPU224和EM231四路模拟输入模块。电流型输入Pt100热电阻隔离变送器两个和OK7340型电磁阀。接线图如下： 第三种方案：模拟输入2个，模拟量输出2个,开关量输入输出共14个；I/O口共18个。所以选用CPU224、EM231四路模拟输入模块和EM232两路模拟量输出模块。电流型输入Pt100热电阻隔离变送器两个。PAC01A型调压器两个、ZAZP型电动阀两个和OK7340型电磁阀。接线图如下：第五章 元器件布置图及安装接线图的设