河北大学
硕士学位论文
基于PLC与MCGS的煤粉电除尘器控制系统设计
姓名：郝青
申请学位级别：硕士
专业：环境工程
指导教师：张子生
2011-05
摘 要
随着人类社会的发展与进步，工业化和现代化进程的不断加快，对大气的污染程度也愈来愈严重。粉尘污染在大气污染中所占的比例也在逐年增大，粉尘污染不仅严重危害到人类的身体健康，还会造成大量贵重材料的流失。电除尘器作为治理大气污染最有效的手段之一，其研究和应用变得越来越广泛。如何能够有效的实现电除尘器的控制成为重要的研究项目之一。
本论文以煤粉电除尘器为模型，将PLC自动控制技术和MCGS组态软件相结合应用于煤粉电除尘器的控制系统设计当中，首先利用PLC来完成除尘现场数据的采集和处理，上位机则利用MCGS组态软件来开发煤粉电除尘器的监控界面，利用其对煤粉电除尘器的除尘情况进行实时监控，大大提高了电除尘器控制系统的功能性和可操作性。
本论文首先制定了PLC总控制系统方案，外部接线图以及总控制梯形图，通过PLC 对振打过程的控制，对风机的控制，对各电场的时序控制，对消防报警的控制，对卸灰装置的控制以及对浓度的PID控制等六大部分进行研究，确定了详细的PLC电除尘控制系统。本论文依据目前常见的通信方法，应用计算机语言VB编程，实现了一台计算机与8台PLC之间的网络通信，从而达到了信息数据传输的目的。本论文应用MCGS 组态软件，实现了对煤粉电除尘控制系统的实时监控，具有安全登录，实时数据采集，现场监控，历史数据保存等功能，达到了对电除尘器监控的目的。
关键词 静电除尘器PLC MCGS
Abstract
With the development of human society, and the accelerating of industrialization and modernization’s process, the pollution of the atmosphere is getting more serious. Dust pollution’s proportion is also increasing year by year in the air pollution, dust pollution is not only seriously harm to human health, but also make the result of the loss of a large number of precious materials. ESP as one of the most effective means of controlling air pollution of its research and applications become more widespread. How to effectively control the implementation of ESP has become an important research project.
This thesis make coal ESP as the model, PLC automatic control technology and MCGS configuration software used as a combination of electrostatic precipitator control system designs, the use of PLC to complete field data collection and processing, the PC configuration with MCGS monitoring interface software development, and the use of MCGS to monitore coal dust electrostatic precipitator the situation real-time, what greatly improved the electrostatic precipitator control system’s functionality and operability.
This paper first developed a PLC control system for the total program, external wiring diagram and Total Control Ladder Diagram, Study the control of the vibration process, timing of the electric field, the fire alarm, dischargingdevice and PID of the concentration of six major studies through PLC to determine the detailed ESP PLC control system. This thesis, according to the current common method of communication, application of computer language VB programming, achieved multi-platform network communication between the PLC, to the purpose of information data transmission. In this thesis, the use of MCGS configuration software completed the realization of coal dust control system for real-time electronic monitoring, with a secure login, real-time data acquisition, site monitoring, historical data storage and other functions, and achieved the purpose of monitoring for electrostatic precipitator.
Key words ESP PLC MCGS
第1章绪论
第1章绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着人类社会的发展与进步，工业化和现代化进程的不断加快，对环境的污染程度也愈来愈严重。在当前形势下，人们已经充分地认识到保护自身生命健康和我们赖以生存的家园的重要性，环境保护已经越来越受到全世界人民的高度重视。然而，在人类的生产和生活中必然会产生大量污染物，尤其是在以煤炭为主要能源的工业生产过程中，会产生大量的烟尘，这些烟尘严重的污染了大气环境，严重破坏了人类赖以生存自然环境。据统计显示，全球每年向大气中排放的人为污染物多达6亿多吨。在这些污染物中，粉尘约占1.60%[1]。煤炭加工、电力、冶金、采矿、造纸、化工等大型工业生产都会排放大量的粉尘颗粒。粉尘的大量排放不仅严重污染空气，更时时刻刻危及这人类的生命健康。尤其是粒径小于10μm的气体溶胶粉尘颗粒，这些颗粒会长时间的悬浮在空气当中，人们一旦吸入就很容易患呼吸系统疾病或心脏病，它将直接威胁人体健康。所以，治理和防治粉尘污染，保护大气环境刻不容缓。
我国的能源构成主要以煤炭为主，我国是一个煤炭资源储备极其丰富的国家，煤炭资源的开发利用带动了我国经济的快速发展，使我国经济发展势头迅猛，一跃成为世界经济强国。但是，煤炭资源是一种不清洁的能源。随着我国经济的快速发展，煤炭资源的消耗量也在日益增加。在煤的装卸、传送、运输以及火电厂燃煤的过程中，都会产生大量的煤尘和烟气污染，尤其是从火电厂排放到大气中的颗粒物。在这些粉尘颗粒中，Al2O3，SiO2和 Fe2O3的含量占到了总排放量的80~90%。除此之外，其他包括Ca，Na，Mg，K，Ti，S在内的非爆炸性的微量元素的含量高于1 mg/g[2～4]。其次，还包含有毒的金属元素包括Se，As，Cd，Hg，Ni，Pb，Cr，Sr，Be，V和U[2～8]。这些污染物严重地影响了人类的身体健康和生产的顺利进行，因此，必须对含煤废气和燃烧烟气进行净化。
根据除尘器除尘机理的不同，除尘器可以分为旋风除尘器、湿式除尘器、过滤除尘器和静电除尘器。其中，静电除尘技术作为一种除尘效率高、耗能低、气体处理量大、操作维护方便及适用范围广的治理大气污染的有效措施，正越来越多的被研究和使用于电力、建材、冶金、化工和电子等行业的烟气净化中[9]，在我国环保事业中起着重要的
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作用[10,11]。
随着计算机技术和自动控制技术的不断发展，电除尘器的相关控制系统也不断地被引入到静电除尘的实际工业项目当中来，在提高电除尘器设备的运行管理水平、自动化控制水平及除尘效率等方面发挥了极其重要的作用。同时，随着工业自动化控制水平的发展和提高，电除尘器的管理与控制系统将进一步发展并完善。
PLC（Programmable Logic Controller，可编程序控制器）是一种基于微处理器技术的，综合了自动控制技术和计算机技术，以及现代通信技术而发展起来的工业化的自动化装置。PLC是一种运用数字进行运算的电子系统，它所采用的是在PLC内部进行存贮并执行定时、计数、算术运算、顺序控制及逻辑运算等一系列操作指令的可编程序的存贮器，PLC可以通过模拟信号或数字数字的输入和输出来控制各类机械控制和生产过程的控制。PLC与其他控制方式相比具有许多优点，如抗干扰能力强、性能稳定、安装和调试的工作量小、编程简单等等，因此在工业控制过程中被广泛应用[12]。在发达的工业化国家，PLC己经被广泛地应用到各种工业部门中，例如，开关量逻辑控制、数据处理、通信联网、运动控制以及机器人控制等方面。
在静电除尘中系统中引用PLC控制，可以极大地提高除尘的效率，在我国较大的煤矿加工厂和火力发电厂推广使用，不但可以提高静电除尘的经济性，还可以节约大量的能源，提高企业的经济效率。因此，对于PLC控制静电除尘的学习和研究意义重大。但是利用PLC控制也存在一些缺点，其不足之处表现在PLC属于现场控制层，它的人机交互性比较差，管理人员不能及时地了解除尘现场的状况；同时，利用PLC控制也无法随时掌握除尘过程的历史数据。如果能够将PLC控制与MCGS组态软件技术结合起来开发煤粉电除尘器的控制系统，利用PLC控制系统来完成除尘现场的数据采集和处理，上位机则采用MCGS组态软件进行监控界面的开发设计，这样就会大大提高煤粉电除尘器控制系统的功能性和可操作性。
MCGS（Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS组态软件系统可以完成现场数据的采集与监测、前端数据的控制和处理，随后MCGS组态软件系统再通过报警处理或报表输出等方式给用户提出解决问题的方案，它可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件系统是由组态环境和运行环境两部分组成的，两者之间是相互独立又密切联系的关系。其中，组态环境
第1章绪论
就是一套完整的工具软件，用户可以按照自己的需要开发设计应用系统，生成一个组态结果数据库；其次，MCGS组态软件的运行环境也是一个完全独立的运行系统，它会按照数据库中用户的指令进行操作，从而实现用户的设计目的。
因此，本课题把PLC控制系统和MCGS组态软件相结合应用于电除尘器的控制系统设计当中，首先利用PLC控制系统完成现场数据的采集和处理，上位机则采利用MCGS组态软件来开发设计煤粉电除尘器的监控界面，这样将会大大提高电除尘器控制系统的功能性和可操作性。
1.2国内外发展现状
1.2.1 电除尘器发展及现状
公元前六世纪，古希腊的哲学家撒勒斯（Thales）就发现了经过摩擦的琥珀能够吸引微小物体的现象，而利用静电除去带电粉尘的设想，大约是在两百年前提出来的。1824年，德国人霍非尔德（M.Hohlfeld）用莱顿瓶的电荷供给一个盛满烟雾的玻璃瓶，通过放在瓶中的金属线产生放电现象而使烟气被净化，成为历史上第一个静电除尘现象的演示。静电除尘的理论研究始于1911年，美国人斯特朗（W.W.Strong）对粉尘荷电和除尘效率等方面的问题作了大量的研究分析，为静电除尘理论的发展奠定了基础。1922年，德国人多依奇（Deutch）在假设没有紊流的条件下，推导出了除尘效率的理论计算公式，成为目前静电除尘理论的基础。此后，国外科学家们相继在电场荷电、捕集高比电阻粉尘反电晕影响及建立影响电除尘器性能的数学模型等研究上取得了重要成果。虽然世界各国的学者们在静电除尘理论技术方面的研究取得了巨大的进步，但静电除尘技术的理论仍然滞后于实际应用。
在我国，从西汉末年就有利用静电产生吸附现象的文字记载，但静电除尘技术传入我国还是在20世纪30年代，而且我国进行静电除尘技术的研究起步也较晚，其发展过程可以分为1972年以前的探索时期和1972年以后的发展时期两个阶段。从上世纪60年代开始，我国才开始全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发。1980年以前，我国对电除尘器技术的研究还处于非常落后的地位。改革开放以来，随着我国国民经济的发展，保护环境对国民经济的可持续发展显得越来越重要。在市场经济利益的驱使下，国内许多大、中型环保企业对电除尘器技术的研究和开发的投入不断加大，电除尘器在我国得到了长足的发展。到90年代末，我国电除尘器技术基本赶上了国际同期的先进水
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平。
近年来，随着计算机技术和自动控制技术的发展，工业水平的提高，经济的发展及环保标准的提高，我国对电除尘器的理论、制造、安装和维护等方面进行了更为深入的研究，使电除尘器广泛地应用于各个行业，促进了电除尘器技术的发展。我国还研究开发了不少新型电极电除尘器，例如邹永平等研制了横向极板电除尘器；刘林茂等研制了加装横向百叶窗式的电除尘器，陈学构等提出了静电透镜电场电除尘器；即在两平板电容器之间平行插入一个带圆孔的薄板所形成的结构；谭天佑等提出了横向I字形极板电除尘器，在I型板排中，插入了顺气流装置的带负电的平板辅助电极；张国权等研制了冲击式电除尘器，即在横向中心窗口处布置电晕线，烟气流过窗口后面横放收尘板上而被捕集。
1.2.2 PLC发展及现状
上世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是依赖于继电器控制系统。但是继电器控制系统存在通用性和可扩展性较差等严重不足，导致了当时汽车的每一次改型都要对控制系统进行重新设计和安装。随着科技的进步和生产的发展，汽车车型更新换代的周期也越来越短，继电器控制系统耗时、费工、费料的现状阻碍了汽车工业的发展。由此，PLC这种新型工业控制系统在美国通用汽车公司的强烈要求下于1968年得以诞生。PLC因具有简单易懂、操作方便、通用灵活、可靠性高、体积小和使用寿命长等一系列优点，在美国其他工业领域得到迅速地推广及应用。到1971年，PLC控制系统已成功地应用于食品、造纸、冶金等工业中，并引起了世界其他各国的重视。1971年日本从美国引进了PLC控制技术，并很快研制出日本第一台PLC，1973年西欧各国也都研制出了他们的第一台PLC，我国于1974年开始研制PLC控制系统，1977年开始应用于工业领域[13]。
目前，PLC控制系统在国内外均得到了广泛的应用。利用 PLC的逻辑运算、定时、计数等功能进行逻辑控制来取代传统的继电器控制系统，可以广泛地用于机床、印刷、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制系统之中。由于PLC具有强大的通信联网功能，可以和通用计算机直接相连，或通过通信处理单元和通信转换单元与计算机相连构成网络，实现信息的交换和处理。PLC还可以构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，从而满足从单机自动化到生产线自动化，再到工厂自动化的控制系统的发展需要，
第1章绪论
满足从集中控制系统到大型集散控制系统发展的需要。
1.2.3 组态软件发展及现状
最早的组态软件是由美国WONDERWARE公司推出的16位Windows环境下的Intouch[14,15]，曾一度在国际上具有很高的市场占有率。随后，澳大利亚CIT公司推出的Citech在世界范围内也具有很快的发展。近年来，一些国外著名厂商推出了日趋成熟的组态软件产品，如美国AB公司的RSView，美国GE公司的Cimplicity。这些组态软件均加强了与其他硬件产品的驱动支持和其他软件的内部功能，一改过去仅为其本身硬件配套的OEM形式，已逐步发展成通用的组态软件。
近年来，国产的许多组态软件也越来越多的被用户所接受，其中应用较多的有MCGS、ControlX、SYNALL、组态王、虎翼、天工和力控等[15]。国内已有不少单位，甚至一些个人正在积极的投入到组态软件的开发研究当中。其中，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司推出的MCGS组态软件，是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的软件系统。MCGS组态软件的设计思想比较独特，有许多特殊概念和使用方法，目前MCGS组态软件在国内的应用也是比较广泛的[16]。
1.3本课题研究主要内容
首先制定PLC总控制系统方案，外部接线图以及总控制梯形图，通过PLC对振打过程的控制，对风机的控制，各电场的时序控制，PLC对消防报警的控制，PLC对卸灰装置的控制，PLC对浓度的PID控制等六大部分进行研究，确定详细的PLC电除尘控制系统。依据目前常见的通信方法，应用计算机语言VB编程，实现多台PLC之间的网络通信，从而达到信息数据传输的目的。应用MCGS组态软件，实现对电除尘控制系统进行监控，具有安全登录，实时数据采集，现场监控，历史数据保存等功能，达到监控的目的。
1.4小结
本章总结了粉尘污染对人类身体健康的严重危害；介绍了电除尘器、PLC控制系统及MCGS组态软件的发展过程及发展现状；提出了本课题所要研究的内容、研究背景及研究意义。
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第2章电除尘器基本理论
所谓电除尘器，就是利用高压直流电源产生强电场，当含有粉尘的气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒带点，并在电场力的作用下沉积在积尘器上，使尘粒从含有粉尘的气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘器具有处理烟气量大；设备阻力小，能耗低；对微细粉尘具有很高的补集效率；自动化程度高，运行可靠；运行费用低，维护工作量小等优点，因此被广泛使用。
2.1 电除尘器的基本工作原理
在实际应用中，虽然电除尘器的结构和种类繁多，但基本上都基于一个相同的工作原理。其基本的除尘过程如图2-1所示[17～20]。
图2-1 电除尘器工作原理图
由此可见，电除尘器的基本工作原理可以分为以下四部分[21,22]：
1．气体电离
第2章电除尘器基本理论
在放电极和集尘极之间加上高压直流电压，在电晕极附近形成一个足以使流经电场的气体产生电离的强电场，并发生电晕放电，电晕区内空气电离，产生大量正、负离子等带电粒子。
2．粉尘荷电
在放电极附近的电晕区内，正离子立即被电晕极表面吸引而失去电荷，剩下的自由电子和负离子一部分在电场力的作用下沿着电力线向电压变化梯度最大的方向运动，向着集尘极方向移动，于是在放电极和集尘极之间的绝大部分空间内都存在着自由电子和负离子。当含尘气体通过这部分空间的时候，粉尘与自由电子和负离子发生碰撞，当自由电子和负离子接近粉尘颗粒时，粉尘的内部电荷就会重新分布，从而导致这两者之间产生吸引力，自由电子和负离子附着在粉尘颗粒表面上使之带电，实现了粉尘荷电[19]，这种粉尘荷电机制称为电场荷电。另外一部分自由电子和负离子因做不规则的热运动与粉尘颗粒发生碰撞而荷电，这种粉尘荷电机制称为扩散荷电[23]。
3．粉尘捕集和沉积
在放电极和收尘极之间的荷电粉尘主要受到自身的重力、电场力、惯性力和介质阻力的作用，在这四种力的综合作用下，荷电粉尘被驱往集尘极。经过一段时间之后到达集尘极表面，荷电粉尘因释放出所带电荷而沉集在集尘极表面，逐渐地形成一层粉尘薄层[24]。
4．清灰
当电除尘器经过一段时间的除尘后，除尘器的电晕极和集尘极上都会有粉尘沉积。粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，沉积在集尘极则有可能使粉尘重新进入气流，把粉尘从集尘器表面直接吹起，振打电极使粉尘重新弥散在气流中。或者把捕集的粉尘从灰斗中卷起。因此，要定时对电晕极和集尘极进行清灰处理。对电晕极的清灰主要采用振打清灰的方式。对集尘极的清灰方式在干式除尘器和湿式除尘器中是不同的，在干式除尘器中，主要采用机械撞击或者电极振动产生的振动力来清除；在湿式除尘器中，主要采用水冲洗集尘器，使集尘极表面经常保持着一层水膜，粉尘降落在水膜上，随着水膜一同流下，从而达到清灰的目的[25]。
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2.2电除尘器的分类
电除尘器按照不同的应用形式有不同的分类方式[26]。按照集尘极几何形状的不同可以分为线管型电除尘器和线板型电除尘器；按照集尘极上清灰方式的不同可以分为干式电除尘器和湿式电除尘器；按照气流流动方式的不同可以分为立式电除尘器和卧式电除尘器；按照粉尘在静电除尘器内荷电方式的不同及分离区域布置可以分为单区电除尘器和双区电除尘器。通常情况下，工业上较大规模的电除尘通常采用干式电除尘器、线板型电除尘器或单区卧式电除尘器，电晕线采用负电晕放电。
2.3电除尘器的结构
电除尘器主要是由电晕电极、收尘极、放电极、高压供电设备、气流分布板、烟箱、灰斗、壳体、振打清灰系统、支座及辅助系统等构成[27]。其组成由图2-2所示。
2.3.1 电晕电极
电除尘器的电晕极的种类有很多，目前最常用的包括直径3mm的圆形线、星形线以及锯齿线、芒刺线等。其具体形状如图2-3所示。
电晕线的固定方式分为重锤悬吊式和管框绷线式。对电晕线的一般要求是起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能够维持准确的极距以及便于清灰等。
2.3.2 收尘极
在实际电除尘器的应用中，收尘极的型式有很多，主要分为板式和管式两大类，二板式又可以分为平板行电极、箱式电极和型板式电极三种。收尘极的结构直接影响着电除尘器的除尘效率、造价及金属耗量，因此对其要求也很高。具体要求为：（1）具有良好的电性能，即极板表面上的电场强度和电流分布要均匀，火花电压要足够高。
（2）极板受温度影响后变形小，并且要有足够的刚度。
（3）有利于粉尘在板面上沉积，经过定期的振打能够顺利地落入灰斗，同时还要具有防止二次扬尘的功能。
（4）极板的振打性能足够好，有利于振打加速度均匀地传递到整个板面，清灰效果好。
（5）形状简单，平面度好，容易制造。
（6）运输和安装，以及在运行过程中不易变形。
第2章 电除尘器基本理论
图2-2 电除尘器结构图 收尘极板
收尘极悬吊
收尘极振打
放电极线
放电极框架
放电极振打
进气烟箱
出气烟箱
气流分布板
电场阻流板
灰斗阻流板
梁、柱组
侧墙板组
灰斗系统
插板箱、卸灰阀
保温
梯子平台
起吊装置
钢支架 平台
卸灰
输灰 收尘极系统 放电极系统 烟箱系统 气流均布装置 壳体 储、排灰系统 辅助系统 钢支架 卸输灰系统
电除尘器本体 辅助系统 电除尘器系统
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2.3.3 放电极
放电极又可以称为电晕极或阴极，它是电除尘器中一个重要的组成部分。其主要作用是与收尘极一同构成电场，产生电晕，形成电晕电流。其构成主要包括放电极线、放电极线框架、框架吊杆以及支撑套管、放电极振打装置等。
a. 圆形线；
b.星形线；
c.锯齿线；
d. 芒刺线
图2-3 常用电晕极形状
2.3.4 高压供电设备
高压供电设备的主要任务是提供粒子荷电和粒子捕集所需要的高压电场和电晕电流。通常情况下，高压供电设备的输出峰值电压为70～1000kV，电晕电流为100～2000mA。
2.3.5 气流分布板
电除尘器内部的气流分布对除尘效率的高低有着很大的影响，为了减少涡流，保证气流分布均匀，应在进出口处设置一个变径管道，进口变径管内应设置一个气流分布板。最常见的气流分布板有百叶窗式、多孔板分布格子、槽行钢式以及栏杆型分布板等。而其中又以多孔板使用最为广泛。
2.3.6 烟箱及气流均布装置
电除尘器的烟箱包括进气烟箱和出气烟箱两个部分。进气烟箱的结构主要依据电除尘器的工艺和场地等条件来决定。通常情况下所采用的进气烟箱有上部进烟气、水平进烟气、下部进烟气、侧部进烟气以及斜向进烟气等，其形状如图2-4所示。其中最常用
第2章电除尘器基本理论
的是水平进烟气和下部进烟气两种。
水平进气烟箱； 2-下进气烟箱； 3-上进气烟箱； 4-水平侧进气烟箱； 5-斜进气烟箱
图2-4 电除尘器进气烟箱
出气烟箱与进气烟箱的结构基本相同，区别在于出气烟箱内部不设置气体分流装
置。
气流均布装置设置在进气烟箱内，其主要作用就是将小断面、高速流的烟气通过气
流分布装置后变成大断面、低速流的烟气，从而使进入电场中的烟气分布符合电除尘器
的要求。由于进气烟箱进气方式的不同，气流分布装置的结构也有很多种，其结构如图
2-5所示。其中格栅板式、多孔板式、X形孔板和锯齿式多用于水平进烟气烟箱中，垂
直偏转板式和垂直折板式多用于上下进烟气烟箱中。
. 格栅板式
. 多孔板式. 垂直偏转板式. 锯齿式. 形孔板. 垂直折板式
图2-5 气流分布装置结构图
2.3.7 灰斗和卸输灰系统
在电除尘器中，灰斗的作用是用来存储收集下来的粉尘，是电除尘器的重要组成部
分。目前常用的灰斗有锥台形灰斗和船形灰斗。其中锥台形灰斗使用更为广泛，船形灰
斗是近年来随着干法和半干法烟气脱硫脱氮的发展而出现的灰斗形式，目前在常规的电
除尘器中应用还很少。
在电除尘器中，卸输灰系统的作用是将灰斗内存储的粉尘输送到指定的地点。卸输
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灰系统由插板箱、星形卸灰器、螺旋气化输送机等系统组成。
2.3.8 壳体
在电除尘器中，壳体位于进出口烟箱之间，并通过出口烟箱与整个除尘系统相连接。壳体内部是一个密闭的空间，其内部设置的收尘极、放电极和振打清灰装置等核心部套与外界相隔绝，形成一个封闭的除尘空间。除此之外，它还是一个承载部套，其内部的收尘极、放电极和振打清灰装置都悬挂在壳体的顶梁上，灰斗也焊在壳体的底梁上。此外，壳体还要承担一些附加载荷，例如，收尘极和放电极上的积灰，高位布置的电源和自然环境下的附加载荷。由此可见，所有电除尘器上的载荷都要通过壳体传递到水泥基础或钢支架上。因此，就要求电除尘器壳体必须要有足够的强度和稳定性，同时，还要求壳体的密封要严密，不允许存在较大的漏风，否则将会影响电除尘器的安全、稳定运行。
电除尘器的壳体由框架和墙板两部分构成。框架由顶梁、底梁、立柱和支撑构成，是电除尘器的主要受力构件。在有立柱的框架中，墙板的主要作用是密闭和承担工作负压引起的荷载，这种有立柱的墙板称为梁柱构件；在没有立柱的框架中，墙板的主要作用是受力构件和密闭的双重作用，这种没有立柱的墙板称为板壳构件。在有立柱的框架中，所有的荷载主要通过立柱传递；而在有立柱的板壳构件中，载荷则主要通过板壳传递。底梁与立柱相连接，并在底梁上构成一个平面网络，灰斗就焊接在底梁上。
2.3.9 支座及辅助系统
电除尘器的壳体与基础之间由固定支座和活动支座相连接。活动支座又可分为单向活动支座和多向活动支座两种，单向活动支座只能沿着固定的方向移动，而多向活动支座的移动方向则不受任何限制。在场地上固定支座的位置应当靠近进气端，电除尘器与进出口的热膨胀伸缩量相接近，从而减轻热胀冷缩所产生的伸缩拉力。活动支座的移动应位于固定支座的辐射线上。
电除尘器的支撑系统需要一个或几个固定支座，其余均为活动支座。其中，固定支座中心位于电除尘器壳体与基础之间的固定连接点上。当壳体热胀冷缩时，固定支座不动，其他各活动支座均沿着放射方向移动，从而可以减少结构热应力，保证电除尘器的安全、稳定运行。
第2章电除尘器基本理论
2.4小结
本章介绍了电除尘器的基本理论，对电除尘器的基本工作原理、分类及结构均进行了介绍，使我们对电除尘器有一个具体了解，为后续设计煤粉电除尘器控制系统做好理论基础。
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第3章 基于PLC 的电除尘器控制系统设计
随着微处理器、计算机和数字通信技术的快速发展，自动化控制系统的控制方式也越来越多，目前常用的控制方式有PLC 控制、EDA 控制、单片机控制、继电器控制、传统的PC 控制和嵌入式控制。PLC 控制的优点有应用面广、功能强大、可靠性高、各种抗干扰能力强、编程安装使用简单、价格低廉、使用寿命长等，此外，PLC 控制方式所具有的监控程序能够完成设备故障的检查，用户程序的输入、修改及执行等一系列功能，其梯形图语言编程与计算机汇编语言相比具有简单、直观、易学等优点，因此本课题中采用PLC 控制煤粉电除尘器控制系统。
3.1 可编程控制器（PLC ）
3.1.1 PLC 的基本结构
可编程控制器PLC 主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器四部分组成。其控制系统示意图如图3-1所示。
图3-1 PLC 控制系统示意图 CPU 模块主要由微处理器（CPU 芯片）和存储器两部分构成。CPU 模块的主要作用是不断地采集输入信号，执行用户的程序，及时刷新系统输出，相当于人的大脑和心脏。存储器的主要作用则是用来存储程序和数据。
输入（Input ）模块和输出（Output ）模块简称I/O 模块。I/O 模块是外部现场设备和CPU 模块之间的桥梁，输入模块的主要作用是用来接收和采集输入信号，也就是通过输入接口电路把外部输入的开关量信号转化成PLC 内部所能识别的数字信号，就相当于人的眼睛、耳朵、手和脚一样。
编程器可分为手持式编程器和计算机编程器两种，编程器的主要作用是用来生成用
编程器
接触器 电磁阀 指示灯
电 源
第3章基于PLC的电除尘器控制系统设计
户程序，并且用它来编辑、检查、修改或监视用户程序的执行情况。
3.1.2 PLC的扫描工作方式[28～31]
所谓扫描就是对各种规定的操作项目依次进行访问和处理。PLC一共有两个基本的工作模式，即运行（RUN）模式和停止（STOP）模式。在PLC的运行过程中，用户程序中有许多操作需要执行，于是CPU就周而复始的按照程序的顺序依次不断地重复执行各个操作，这种工作方式称为PLC扫描工作方式。PLC的扫描过程分为自诊断、与外设通信、输入现场状态、解算用户逻辑和结果输出五个步骤，PLC的工作过程就是重复不断的按照这五个步骤进行依次扫描，直至收到停止命令或出现故障为止，如图3-1所示。PLC每扫描一个循环所用的时间称为一个扫描周期，其典型值约为1～100ms。
图3-1 PLC工作过程
3.1.3 PLC的工作过程[28～31]
PLC的工作过程就是用户梯形图程序的执行过程，就是首先在系统软件的控制下依次扫描各个输入点的状态，然后按照用户程序来解算控制逻辑，最后再依次向各个输出点发出相应的控制信号的过程。
过程控制系统实验报告 专业 ****** 班级 ****** 学生 ****** 学号 ******
锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在120cm，稳态误差±0.4cm，满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20),σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动 态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
目录 第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3 1.1锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3 第二章锅炉汽包水位控制系统方案的设计 2.1液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8 第三章PID控制 3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10 第四章仿真 4.1 simulink 仿真---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13 第五章心得体会-----------------------------------------------------------15
一种简单实用的水位自动控制系统设计 发表时间：2010-03-10T16:21:22.827Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年2月上旬刊供稿作者：周玲钟义广[导读] 近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高周玲钟义广（广西机电职业技术学院） 摘要：本文介绍一种简单实用的水箱水位自动控制系统的基本组成及工作原理，通过对该系统组装测试，达到预期效果，正式应用于乡镇供水系统中。实践证明，该水位控制系统设计方案合理，运行效果好，具有低成本、高使用价值的优点。关键词：水位自动控制系统 0 引言 近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高，满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品，控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用PLC和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等，运行可靠，可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区，特别是居住相对分散的农村地区，供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点，设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。 1 水箱水位自动控制系统的组成 针对偏远农村分散居住，取水不方便（包括从水井取水）的特点，考虑到农民生活消费水平不高，设计的供水系统必须是既方便农民的生活，又经济实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成。 由图中可知，水位自动控制系统电路主要由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是一台抽水水泵，由220V交流电源电压供电。控制电路由包括整流、滤波、稳压电路、感应电路及限流限压电路组成。 2 水箱水位自动控制系统的设备 水位自动控制系统的设备只需选用价格低廉、安全可靠的设备。 由设备表可知，所有的设备都是简单而常用的小型设备，价格低廉，控制和维护简单易于掌握，对远离城市的偏远地区非常适用。传统的水位控制系统通常使用传感器进行上、下限控制，以保证水位在上、下限之间。此设计中只用三根导线来代替传感器放置在上、下限水位之间，利用水的导电特性完成上、下限水位的自动控制，节省了购买传感器的费用，也不必考虑传感器的故障，进一步降低成本，提高系统的可靠性。 常见的生活用水供应系统工作形式是由外来补充水源（一次水源）向一个高位水塔和一个低位水池补水，再由高位水塔和低位水池（二次水源）向各用户供水。此设计主要考虑针对家庭供水系统（或者某些单独取用水之处），因此只需用（储）水箱而非水塔供水。系统供水是由水箱直接供应，不用考虑由位置高度所形成的压力来进行供水，不用气压供水，不必在屋顶上设置水箱，也不用单独建筑水塔，仅在厨房或需用水的地方放置一足够大的（储）水箱即可满足供水要求。 3 水箱水位自动控制系统的控制原理 该水箱水位自动控制系统结构简单，控制原理如下：系统上电后，交流电源经整流、滤波、稳压后，由电位器调节获得12V直流工作电压。当水箱水位低于下限时，接触器线圈失电，其常闭触头使水泵接通工作，抽水到水箱中；当水位上升到上限时，接触器线圈得电，常闭触头断开，常开触头闭合，水泵停止抽水。 V1、V2用来保护LM317输出端电压为安全电压，使其免受短路电流的影响；V3用来保护三极管，同时避免触电事故的发生。水位的上、下限可通过调整三根导线的位置设定。 4 测试应用 该设计经安装调试，结合实验室给排水系统进行测试，效果良好。正式应用于某乡镇几个家庭的日常用水装置中已将近两年，至今未发生故障。该系统在运行期间稳定性高，完全符合预先规定的标准，只需将控制电路稳压输出调整在10V-12V之间，可投入使用。可用交流变压器供电，也可以用直流供电。 5 结束语 设计的水箱水位控制系统因价格便宜，结构简单，使用方便，不易发生故障，可用于要求不高的给排水系统中，特别适用于城镇及偏远山区取水装置。 参考文献： [1]布挺，王帆.基于西门子PLC的水塔水位自动控制系统[J].科技信息，2009年第12期. [2]曹琦.一种节能的变压变频供水系统[J].变频器世界，2006（7）：133-137. [3]朱晓青主编.过程检测控制技术与应用.北京，冶金工业出版社，2002年.
《电器控制与PLC技术》习题集 设计题 1. 画出三相异步电动机即可点动又可连续运行的电气控制线路 2. 画出三相异步电动机三地控制（即三地均可起动、停止）的电气控制线路
3．为两台异步电动机设计主电路和控制电路，其要求如下： ⑴两台电动机互不影响地独立操作启动与停止； ⑵能同时控制两台电动机的停止； ⑶当其中任一台电动机发生过载时，两台电动机均停止 4．试将以上第3题的控制线路的功能改由PLC控制，画出PLC的I/O端子接线图，并写出梯形图程序
5. 试设计一小车运行的继电接触器控制线路，小车由三相异步电动机拖动，其动作程序如下： ⑴小车由原位开始前进，到终点后自动停止； ⑵在终点停留一段时间后自动返回原位停止； ⑶在前进或后退途中任意位置都能停止或启动
6. 试将以上第5题的控制线路的功能改由PLC控制，画出PLC的I/O端子接线图，并写出 梯形图程序
7. 试设计一台异步电动机的控制电路要求： 1）能实现启、停的两地控制； 2）能实现点动调整； 3）能实现单方向的行程保护； 4）要有短路和过载保护 8. 试设计一个工作台前进——退回的控制线路工作台由电动机M拖动，行程开关SQ1、SQ2分别装在工作台的原位和终点要求： 1）能自动实现前进—后退—停止到原位； 2）工作台前进到达终点后停一下再后退； 3）工作台在前进中可以立即后退到原位；
4）有终端保护 9. 有两台三相异步电动机M1和M2，要求： 1） M1启动后，M2才能启动； 2） M1停止后，M2延时30秒后才能停止； 3） M2能点动调整 试作出PLC输入输出分配接线图，并编写梯形图控制程序
摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC 广泛应用于过程控制领域并极提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位、三冲量控制、PLC、PID控制
ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level、Three impulses control、PLC、PID control
等级: 课程设计 2016年6月17日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
四.进度安排 1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。 2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。 3.第一周星期五：上机调试程序。 4.第二周星期一：指导编写设计说明书。 5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。 6.第二周星期五：答辩。 附录：课题简介及控制要求 （1）课题简介 某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。 本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。 （2）控制要求 控制系统技术参数表
电控及PLC课程设计 任务书 电气工程及其自动化专业 盐城工学院电气工程学院
课程设计总体要求安排 一.教学目的与任务 电气控制与PLC是一门实践性要求较高的课程，学生除了在课堂内理解掌握本课程相关的理论知识外，必须通过一定实验室环境内的课题训练，实际动手设计和调试应用程序，进一步加深和强化课程理论知识应用。 课程设计要求根据电气控制设备的工艺要求，运用所学过的电气控制的基本控制环节、典型控制线路及PLC的基础知识，以及电气控制系统设计的基本方法、步骤，查找有关资料，设计电气控制线路，选择电器元件，整理设计资料。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。 鉴于本课程设计的重要性，要求每一位参加设计的同学必须做到态度端正积极，发挥自己的主动性，在课程设计过程中严谨认真的独立完成自己的课题设计，不得出现抄袭他人设计的现象，一经发现，该生课程设计成绩以不及格论处。 二.主要内容 1）PLC的认识与使用： PLC的外观、电源、输入/输出端口、COM端、通信接口、外部负载、负载电源、扩展单元、模块、编程器； 2）基本操作练习： 启动、停止、编程与程序传送、电源与输入/输出端口接线； 3）编程与仿真软件的学习与使用； 4）应用程序的设计与调试运行及演示。 三.基本要求 本课程设计共设10个应用设计题，每个学生选作1题，独立完成。 在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。 为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点： 1）在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。 2）在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。
一、课程设计(综合实验）的目的与要求 锅炉是工业生产及人民生活的主要的动力及能源。汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标,水位过高会导致蒸汽带水进入过热器，并在过热管内结垢,影响传热效率，严重的将引起过热器爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，水位的时间常数很小。大容量锅炉若给水不及时，数秒之内就可能达到危险水位，所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。因此,必须采取有效、精确的自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。 影响汽包水位变化的因素很多，如燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的,容易克服。因此,主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽温度急剧下降,该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。水位过低，则由于汽包内的水量转少，而负荷很大时，如不及时调节就会使汽包内的水全部液化,导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 二、设计（实验）正文 1控制系统的整体分析： 1.1影响汽包水位的主要因素 1)给水流量W 2)主蒸汽流量D 3)燃料量B 1.2控制指标 保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡,维持汽包水位Ｈ在较小范围内波动。１.３汽包水位控制对象的动态特性分析 做各种主要影响因素的阶跃扰动,记录并分析汽包水位的响应曲线 1)给水扰动: Maｔlab仿真如图1:
图1：给水扰动Ｍatlab仿真 运行结果如图2： 图2:给水扰动下的水位响应曲线 由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线，可以看出该被控对象无自平衡能力,且有较大的迟延，因此应采用串级控制，将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中，以保证系统的稳定性。 2)蒸汽扰动： Mａtｌａb仿真如图３： 图3:蒸汽扰动Maｔlaｂ仿真 运行结果如图4:
西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书 专业班级： 自动化1002 学生姓名： 马千云 指导教师（签名）： 一、课程设计（论文）题目 锅炉汽包液位控制 二、本次课程设计（论文）应达到的目的 本次课程设计是自动化专业学生在学习了《计算机控制技术与系统》和《过程控 制及仪表》两门专业必修课程及《单片机原理与应用》、《可编程控制器》等相关专业 选修课程之后进行的一次全面的综合训练，其主要目的是加深学生对计算机控制技术 相关理论和知识的理解，进一步熟悉计算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技 能；掌握工程应用的基本内容和要求，整合各专业课程的理论知识和方法，做到理论 联系实际；培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成系统设计的能力，并按要 求编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等。 三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术 参数、设计要求等） 锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化5u ?=。试根据 实验数据设计一个超调量 25%p δ≤的无差控制系统。 具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；
对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 （4）撰写课程设计报告一份，要求字数3000～5000字。 四、应收集的资料及主要参考文献： 1．王再英等.过程控制系统与仪表.机械工业出版社,2006 2．潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出版社,2001 3．王锦标.计算机控制系统.清华大学出版社,2008 五、审核批准意见 教研室主任（签字） 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格
单容液位控制系统设计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
目录1系统设计认识 (1) 前言 (1) 2系统方案确定、系统建模和原理介绍 (1) 控制方案确定 (1) 控制系统建模 (1) (1) (2) 3系统构成 (4) 控制系统结构 (4) 控制系统方框图 (4) 4系统各环节分析 (5) 调节器PID控制 (5) 执行器分析 (6) 检测变送环节分析 (6) 被控对象分析 (6) 5系统仿真 (7) 系统结构图以及参数整定 (7) 6仪器仪表选型 (10)
PID调节器选择 (10) 执行器选择 (11) (11) (11) (12) 差压变送器的选择 (12) 7课程设计结束语 (14) 参考文献 (15)
一、系统设计认识 前言 过程控制早已在矿业、冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。在液位控制方面，比如:水塔供水、工矿企业排给水、锅炉汽包液位控制、精馏塔液位控制等更是发挥着重要作用。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作，极易出现操作失误引起事故，造成厂家的经济损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响着工厂的生产成本、经济效益以及设备的安全系数。所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。 本设计以单容水箱的液位控制系统为研究对象。由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便，且能满足一般的生产过程要求，在液位控制中得到了广泛的应用，所以本设计单容水箱的液位控制系统采用的就是单回路反馈控制。它的控制任务就是使水箱液位保持在给定值所要求的高度，并且减少或消除来自系统内部和外部扰动的影响。通过系统方案的选择，完成系统的工艺流程图设计和方框图的确定，各环节仪表仪器的选型，控制算法的选取，系统的仿真以及控制参数的整定等工作。 二、系统方案确定、系统建模和原理介绍 控制方案确定 如前言所介绍，由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便，且能满足一般的生产过程要求，在液位控制中得到了广泛的应用，故采用单回路反馈控制。 液位控制的实现除模拟PID调节器外，还可以采用计算机PID算法控制。由差压传感器检测出水箱水位；水位实际值通过单片机进行A/D转换，变成数字信号后输入计算机中；在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值传送到单片机中，由单片机将数字信号转换成模拟信号；最后，由单片
单片机原理及系统课程设计 专业：自动化 班级：自动化1201 姓名: 王文玉 学号：201209005 指导教师：苟军年 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014年12月12日
基于单片机的水位控制系统设计 1 引言 单片机课程的学习，不仅要在课本上学到知识，更要在实际中得到锻炼。我认为要学好单片机这门课程，更重要的是要学会通过实践巩固学到的知识，只有把学到的知识通过实践不断体会理解，才能更好的掌握这门课程。本次课程设计我选择制作的题目是基于单片机的水位控制系统的设计，在此次课程设计中主要以水塔供水为例,进行设计介绍。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和C语言程序，并用Proteus软件仿真。 1.1 设计背景 水位控制系统是现今生活和工业一种比较实用的系统,其应用范围广泛,主要涉及水塔、水库和锅炉水位的控制等领域。以水塔供水为例,供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位,通过实时检测电压，测量水位变化，从而控制电动机工作状态，保证水位在正常范围内。 2 设计方案及原理 2.1通过水位变化上下限的控制方式 这种控制方式通过在水塔的不同高度固定不动的3根金属棒ABC，以感知水位的变化情况。A棒接+5V电源，B棒﹑C棒各通过一个电阻与地相连。利用51单片机为控制核心，设计成一个对供水箱水位能自动进行检测控制的系统。如果水塔水位处于警界低水位状态时，启动水泵,水泵开始正转，开始向水塔供水；如果水塔水位处于正常水位状态时,水泵停止工作，水泵停转；如果水塔水位处于警界高水位状态时，启动水泵,水泵开始反转，开始从水塔排水；供水系统出现故障时，自动报警；故障解除时，水泵恢复正常工作。 2.2水塔水位控制原理 在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C，用以反映水
河南工业职业技术学院 毕业设计 题目 PLC电梯控制系统的设计系院电气工程系 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师
前言 随着电子技术的发展，当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。推动该潮流发展的引擎就是日趋进步和完善的PLC设计技术。目前数字系统的设计可以直接面向用户需求，根据系统的行为和功能的要求，自上而下的完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证，直接生成器件。上述设计过程除了系统行为和功能描述以外，其余所有的设计几乎都可以用计算机来自动完成，也就说做到了电器设计自动化这样做可以大大的缩短系统的设计周期，以适应当今品种多、批量小的电子市场的需求。 电器设计自动化的关键技术之一是要求用形式化的方法来描述数字系统的硬件电路，即要用所谓的硬件语言来描述硬件电路。所谓硬件描述语言及相关的仿真、综合等技术的研究是当今电器设计自动化领域的一个重要课题。 PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理，传统PLC是无法完成的。然而基于PC 通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和实际应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。
目录 1.前言 2.电梯控制基本概念 3.电梯控制的组成 4.电梯控制的移动 5.电梯PLC系统的模拟组态 6.货运电梯重量超载的控制 7.总结 8.参考文献
2. PLC电梯控制的基本概念 电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLD）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。 电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。 电梯控制系统的硬件结构如图2所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。为减少PLC输入输出点数，采用编码的方式将31个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入PLC PLC系统的其它设备 1 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生 xxxxxx 学号 xxxxxxxx
锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能 指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 - 1.1概述............................................ - 3 - 1.2锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 1.3锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 - 2.1 对被控对象进行特性分析 ............................ - 5 - 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图..................... - 5 - 2.2.1液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 2.2.2液位控制系统的方案图.................................. - 6 - 2.3选择被控参数和被控变量............................. - 6 - 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 ......... - 7 - 2.4.1传感器、变送器选择 ..................................... - 7 - 2.4.2执行器的选择........................................... - 8 - 2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择。 ....................... - 8 - 2.4.4 关于给水调节阀型号的选择。............................. - 8 - 2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 8 - 2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 8 - ................................... - 10 - 3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 - ........................................... - 11 -
水池水位自动控制系统设计与制作 摘要 根据物体在水中漂浮的性质，可以用一个浮球来感知水塔里水位的升降，用来控制水泵，使水泵能自动对水池上水，水满时能自动断电停止，真正做到了水池的全自动控制功能，解决了人们日常用水的诸多不便。 本毕业论文范文写的是水池水位自动控制电路的作用是根据水位的高低，自动地控制水泵的启动与停止。水泵和水位的高低是相互反馈的。这样就可以实现水位自动控制的目的。我所设计的水位制动控制装置是有以下几部分组成：水位自动控制电路，高低水位报警器，数码显示。水位自动控制在一定范围内（如 2 -6 米），当水位低至2米时使水泵启动上水；当水位升至6米时，使水泵停止工作。因特殊情况水位超限（如高至7米、低于2米）报警器报警。设有手动按键，便于随机控制。由数码管直观显示当前水位。本系统可以随时的控制水位的高低，防止过量放水或来水无人打开关。 关键词：水池；浮子开关；自动上
Abstract According to the nature of an object floating in the water, you can use a float to sense the water level in the lift tower to control the pump, the pump automatically to the water tower, Sheung Shui, water, power off automatically when full stop pumping water tower, and truly automatic control tower to solve the inconvenience of daily water. Pham Van of the thesis is written in the role of water level automatic control circuit is based on the level of the water level, automatic control of pump start and stop. Pumps and water level is the level of mutual feedback. This level can automatically control. I designed the brake control device is the water level has the following components: automatic water level control circuit, high and low water level alarm, digital display. Automatic water level control within a certain range (eg. 2-6 meters), when the water level as low as 2 meters, the Sheung Shui to start the pump; when the water level to 6 meters, the pump stopped working. Water level gauge due to special circumstances (such as up to 7 meters, as low as 2 meter) alarm to the police. With manual buttons, easy to stochastic control. Visual display by the LED current level. The system can control the water level at any level, to prevent excessive drainage or runoff and no open relations Keywords:water tower; float switch; automatic pumpin
摘要 PLC是一种通用的自动控制装置其主要是以计算机技术为技术核心，它具有很强的抗干扰能力，高可靠性，直观而简单的编程，适应性强，完善的功能，接口功能强等一系列优点。因此在各行各业中得到了广泛的应用。铣床的传动装置主要是以各种电动机为动力其重要的是实现生产过程自动化的技术装置。在电气系统中是主干部分，也在国民经济中占到主导的低位得到广泛的应用。在我国早起的大多数铣床都是采用传统的继电器控制，而其接触器触点受机械运动的影响，触点的寿命会受到很大的影响，故障率也很高，可靠性远不及PLC控制。为此，提出了用PLC来对我们铣床进行电气控制，铣床我们主要是对我们工业应用中广泛的X62W万能的铣床进行控制，系统的介绍利用PLC对这种铣床进行控制的方法和方案。其中主要进行功能的分析，原理图的设计，梯形图的设计与编写进行调试，提高铣床的性能，提升经济效益及产品质量。 关键词：X62W铣床；电气控制；PLC；梯形图 目录 第一章绪论 0 1.1课题研究的目的和意义 0 1.2自动铣床的发展及现状 0 1.3 铣床简单介绍 (1) 1.3.1 铣床的选型 (1) 1.3.2 X62W万能铣床的特点 (2) 第二章可编程序控制器(PLC)简介 (2) 2.1 PLC工作原理 (2) 2.2 PLC的编程语言--梯形图 (2) 2.3 可编程序控制器PLC的优点 (3) 2.4 PLC选型标准 (3) 第三章 X62W万能铣床的硬件设计 (4) 3.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求 (4) 3.2 X62W万能铣床元件选型 (4) 3.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 (5)
锅炉汽包水位控制系统的设计
过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx 学号 xxxxxxxx 锅炉汽包水位控制系统设计
一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性 能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要 满足动态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告................................................ 错误!未定义书签。第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 ........ 错误!未定义书签。 1.1 概述.............................................................. 错误!未定义书签。 1.2 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................... 错误!未定义书签。 1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................... 错误!未定义书签。第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计 ................. 错误!未定义书签。 2.1 对被控对象进行特性分析 ................................ 错误!未定义书签。 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图................. 错误!未定义书签。 2.2.1 液位控制系统的方框图.......................... 错误!未定义书签。 2.2.2 液位控制系统的方案图.......................... 错误!未定义书签。 2.3选择被控参数和被控变量................................ 错误!未定义书签。 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标错误!未定义书 签。 2.4.1传感器、变送器选择 .............................. 错误!未定义书签。 2.4.2执行器的选择.......................................... 错误!未定义书签。
课题名称：水箱水位控制系统设计专业：电气工程及其自动化学号： 姓名：
水箱水位控制系统设计 摘要 本设计主要基于单片机的硬件电路设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述。在设计中对水塔水位控制原理进行分析,选用AT89C51单片机作为控制水塔水位的处理芯片,由AT89C51的P1口直接来控制.设计方案采用模块化程序设计方法,结合程序流程图,编写程序代码,最后利用KEIL公司的u Vision3软件及伟福仿真软件进行仿真实验,达到单片机自动控制水塔水位变化的目的. 关键词：单片机，水塔水位控制原理，AT89C51，伟福仿真软件
目录 前言 (1) 第1章设计内容 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 方案设计 (2) 第2章硬件电路设计 (3) 2.1 系统框图设计 (3) 2.2 系统原理 (4) 第3章水塔水位控制系统的硬件电路设计 (5) 3.1 水位检测电路 (5) 3.2 水位显示电路 (5) 3.3电机控制电路 (6) 3.4振荡电路和复位电路 (7) 3.5声光报警电路 (7) 第4章软件程序设计 (8) 4.1 系统主程序流程图 (8) 4.2编写C程序 (9) 第5章硬件制作与调试 (10) 结论 (11) 附录 (12) 仿真总图 (12) 源代码 (13)
前言 水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，在我们的生活中起到了重要的作用，而水基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。塔里面的水位控制是一个水塔发挥作用的关键。该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机来进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并编写程序加以控制，从而实现电机的调速。最后，使用液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。该系统通过了报警模块来实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以及正常水位处理。本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。 液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。