畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC高爐冷卻水循環(huán)自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究

1、目錄1 緒論31.1 選題意義及課題來源31.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀簡(jiǎn)介31.2.1 plc在高爐中的應(yīng)用31.2.2 plc在泵站系統(tǒng)中的應(yīng)用41.3 課題意義及論文的主要工作41.3.1 選題意義41.3.2 本次設(shè)計(jì)的主要工作52 系統(tǒng)工作原理62.1 控制系統(tǒng)要求62.1.1 控制系統(tǒng)功能要求62.1.2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)62.1.3 設(shè)計(jì)原則72.1.4 系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計(jì)框架72.2 系統(tǒng)控制方案的確定82.2.1 方案概述82.2.2 方案確定82.3 系統(tǒng)工作原理102.3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)模型102.3.2 系統(tǒng)組成及框圖112.3.3 系統(tǒng)主要工作流程123 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)143.1 系統(tǒng)硬

2、件總體組成143.1.1 系統(tǒng)硬件組成143.1.2 系統(tǒng)機(jī)械流體部分組成143.1.3 系統(tǒng)電氣部分組成153.2 泵的選型和設(shè)計(jì)153.2.1 系統(tǒng)要求153.2.2 擬選用的元件153.3 plc控制部分的的設(shè)計(jì)163.3.1 plc的i/o需求和分配163.3.2 plc的選型和主要技術(shù)指標(biāo)173.4 轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)203.4.1 轉(zhuǎn)換部分方案的確定203.4.2 單片機(jī)pic18f2480簡(jiǎn)介223.4.3 單片機(jī)pic18f2480電路設(shè)計(jì)253.5 檢測(cè)部分設(shè)計(jì)283.5.1 鉑熱敏電阻pt-1000283.5.2 jls40壓力傳感器293.5.3 ad靶式流量開關(guān)293.5.3

3、 三達(dá)德kh32型電流互感器303.6 抗干擾處理、保護(hù)設(shè)計(jì)313.6.1系統(tǒng)避雷措施313.6.2系統(tǒng)抗電磁干擾措施323.7 系統(tǒng)組要元件334 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)344.1 軟件設(shè)計(jì)概述344.2 控制主程序的梯形圖設(shè)計(jì)384.3 單片機(jī)部分c語(yǔ)言設(shè)計(jì)445 通信部分設(shè)計(jì)495.1 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和通信部分框架495.2 系統(tǒng)與上位機(jī)通信部分方案設(shè)計(jì)516 組態(tài)部分設(shè)計(jì)536.1 組態(tài)方案概述536.2 組態(tài)設(shè)計(jì)536.2.1窗口設(shè)計(jì)536.2.2 變量設(shè)計(jì)566.2.3 主要腳本程序586.3 組態(tài)仿真647 結(jié)論677.1 本設(shè)計(jì)完成的主要工作677.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)可以進(jìn)行的工作677.3 設(shè)計(jì)

4、心得68致 謝69參 考 文 獻(xiàn)701 緒 論1.1 選題意義及課題來源目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展階段，鋼材的市場(chǎng)需求也平穩(wěn)增長(zhǎng)，鋼鐵產(chǎn)品依然呈現(xiàn)供不應(yīng)求態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致價(jià)格連續(xù)上漲，企業(yè)銷售收入、利潤(rùn)等指標(biāo)大幅提高。目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)的高爐循環(huán)水泵房低壓冷卻水泵系統(tǒng)采用的大部分都是人工控制，這造成了大量的人力物力以及水資源和電能的浪費(fèi)，這與國(guó)家十一五規(guī)劃的節(jié)能降耗相悖甚遠(yuǎn)。國(guó)內(nèi)鋼鐵業(yè)在高價(jià)格的刺激下加大了對(duì)鋼鐵的投資力度，在建或準(zhǔn)備新建高爐數(shù)量急劇增加，為此正確、合理選擇高爐的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)控制方式對(duì)提高我國(guó)煉鐵工業(yè)的節(jié)水降耗水平，延長(zhǎng)高爐壽命具有重要的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義，將對(duì)我國(guó)的鋼鐵業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影

5、響。滄州縱橫四個(gè)高爐建成于60年代，整個(gè)高爐系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前自動(dòng)化發(fā)展的需要，為提高高爐的效率，準(zhǔn)備對(duì)滄州縱橫1#高爐進(jìn)行重建。本次設(shè)計(jì)結(jié)合滄州縱橫1#高爐的實(shí)際情況對(duì)其冷卻水循環(huán)泵站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀簡(jiǎn)介1.2.1 plc在高爐中的應(yīng)用在煉鐵高爐生產(chǎn)過程中應(yīng)用可編程序控制器(簡(jiǎn)稱plc)進(jìn)行電氣控制和儀表檢測(cè)系統(tǒng)的改造已經(jīng)十分普遍，但是通常只進(jìn)行單個(gè)系統(tǒng)上如上料系統(tǒng)或熱風(fēng)爐系統(tǒng)的控制，或者一座高爐部分的改造控制。隨著plc和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得plc的聯(lián)網(wǎng)通訊功能日益強(qiáng)大，也對(duì)煉鐵高爐自動(dòng)化系統(tǒng)提出了更高的要求。高爐控制系統(tǒng)規(guī)模由原來單獨(dú)一個(gè)系統(tǒng)控制，發(fā)展到包

6、括槽下上料、爐頂裝料、高爐本體、熱風(fēng)爐、煤氣除塵、煤粉噴吹等高爐全套控，并實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間互相通訊，多座高爐聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余、數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)整理并統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而為實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理自動(dòng)化提供有力的系統(tǒng)支持。但是目前作為高爐的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制一般采用的都是人工控制，這給整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和統(tǒng)一管理帶來了很大不便。影響整個(gè)高爐系統(tǒng)的效率，并且造成一定的能源和資源的浪費(fèi)。1.2.2 plc在泵站系統(tǒng)中的應(yīng)用總裝機(jī)容量100kw以下的小型泵站在高爐水循環(huán)、農(nóng)田水利、防洪排澇泵站中占有相當(dāng)大的比例。為了降低小型泵站運(yùn)行費(fèi)用，提高小型泵站的自動(dòng)化程度，根據(jù)小型泵站的運(yùn)行工藝特點(diǎn)，采用可編程

7、序控制器（plc）進(jìn)行控制，通過設(shè)定運(yùn)行程序?qū)φ谜具M(jìn)行運(yùn)行和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)半無人值守或無人值守。通過傳輸設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)無人值守泵站運(yùn)行，大大降低小型泵站運(yùn)行人工費(fèi)用，讓有限的運(yùn)行費(fèi)用更多的用于泵站設(shè)備改造、維修和維護(hù)，更有效提高泵站設(shè)備完好率和可用保證率。目前國(guó)內(nèi)對(duì)小型泵站自動(dòng)化的研究還處于起步階段，尤其對(duì)高爐爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)還剛剛開始。1.3 課題意義及論文的主要工作1.3.1 選題意義針對(duì)目前plc在高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的的研究還處于空白階段，結(jié)合滄州縱橫1#高爐改造的實(shí)際情況進(jìn)行本次設(shè)計(jì)。將國(guó)內(nèi)外對(duì)小型泵站的研究的成果和技術(shù)方案轉(zhuǎn)化到高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中。通過本次設(shè)

8、計(jì)要做出高爐低壓冷卻水循環(huán)泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)方案，使整個(gè)泵站系統(tǒng)的總體成本大幅下降，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)節(jié)能降耗、且穩(wěn)定可靠。通過本次設(shè)計(jì)要探索出一種小型泵站的plc自動(dòng)控制方法，得出性價(jià)比較高的控制器選型方案，得出合理的軟硬件設(shè)計(jì)方案。針對(duì)高爐的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)采用plc對(duì)其進(jìn)行泵站控制是一種新的嘗試，通過本次設(shè)計(jì)要探索一種實(shí)用的高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)泵站控制方法。1.3.2 本次設(shè)計(jì)的主要工作冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是整個(gè)煉鋼高爐的重要環(huán)節(jié)，由管道設(shè)備及水泵和控制電路按一定的組織方式所構(gòu)成，原滄州縱橫1#高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)水源為地表水，冷卻對(duì)象主要為高爐冷卻壁，其冷卻強(qiáng)度對(duì)高爐壽命起著決定性的作用。原供水方

9、式一直采用人工控制，使用后的水未經(jīng)循環(huán)，直接外排，浪費(fèi)很大，同時(shí)還存在水質(zhì)差、水量不足、水壓低等問題?？紤]到原供水方式已暴露出如上很多弊端，且無事故供水措施，嚴(yán)重制約了煉鐵廠生產(chǎn)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益的提高。因此在新建1#2340m3高爐之際同步建設(shè)高爐水循環(huán)泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。系統(tǒng)從水池中抽水，通過管道傳輸，利用對(duì)壓力、流量、電流等參數(shù)的檢測(cè)來決定泵站的水泵的控制策略和各個(gè)泵站間的切換。通過對(duì)泵站的改造可以提高循環(huán)利用率，能緩解公司生產(chǎn)用水緊張的局面，同時(shí)也能確保煉鐵廠各個(gè)高爐用水的安全性和可靠性，各項(xiàng)供水指標(biāo)能比直接使用河水時(shí)明顯改善，懸浮物濃度下降且基本穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際工程中工藝參數(shù)的要求

10、，設(shè)計(jì)出泵站控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，可編程控制器做為整個(gè)系統(tǒng)的中心，完成對(duì)泵站內(nèi)各泵啟動(dòng)、停止的控制、上傳本站運(yùn)行情況至上位機(jī)和上位機(jī)對(duì)本站的控制。實(shí)現(xiàn)泵站的無人值守，自動(dòng)控制滿足工藝參數(shù)要求，故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)處理防止意外發(fā)生。整個(gè)泵站系統(tǒng)相對(duì)于人工控制系統(tǒng)在可靠性、實(shí)時(shí)性有很大的提高。給出不同的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)可靠性和工藝要求以及性價(jià)比的綜合考慮確定最終的控制方案。2 系統(tǒng)工作原理2.1 控制系統(tǒng)要求2.1.1 控制系統(tǒng)功能要求本次設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)：滄州縱橫1#高爐的實(shí)時(shí)性和可靠性要求；無人值守系統(tǒng)能正常運(yùn)行，滿足系統(tǒng)的溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)要求；系統(tǒng)可靠性高，故障自動(dòng)排除；泵站內(nèi)的各泵采用互備技術(shù)

11、，任何一個(gè)泵出故障都不影響系統(tǒng)正常工作；泵站系統(tǒng)的過載檢測(cè)、故障實(shí)時(shí)報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)故障緊急處理避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生；系統(tǒng)的可維護(hù)性強(qiáng)，發(fā)生故障能迅速定位，出現(xiàn)故障能快速修復(fù)；整個(gè)設(shè)計(jì)合理切合工程實(shí)際，便于施工且性價(jià)比合理。整個(gè)系統(tǒng)可以與鋼廠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，能進(jìn)行通信，上位機(jī)可以監(jiān)控所有設(shè)備的運(yùn)行情況，能對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行管理。系統(tǒng)的通信總線采用rs485總線。所設(shè)計(jì)的的系統(tǒng)采用的硬件設(shè)備與原有的設(shè)備和系統(tǒng)其他設(shè)備有很好的兼容性，能在不改變其他任何硬件的情況下完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本地設(shè)備通過報(bào)警檢測(cè)，系統(tǒng)應(yīng)具有一定的自診斷能力，能實(shí)現(xiàn)部分故障的自我修復(fù)，對(duì)于不能修復(fù)的故障，應(yīng)能迅速指示出故障所在處，以便檢

12、修人員能迅速的對(duì)故障做出處理。2.1.2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)根據(jù)高爐的實(shí)際情況，整個(gè)工廠水循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下指標(biāo)：（1）滿足1#高爐的生產(chǎn)用水，循環(huán)水量為60100m3/h，自流回水；循環(huán)利用率大于90。（2）冷卻爐壁的壓力不低于0.3mpa；冷卻出水溫度40。（3）改善供水水質(zhì)，使水中懸浮物含量低于20mgl，并采用水質(zhì)穩(wěn)定措施基本消除高爐冷卻壁及循環(huán)水設(shè)施的結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象。（4）設(shè)置事故泵站及事故水泵，確保安全供水。2.1.3 設(shè)計(jì)原則高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的510年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行，做到遠(yuǎn)近期結(jié)合，以近期為主，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能。水資源循環(huán)利用，電能

13、節(jié)約利用，降低能耗提高效率，不給環(huán)境造成不良影響。整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比高，所選控制器及其外圍穩(wěn)定可靠，出現(xiàn)故障易修復(fù)。高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須從全局出發(fā)，工藝參數(shù)、工程特點(diǎn)和高爐的實(shí)際條件，結(jié)合國(guó)情合理地確定設(shè)計(jì)方案；必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則；同時(shí)還應(yīng)符合現(xiàn)行的國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)系統(tǒng)兼容性要求冷卻水循環(huán)系統(tǒng)采用與整個(gè)鍋爐其他控制系統(tǒng)的plc采用同品牌同系列的產(chǎn)品。通訊和組態(tài)也采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，確保整個(gè)系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，擴(kuò)充改造方便。2.1.4 系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計(jì)框架由于被控對(duì)象的特性，系統(tǒng)需要對(duì)水池中液位的高度進(jìn)行檢測(cè)，防止出現(xiàn)由于液位下降導(dǎo)致水泵抽不到水。對(duì)流過空氣開關(guān)的電流進(jìn)行檢測(cè)，防止

14、出現(xiàn)大電流。對(duì)流量進(jìn)行檢測(cè)確定每個(gè)水泵都有水流過。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大電流時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，比對(duì)上位機(jī)發(fā)出信號(hào)，請(qǐng)求關(guān)閉當(dāng)前泵站，啟動(dòng)其他泵站，待上位機(jī)回復(fù)確認(rèn)信息后系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)水池的液位下降到比設(shè)定的液位低的時(shí)侯，有檢測(cè)部分向plc發(fā)信號(hào)系統(tǒng)報(bào)警，plc請(qǐng)求上位機(jī)關(guān)閉該泵站，待系統(tǒng)回復(fù)確定信息后，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。利用流量檢測(cè)來去定水泵中是否有水流過，如有流量則該泵啟動(dòng)正常，如果沒有則該泵啟動(dòng)異常，需要啟動(dòng)備用泵。上位機(jī)能隨時(shí)通過通信監(jiān)測(cè)到每個(gè)泵的運(yùn)行情況。整個(gè)工廠的控制層能獲得系統(tǒng)的所有信息，有利于工廠的統(tǒng)一管理和資源的統(tǒng)一分配利用。真?zhèn)€系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備都支持本地控制，當(dāng)系統(tǒng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)問題的是可

15、以選擇本地控制?？梢栽O(shè)定系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的不間斷供水循環(huán)。系統(tǒng)可能出現(xiàn)的的故障和指示報(bào)警以及對(duì)故障的處理辦法可以用表2-1來表示。表2-1 常見故障及處理方法可能出現(xiàn)的報(bào)警指示解決辦法上電后系統(tǒng)不工作，且無指示檢查電源泵起異常指示燈亮檢查該泵及其相關(guān)電路是否正常溫度過高指示燈亮換用其他泵站或給站水循環(huán)系統(tǒng)加冷水液位過低指示燈亮換用其他泵站或給站水循環(huán)系統(tǒng)加水電流過大報(bào)警逐個(gè)關(guān)閉水泵并換用其他泵站2.2 系統(tǒng)控制方案的確定2.2.1 方案概述根據(jù)工廠的規(guī)劃擬采用三個(gè)泵站對(duì)工廠冷卻系統(tǒng)供水，本設(shè)計(jì)只是對(duì)其中的一個(gè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的水壓和溫度要求在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以

16、實(shí)現(xiàn)。故障水泵的要求，設(shè)計(jì)本身采用的是各個(gè)泵之間的互備技術(shù)，任何情況下每個(gè)泵都有一個(gè)或兩個(gè)泵作為其他泵的備份，個(gè)泵循環(huán)作為備用泵，確保不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間不用損壞而不能起到備用的可靠性，互備技術(shù)不用一對(duì)一的給各個(gè)泵做備份，節(jié)約了成本，也減輕了控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。2.2.2 方案確定目前小型泵站的自動(dòng)化控制有兩種設(shè)計(jì)方案：一種方法是利用plc控制的恒壓變頻調(diào)速的方法進(jìn)行壓力和流量的控制，另一種方法是用plc進(jìn)行泵的開關(guān)控制來控制開關(guān)和流量。方案（1）采用模擬量的plc控制變頻調(diào)速方案采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制,完成供水壓力的恒定控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目

17、的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入變頻器運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成420ma的模擬信號(hào)，通過變頻器內(nèi)置的pid控制器，來改變電動(dòng)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力上；反之亦然。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化，及時(shí)將信

18、號(hào)（4-20ma或0-10v）反饋pid調(diào)節(jié)器，pid調(diào)節(jié)器對(duì)比設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的運(yùn)行或轉(zhuǎn)速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。該方案有如下的缺點(diǎn)：1.性價(jià)比高，該系統(tǒng)采用的變頻調(diào)速初期投資成本高，維護(hù)費(fèi)用大。2.控制系統(tǒng)復(fù)雜，不利于施工和后期維護(hù)。3.系統(tǒng)采用模擬量控制，容易受到干擾，鋼廠高爐是一個(gè)強(qiáng)電磁干擾的地方，采用模擬量傳輸信號(hào)的時(shí)候和容易受到干擾，是系統(tǒng)的可靠性大大降低。4.對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力不強(qiáng)，當(dāng)受到強(qiáng)干擾的的是緊急應(yīng)對(duì)能力弱。方案（2）采用plc控制邏輯開關(guān)量的方案眾所周知，研制開發(fā)plc的最初動(dòng)因是為了取代繼電器，構(gòu)成新型的控制開關(guān)量的裝置，因

19、此，從一開始，邏輯控制就是plc的強(qiáng)項(xiàng)。plc是以控制開關(guān)量起家的，采用循環(huán)掃描方式，為了不丟失輸入信號(hào)，要求循環(huán)掃描周期短，這就使得在plc中配置的處理器性能好，速度快。這些高性能的微處理器本身有很大的潛能，早期plc只利用速度快這一條，其他潛能并沒有得到充分得利用。后來發(fā)現(xiàn)處理好不同性質(zhì)的實(shí)時(shí)多任務(wù)的調(diào)度，在plc中加入針對(duì)慢連續(xù)量的過程控制并不困難。該方案采用開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制，通過plc對(duì)四個(gè)泵的啟停進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒壓控制。通過對(duì)檢測(cè)壓力對(duì)泵的開啟進(jìn)行控制，達(dá)到穩(wěn)定冷卻爐輸入部分壓力的穩(wěn)定。通過檢測(cè)啟動(dòng)20s后每個(gè)泵有無流量信號(hào)來判斷各個(gè)泵是否啟動(dòng)正常，通過檢測(cè)電流是

20、否過大來判斷真?zhèn)€系統(tǒng)是否正常，如果有泵啟動(dòng)異常則通過互被技術(shù)啟動(dòng)備用泵。系統(tǒng)的框圖如圖2-1所示。圖2-1 邏輯開關(guān)量控制泵站供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用該方案有如下的優(yōu)點(diǎn)：1.穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，采用開關(guān)量控制對(duì)電磁干擾的能力較強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。2.系統(tǒng)簡(jiǎn)單，初期投入少，系統(tǒng)的性價(jià)比高。3.系統(tǒng)安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，發(fā)生故障后能迅速恢復(fù)。4.通過自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)約了人力物力。本系統(tǒng)的任務(wù)是保證高爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)供水安全可靠，該系統(tǒng)對(duì)控制精度要求不高，但是對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求很高，且在高爐附近電磁干擾強(qiáng)，要求系統(tǒng)必須有較好的抗干擾能力。綜合考慮方案i和方案ii并結(jié)合高爐的實(shí)際情況決定采用

21、方案（2）。2.3 系統(tǒng)工作原理2.3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)模型本系統(tǒng)控制對(duì)象為冷卻爐的壓力，系統(tǒng)有較大的時(shí)間常數(shù)，由于高爐的特性系統(tǒng)要求控制精度不太高，針對(duì)這些特性對(duì)系統(tǒng)可以進(jìn)行如下結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的被控對(duì)象為：冷卻爐內(nèi)的水壓，系統(tǒng)的控制器為：plc，系統(tǒng)的檢測(cè)單元為：壓力檢測(cè)部分、電流檢測(cè)部分、流量檢測(cè)部分和電流檢測(cè)部分，系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為：四個(gè)泵，系統(tǒng)的控制方式為plc開關(guān)量控制，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖2-1。圖2-1 本系統(tǒng)模型圖2.3.2 系統(tǒng)組成及框圖該系統(tǒng)為開關(guān)量的邏輯控制，當(dāng)系統(tǒng)采用自動(dòng)控制策略時(shí)，首先設(shè)定壓力給定，然后啟動(dòng)三個(gè)水泵，經(jīng)過一定的時(shí)間延遲后對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè)比較然后確定啟動(dòng)泵的

22、個(gè)數(shù)，通過改變泵的個(gè)數(shù)來改變冷卻爐壁的壓力。本系統(tǒng)的被控對(duì)象為冷卻爐，冷卻爐為整個(gè)高爐的冷卻系統(tǒng)，為高爐煉鋼做保證，被控對(duì)象為冷卻爐內(nèi)的水壓。傳感器和變送器包括壓力、溫度、流量和液位傳感器、電流互感器以及部分單片機(jī)電路，傳感器和變送器在系統(tǒng)中起到檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)供控制系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況。系統(tǒng)的控制器為plc，plc是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，由plc來控制各個(gè)泵的啟停，保證給水壓的提供。系統(tǒng)的執(zhí)行器繼電器，由plc發(fā)出的信號(hào)經(jīng)繼電器后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)泵和閥。系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為泵和閥，通過泵和閥來改變壓力。系統(tǒng)的連鎖保護(hù)機(jī)構(gòu)包括報(bào)警指示燈和揚(yáng)聲器，在plc內(nèi)部程序上采用連鎖保護(hù)。系統(tǒng)由以上部分

23、組成閉環(huán)，由于系統(tǒng)本身特性，系統(tǒng)為有差系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。當(dāng)系統(tǒng)上電啟動(dòng)后首先有壓力給定，然后系統(tǒng)啟動(dòng)三個(gè)泵，五分鐘延遲后系統(tǒng)檢測(cè)壓力回饋信號(hào)，決定采用什么控制策略，再等五分鐘后系統(tǒng)根據(jù)壓力回饋決定采用該策略是否能滿足壓力要求。在每個(gè)泵啟動(dòng)的時(shí)候，過10s后檢測(cè)該泵的流量信號(hào)，如果有流量流過，則說明泵起正常，若果沒有流量信號(hào)，則關(guān)閉該泵啟動(dòng)備用泵。圖2-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3.3 系統(tǒng)主要工作流程當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先有plc對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。當(dāng)主程序開始時(shí)系統(tǒng)做初始準(zhǔn)備，系統(tǒng)首先檢測(cè)是采用集中控制還是本地控制，也就是采用手動(dòng)控制還是自動(dòng)控制，根據(jù)系統(tǒng)的控制方式來確定采用的控制方法

24、。如果采用手動(dòng)的控制方式，則系統(tǒng)等待輸入各個(gè)泵的啟動(dòng)信號(hào)，由于系統(tǒng)的特性，最多需要啟動(dòng)三個(gè)泵就能滿足水壓的要求，所以手動(dòng)操作時(shí)最多只需要啟動(dòng)三個(gè)泵，留一個(gè)作為備用。當(dāng)采用自動(dòng)控制策略的時(shí)候，系統(tǒng)首先啟動(dòng)三個(gè)泵，五分鐘后檢測(cè)冷卻爐壁處的水壓，如果此時(shí)壓力超過壓力上限，則關(guān)閉一個(gè)運(yùn)行泵，等系統(tǒng)運(yùn)行十分鐘后再進(jìn)行壓力檢測(cè)，如果壓力沒有低于壓力下限，則系統(tǒng)采用兩備兩用的控制策略，否則采用三用一備的控制策略。如果五分鐘檢測(cè)的時(shí)候壓力沒有達(dá)到上限，則采用三用一備的控制策略。采用三用一備的控制策略時(shí)，系統(tǒng)采用三用一備的工作流程倒泵，各泵之間會(huì)為備份。采用兩備兩用的控制策略時(shí)系統(tǒng)采用兩備兩用的工作流程倒泵，各

25、泵之間會(huì)為備份。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件總體組成3.1.1 系統(tǒng)硬件組成根據(jù)系統(tǒng)的總體規(guī)劃化和要求，系統(tǒng)的硬件部分主要包括兩部分：機(jī)械流體部分以及電氣部分，電氣部分又包括控制檢測(cè)控制部分和供電部分。對(duì)這兩部分的設(shè)計(jì)要相互結(jié)合，也要和系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時(shí)要相互結(jié)合，這樣系統(tǒng)才設(shè)計(jì)出最佳的配置。系統(tǒng)的機(jī)械流體部分包括泵，閥，和管道；系統(tǒng)的電氣部分包括plc、單片機(jī)、傳感器、變送檢測(cè)電路、保護(hù)電路和電源電路。系統(tǒng)的硬件之間之間相互配合工作，電氣部分為系統(tǒng)提供控制信息和電能，流體機(jī)械部分將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并將將機(jī)械能傳遞給水，以壓力的形式表現(xiàn)出來，機(jī)械流體部分又受到電氣信息部分的控制，使系統(tǒng)資源

26、配置在最佳狀態(tài)，對(duì)于系統(tǒng)的硬件在設(shè)計(jì)上要求可靠性高，性價(jià)比合理。系統(tǒng)的硬件之間的關(guān)系可以用圖3-1表示。圖3-1 系統(tǒng)硬件組合圖3.1.2 系統(tǒng)機(jī)械流體部分組成系統(tǒng)機(jī)械流體部分主要包括泵、管道和閥門等設(shè)備，系統(tǒng)的管道直徑和閥的選擇有機(jī)械設(shè)計(jì)人員完成，本設(shè)計(jì)只對(duì)泵的流量和揚(yáng)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，便于將來做電流檢測(cè)報(bào)警時(shí)電流的計(jì)算和其他設(shè)備的選型。3.1.3 系統(tǒng)電氣部分組成系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)主要包括控制部分、檢測(cè)部分和通訊部分三個(gè)部分，控制部分主要是plc的i/o口的分配，檢測(cè)部分主要是單片機(jī)的外圍電路的選擇，通訊部分主要是完成信號(hào)轉(zhuǎn)換。根據(jù)滄州縱橫1#高爐項(xiàng)目整個(gè)工程要求要求，plc應(yīng)采用三菱公司的產(chǎn)

27、品，便于系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。3.2 泵的選型和設(shè)計(jì)3.2.1 系統(tǒng)要求系統(tǒng)要求冷卻爐壁的壓力不低于0.3mpa，高爐的高度為14m，循環(huán)水量為60100m3/h，系統(tǒng)采用四個(gè)水泵供水，至少有一個(gè)泵處于備份狀態(tài)。經(jīng)查相關(guān)資料可知：冷卻爐阻力約為30kpa；目前設(shè)計(jì)中冷水管路的比摩組宜控制在150200pa/m范圍內(nèi)，管道的總長(zhǎng)度在30m左右，則管路阻力約為6kpa；閥的阻力約為4kpa；水泵揚(yáng)程應(yīng)取10%的安全系數(shù)。由以上可知系統(tǒng)應(yīng)能提供的壓力為：0.3mpa+30kpa+6kpa+4kpa=340kpa。390kpa壓力可以換算為33m水柱高度，加上高爐高度，則系統(tǒng)的揚(yáng)程最少應(yīng)為47m，考慮到系統(tǒng)的安

28、全性對(duì)揚(yáng)程留10%的冗余，則每個(gè)泵最終的揚(yáng)程應(yīng)為52m。根據(jù)系統(tǒng)要求，主管道的流量有三個(gè)泵共同承擔(dān)，則每個(gè)泵承擔(dān)的流量不超過37m3/h，從安全性上考慮，流量應(yīng)留有20%的冗余，則每個(gè)泵的流量應(yīng)為40m3/h。3.2.2 擬選用的元件根據(jù)系統(tǒng)的要求每個(gè)泵的流量為40m3/h，揚(yáng)程為52m，系統(tǒng)為高爐供水，根據(jù)這些特張系統(tǒng)應(yīng)該dl型多級(jí)泵。這種泵占地省，在流量一定時(shí)，有多種揚(yáng)程可供選擇，適用于冷熱清潔水或類似于水的液體的輸送，循環(huán)，增壓。主要應(yīng)用于市政供水及增壓、工廠供水、高層及住宅群的供水、空調(diào)采暖系統(tǒng)的冷凍.冷卻循環(huán)供水、消防噴淋系統(tǒng)的供水尤其適合高層建筑分區(qū)消防供水、鍋爐給水及冷凝系統(tǒng)。根

29、據(jù)揚(yáng)程和流量要求，泵擬選用上海凱泉泵業(yè)有限公司的kqdl80-17.53型。該泵的主要參數(shù)如下：流量：42.065.0立方米/時(shí)揚(yáng)程：55.549.5米功率：15千瓦備注：轉(zhuǎn)速1480，效率7071%，必需氣蝕余量2.12.8米，尺寸(毫米)h=1421，h2=302，h3=107+90(n-1)，h4=136，h5=45，a=405，b=480，c=280，螺栓428，重量496kg，進(jìn)出口直徑dn80。對(duì)于閥和管道的選擇，結(jié)合已選擇的泵和機(jī)械設(shè)計(jì)人員共同完成。3.3 plc控制部分的的設(shè)計(jì)3.3.1 plc的i/o需求和分配系統(tǒng)的plc采用三菱公司的fx2n系列的產(chǎn)品，系統(tǒng)的輸入對(duì)象主要有

30、按鈕和傳感器，系統(tǒng)的輸出對(duì)象主要是泵的啟動(dòng)和關(guān)閉信號(hào)和報(bào)警顯示。為了減少按鈕的個(gè)數(shù)。減少了系統(tǒng)的硬件成本。為了表明當(dāng)前泵站各泵的工作情況，系統(tǒng)對(duì)各個(gè)泵輸出啟動(dòng)信號(hào)的同時(shí)也輸出工作指示燈。系統(tǒng)的輸出i/o分配情況如表3-1所示。sb為按鈕，sq為流量回饋信號(hào)，sp為壓力回饋信號(hào)，st為水溫回饋信號(hào)，ta為電流回饋信號(hào)，sl為水池液位回饋信號(hào)。系統(tǒng)的輸入點(diǎn)共用15個(gè)i/o口。表3-1 plc輸入端口分配表輸入類型實(shí)現(xiàn)功能i/o分配sb0系統(tǒng)的單按鈕啟停x0sb1集中控制、本地控制切換x1sb2 sb5本地控制時(shí)四個(gè)泵的啟動(dòng)信號(hào)x2x5sq0sq3四個(gè)泵起正常的回饋信號(hào)x6x11sp0sp1壓力過大

31、、過小回饋信號(hào)x12x13st水溫過高報(bào)警x14ta電流過大報(bào)警x15sl水池液位過低報(bào)警x16系統(tǒng)的輸出i/o分配表如表3-2所示。km為泵，yv為閥，hl為指示燈，sp為報(bào)警蜂鳴器。系統(tǒng)輸出點(diǎn)共用13各i/o口。表3-2 plc輸出端口分配表輸出類型實(shí)現(xiàn)功能i/o分配km0km3驅(qū)動(dòng)四個(gè)泵啟動(dòng)y0y3hl0hl3四個(gè)泵的工作指示燈y0y3yv0=yv3四個(gè)閥的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)y4y7sp0報(bào)警蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)y10hl4泵起異常報(bào)警y11hl5溫度過高報(bào)警y12hl6電流過大報(bào)警y13hl7水池液位過低y14plc共用到輸入i/o口15個(gè)，輸出i/o口13。分配圖如圖3-2所示。plc的輸入有按

32、鈕、和傳感器經(jīng)變送后的輸入。泵為電機(jī)類感性負(fù)載，所以plc的輸出采用繼電器輸出，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載的時(shí)候，plc為了自身的保護(hù)要加續(xù)流二極管。由于泵的電流比較大，要采用帶有浪涌吸收的中間繼電器，這樣plc的輸出電流只有幾十毫安，plc輸出點(diǎn)的壽命會(huì)大大增加。對(duì)于燈類負(fù)載，一般可以采取限流或者分流措施來保護(hù)觸點(diǎn)。plc的的輸出回路中沒有內(nèi)置熔斷器保護(hù)電路，但負(fù)載短路時(shí)輸出繼電器及印絲電路板均有燒毀的危險(xiǎn)，所以輸出端上必須接輸出熔斷器fu，在圖3-2中有指示。3.3.2 plc的選型和主要技術(shù)指標(biāo)plc共用到輸入i/o口15個(gè)，輸出i/o口13，plc的輸出采用繼電器輸出，所以選擇三菱公司的的fx2n3

33、2mr，本課題中fx2n32mr為基本單元，帶有32個(gè)i/o點(diǎn)(16入、16出)，m表示主機(jī)、r表示該單元為繼電器輸出型。本系統(tǒng)采用fx2n32mr的plc，該plc共有輸入輸出i/o點(diǎn)各16個(gè)，其中用到輸入15各，輸出13個(gè)，共留有12.5%的冗余，以供以后擴(kuò)展需要。圖3-2 plc的i/o分配圖fx2n系列plc的基本單元與擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊可以構(gòu)成256點(diǎn)的plc系統(tǒng).利用擴(kuò)展模塊。fx2n系列plc的plc的基本形狀如圖3-3所示，fx2n32mr的主要技術(shù)指標(biāo)分別如表3-3、表3-4、表3-5所示，這些指標(biāo)都滿足系統(tǒng)的要求。采用該型號(hào)的plc在實(shí)際工程中是合適可行的，采用邏輯開關(guān)量控

34、制，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能滿足工廠惡略環(huán)境的要求，并且采用fx2n32mr的plc整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比較高。圖3-3 fx2n系列plc實(shí)物圖表3-3 fx2n32mr的一般技術(shù)指標(biāo)環(huán)境溫度055度（使用時(shí)），20+70度（儲(chǔ)存時(shí)）環(huán)境溫度35%85%rh（不結(jié)露）（使用時(shí)）抗振jisco911標(biāo)準(zhǔn)，1055hz 0.5mm（最大2g）抗沖擊jisco912標(biāo)準(zhǔn)，10g3軸方向各3次抗噪聲干擾脈沖寬度為1us，頻率為30100hz的噪聲耐壓ac1500v1min絕緣電阻5m歐以上（dc500v兆歐表）接地第三種接地，不能接地時(shí)也可浮空使用環(huán)境無腐蝕性氣體，無塵埃表3-4 fx2n32mr的輸入

35、技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目ac輸入輸入信號(hào)電壓輸入信號(hào)電流ac100120v10% 50/60hz6.2ma/ac110v 60hz輸入on電流3.8ma以上輸入off電流1.7ma以下輸入響應(yīng)時(shí)間約30ms不可高速輸入輸入信號(hào)形式無電壓接點(diǎn)或npn集電極開路輸出晶體管電路隔離電路隔離 光耦合隔離輸入動(dòng)作顯示輸入on時(shí)led燈亮表3-5 fx2n32mr的基本單元型號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展可用點(diǎn)數(shù)fx2n32mr16點(diǎn)16點(diǎn)48點(diǎn)64點(diǎn)3.4 轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)3.4.1 轉(zhuǎn)換部分方案的確定轉(zhuǎn)換部分有兩種方案可以選擇，可以采用三菱fx-2n系列plc的模擬量輸入模塊fx2n-4ad，也可以采用單片機(jī)和適當(dāng)?shù)耐鈬娐?/p>

36、進(jìn)行設(shè)計(jì)。下面對(duì)兩種方案進(jìn)行比較：方案（1）采用輸入模塊fx2n-4adfx2n-4ad是模擬量輸入模塊，有四個(gè)輸入通道，分別為ch1、ch2、ch3、ch4。每一個(gè)通道都可以進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，即將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，其分辨率為12位。輸入模擬電壓值范圍從直流10v10v，分辨率為5mv。若為電流輸入，則電力輸入為420ma或20ma20ma。該模塊共有32個(gè)緩沖寄存器（bfm）,用來與主機(jī)fx2n主單元plc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器的位數(shù)為16位。fx2n-4ad占用擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)，這8個(gè)點(diǎn)可以為輸入或或輸出點(diǎn)。fx2n-4ad消耗plc主單元5v電源槽30ma的電流。fx2n-

37、4ad與plc主機(jī)連接通過擴(kuò)展電纜，而四個(gè)通道的外部鏈接則需要根據(jù)外界輸入電壓或電流的情況不同而不同。外部模擬輸入通道通過雙絞屏蔽電纜輸入到各個(gè)輸入通道，當(dāng)電壓輸入時(shí)要加個(gè)平滑電容濾波，由于系統(tǒng)采用的是420ma電流輸入，所以只需要采用電流輸入，為了防止干擾應(yīng)將fg和fx2n-4ad的接地端相連。采用該方案系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單，組成系統(tǒng)方便，系統(tǒng)安全可靠。但是采用該模塊性價(jià)比比較高，且系統(tǒng)受到距離的限制，a/d轉(zhuǎn)換部分不能距離plc很遠(yuǎn)，否則系統(tǒng)可靠性將大為降低。組成的系統(tǒng)不僅不簡(jiǎn)單，反而變的復(fù)雜了，且模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸容易受到干擾。方案（2）采用單片機(jī)單片機(jī)擬采用pic18f248（或pic18f2

38、480），要用到的模塊有a/d模塊、spi和usart模塊。用的功能有a/d轉(zhuǎn)換、七段顯示、rs232通信、報(bào)警輸出。本系統(tǒng)的檢測(cè)部分涉及到電流、壓力、流量、溫度和液位，其中電流采用電流互感器檢測(cè)，壓力和溫度采用單片機(jī)控制控制傳感器檢測(cè)，檢測(cè)每個(gè)泵的流量只是為確定每個(gè)泵啟動(dòng)十秒后有沒有水流過，所以流量和液位采用傳感器加簡(jiǎn)單硬件電路就可以實(shí)現(xiàn)。溫度和壓力的檢測(cè)需要用到a/d轉(zhuǎn)換溫度和壓力檢測(cè)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖分別如圖3-4和圖3-5所示。圖3-4 溫度檢測(cè)部分單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖采用單片機(jī)作為轉(zhuǎn)換部分，分散整個(gè)控制系統(tǒng)的控制功能，可以減少整個(gè)系統(tǒng)中用到的plc的i/o點(diǎn)的個(gè)數(shù)，降低整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比，且采用

39、單片機(jī)作為轉(zhuǎn)換部分硬件本身就比采用fx2n-4ad高。pic18f2480是一個(gè)集成了很多模塊的單片機(jī)，功能相當(dāng)強(qiáng)大，且運(yùn)行可靠。采用單片機(jī)作為轉(zhuǎn)換部分的時(shí)不受距離的限制，可以在信號(hào)檢測(cè)變送后直接轉(zhuǎn)換。由于本系統(tǒng)是高路系統(tǒng)的泵站設(shè)計(jì)，檢測(cè)量溫度和壓力只能在高爐的瀘定檢測(cè)，距離控制器比較遠(yuǎn)，所以本系統(tǒng)采用單片機(jī)a/d轉(zhuǎn)換，即系統(tǒng)采用方案（2），這樣既解決了距離問題又提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。圖3-5 壓力檢測(cè)部分單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.4.2 單片機(jī)pic18f2480簡(jiǎn)介pic18f2480單片機(jī)是微芯公司的16位risc指令集的高級(jí)產(chǎn)品，它內(nèi)部含有a/d，內(nèi)部eeprom存儲(chǔ)器、比較輸入、捕捉輸入、

40、pwm輸出、ic和spi接口、can接口、異步串行通信（usart）接口等強(qiáng)大的功能模塊，共有28引腳。該單片機(jī)具有很好的應(yīng)用前景。圖3-6是pic18f2480的引腳圖。下面對(duì)本系統(tǒng)中用到該單片機(jī)的功能模塊進(jìn)行介紹。圖3-6 pic18f2480引腳圖pic18f2480具有多個(gè)中斷源及一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)功能，該功能可以給每個(gè)中斷源分配高優(yōu)先級(jí)或者低優(yōu)先級(jí)。有13個(gè)寄存器用于控制中斷操作。這些寄存器是：rcon、intcon、intcon2、intcon3、pir1、 pir2、pir3、pie1、pie2、pie3、ipr1、ipr2、ipr3。ide提供的microchip頭文件命名，建議使

41、用mplab通過將ipen位（rcon）置1，可使能中斷優(yōu)先級(jí)功能。當(dāng)使能中斷優(yōu)先級(jí)時(shí)，有2個(gè)全局中斷使能位。將gieh位（intcon）置1，可使能所有優(yōu)先級(jí)位已置1（高優(yōu)先級(jí)）的中斷。將giel位（intcon）置1，可使能所有優(yōu)先級(jí)位已清零（低優(yōu)先級(jí)）的中斷。當(dāng)中斷標(biāo)志位、使能位及相應(yīng)的全局中斷使能位均被置1時(shí)，中斷將根據(jù)設(shè)置的中斷優(yōu)先級(jí)立即跳轉(zhuǎn)到地址0008h或0018h。也可以通過設(shè)置相應(yīng)的使能位來禁止單個(gè)中斷。一般來說，當(dāng)相應(yīng)的外設(shè)被使能時(shí)，其對(duì)應(yīng)的引腳就不能被用作通用 i/o引腳。圖3-7給出了通用 i/o端口的簡(jiǎn)化模型，它沒有到其他外設(shè)的接口。圖3-7 通用i/o端口的工作原理

42、timer0模塊具有以下特征：可通過軟件選擇，作為8位或16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、可讀寫寄存器、專用的8位軟件可編程預(yù)分頻器、可選的時(shí)鐘源（內(nèi)部或外部）、外部時(shí)鐘的邊沿選擇、溢出時(shí)中斷。t0con寄存器控制該模塊的工作方式，包括預(yù)分頻比值的選擇。該寄存器是可讀寫的。timer0既可用作定時(shí)器亦可用作計(jì)數(shù)器。將t0cs位（t0con）清零即可選擇定時(shí)器模式。在定時(shí)器模式下（t0cs=0），timer0模塊在每個(gè)時(shí)鐘周期計(jì)時(shí)都會(huì)遞增（默認(rèn)情況下），除非選擇了其他預(yù)分頻比值。如果寫入tmr0寄存器，那么在隨后的兩個(gè)指令周期內(nèi)，計(jì)時(shí)都不再遞增。用戶可通過將校正值寫入tmr0寄存器來解決上述問題。通過將t0

43、cs位置1選擇計(jì)數(shù)器模式。在計(jì)數(shù)器模式下，timer0可在ra4/t0cki引腳上電平的每個(gè)上升沿或下降沿遞增。觸發(fā)遞增的邊沿由timer0時(shí)鐘源邊沿選擇位t0se（t0con）決定。清零此位即選擇上升沿。下面討論外部時(shí)鐘輸入的限制條件。可以使用外部時(shí)鐘源來驅(qū)動(dòng)timer0。但是，必須確保外部時(shí)鐘和內(nèi)部時(shí)鐘相位（tosc）同步。在同步之后，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器仍需要一定的延時(shí)才會(huì)引發(fā)遞增操作。主控同步串口（master synchronous serial port，mssp）模塊是用于同其他外設(shè)或單片機(jī)器件進(jìn)行通信的串行接口。這些外設(shè)器件可以是串行eeprom、移位寄存器、顯示驅(qū)動(dòng)器和a/d轉(zhuǎn)換器

44、等等。mssp模塊有一種工作模式是串行外設(shè)接口（spi）。spi模式允許同時(shí)同步發(fā)送和接收8位數(shù)據(jù)。器件支持spi的所有四種模式。通常使用以下三個(gè)引腳來實(shí)現(xiàn)通信：串行數(shù)據(jù)輸出（serial data out，sdo）rc5、串行數(shù)據(jù)輸入（serial data in，sdi）rc4、串行時(shí)鐘（serial clock，sck）rc3。pic18f2480器件有三個(gè)串i/o模塊：mssp模塊，另外還有兩個(gè)通用同步/異步收發(fā)器（universal synchronous asynchronous receiver transmitter，usart）模塊。通常，也將usart稱為串行通信接口或sc

45、i。usart可以被配置為能與crt終端和個(gè)人計(jì)算機(jī)等外設(shè)通信的全雙工異步系統(tǒng)；也可以被配置成能夠與a/d或d/a集成電路、串行eeprom等外設(shè)通信的半雙工同步系統(tǒng)。usart模塊在這些器件中有著兩種完全不同的實(shí)現(xiàn)方式：增強(qiáng)型usart（eusart），可尋址usart。可將eusart配置為以下幾種工作模式：帶有以下功能的全雙工異步模式、半雙工同步主控模式（時(shí)鐘極性可選）、半雙工同步從動(dòng)模式（時(shí)鐘極性可選）。pic18f2480器件的模數(shù)（analog-to-digital，a/d）轉(zhuǎn)換器模塊有12路輸入。此模塊能將一個(gè)模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的10位數(shù)字信號(hào)。此模塊有五個(gè)寄存器：a/d轉(zhuǎn)換

46、結(jié)果高位寄存器（adresh）、a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果低位寄存器（adresl）、a/d轉(zhuǎn)換控制寄存器0（adcon0）a/d轉(zhuǎn)換控制寄存器1（adcon1）、a/d轉(zhuǎn)換控制寄存器2（adcon2）。adcon0寄存器控制a/d模塊的工作，adcon1寄存器配置端口引腳功能，adcon2寄存器配置a/d時(shí)鐘源、可編程采樣時(shí)間和輸出結(jié)果的對(duì)齊方式。3.4.3 單片機(jī)pic18f2480電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的單片機(jī)為pic18f2480，結(jié)合系統(tǒng)的要求單片機(jī)配合溫度和壓力傳感器設(shè)計(jì)兩個(gè)檢測(cè)報(bào)警部分。圖3-8是pic18f2480的開發(fā)板，可以作為單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試用。圖3-10給出了單片機(jī)測(cè)量溫度系統(tǒng)的原理圖

47、。壓力的檢測(cè)和溫度類似，不做敘述。對(duì)于溫度傳感器，由于其輸出為420ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，所以必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大后才能為05v的信號(hào)，作為單片機(jī)a/d轉(zhuǎn)換的輸入。采用op-07構(gòu)成運(yùn)放形式的差動(dòng)放大器，如圖3-9所示。由于放大器的輸入端in（+）和in（-）分別是2個(gè)運(yùn)算放大器a1，a2的同相輸入端，因此輸入阻抗很高。由于電路采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而且壓力傳感器信號(hào)直接加到測(cè)量放大器的輸入端，因而保證了較強(qiáng)的抑制共模信號(hào)能力。為保證電路具有較強(qiáng)的共模抑制能力，一般選擇r1，r2=r2及r3=r3，通過調(diào)節(jié)rg調(diào)整電路的放大倍數(shù)。圖3-8 pic18f2480開發(fā)板原理圖圖3-9 op-07構(gòu)成運(yùn)放形式的差動(dòng)

48、放大器由于該單片機(jī)的發(fā)出的信號(hào)是給plc的輸入，所以plc與單片機(jī)之間必須有信號(hào)隔離。隔離是指使用變壓器，光或電容耦合等方法在被測(cè)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免直接的電流或電壓的物理連接的一種手段。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的設(shè)備可能會(huì)有高壓瞬變現(xiàn)象，足以損壞計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集板，將傳感器信號(hào)與計(jì)算機(jī)隔離開，使系統(tǒng)安全得到了保證。隔離的另一個(gè)理由是，保證時(shí)間采集各個(gè)環(huán)節(jié)間不受低電位或共態(tài)電壓的影響，從而影響測(cè)試精度。這是因?yàn)椴杉盘?hào)時(shí)，都需要以“地”為基準(zhǔn)，如果在兩“地”之間存在電位差，就可能導(dǎo)致地環(huán)路（ground loop）的產(chǎn)生，從而造成所采集的信號(hào)再現(xiàn)不準(zhǔn)確；如果這一電位差太大，則可能危機(jī)到測(cè)

49、量系統(tǒng)的安全。利用隔離的信號(hào)調(diào)理模塊可以消除地環(huán)路，并保證準(zhǔn)確的采集信號(hào)。模擬信號(hào)隔離比數(shù)字信號(hào)隔離難度要大的多，而且成本也比較高。目前比較常用的是，采用線性光藕或2個(gè)特性幾乎完全接近的普通光藕用特殊的電路實(shí)現(xiàn)；另外，直接采用具有隔離作用的儀表放大器也是方法之一。單片機(jī)與plc之間的隔離采用光耦隔離。圖3-10 溫度檢測(cè)控制單片機(jī)系統(tǒng)原理圖3.5 檢測(cè)部分設(shè)計(jì)3.5.1 鉑熱敏電阻pt-1000sty系列一體化溫度變送器由測(cè)溫探頭、溫度轉(zhuǎn)換模塊、保護(hù)外殼三部分組成。測(cè)溫探頭采用高阻型pt1000鉑電阻，通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換模塊的穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、v/i轉(zhuǎn)換、恒流及電源反接保護(hù)等電路處理。

50、擬采用styb系列l(wèi)型熱敏電阻作為溫度傳感器，其外形和實(shí)物如圖3-11所示。主要特性：測(cè)溫探頭采用高阻型pt1000鉑電阻，精度高，穩(wěn)定性好；溫度轉(zhuǎn)換模塊采用環(huán)氧樹脂澆注工藝，防震、防潮；集傳感變送于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，功耗低；電流輸出型適合長(zhǎng)距離傳送，抗電磁干擾能力強(qiáng)能保證在高爐強(qiáng)電磁干擾下穩(wěn)定工作，適于現(xiàn)代電磁污染嚴(yán)重的環(huán)境使用；整體密封性能良好，外殼防護(hù)等級(jí)ip65；溫度量程和外形尺寸可以按戶要求訂貨；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，過程連接接口靈活方便，體積小，重量輕，安裝位置任意；殼體保護(hù)材料多樣化，適應(yīng)多種介質(zhì)測(cè)量。技術(shù)指標(biāo)：溫度測(cè)量范圍-200600攝氏度；輸出信號(hào)420毫安；負(fù)載電阻5

51、00歐；供電電源直流24伏；功耗1瓦；誤差為0.1%；長(zhǎng)期穩(wěn)定性優(yōu)于0.2%/年；溫度系數(shù)0.05%/攝氏度；供電電壓變化附加誤差0.005%/伏。圖3-11-a styb系列l(wèi)型外形圖 圖3-11-b styb系列l(wèi)型實(shí)物圖3.5.2 jls40壓力傳感器jls40系列通用型工業(yè)壓力傳感器，是采用硅應(yīng)變及微融技術(shù)再加上精密的數(shù)字放大電路制作而成。壓力接口和外殼均為不銹鋼，具有很好的抗腐蝕性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器在070溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了精密補(bǔ)償，保證了傳感器的技術(shù)指標(biāo)。傳感器的壓力接口除通用的1/4npt, g1/4, m201.5螺紋外，還可按用戶要求進(jìn)行生產(chǎn)?？蛇x擇各類放大輸出，廣泛應(yīng)用于工

52、業(yè)過程控制系統(tǒng)、航空、航天、液壓系統(tǒng)、汽車、制冷、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。產(chǎn)品特點(diǎn)：測(cè)量范圍：0350kpa70mpa；17-4或316l不銹鋼隔離膜片，全不銹鋼結(jié)構(gòu)；壓力接口內(nèi)無o型圈,無焊縫,無硅油,無泄漏隱患；高可靠性；外形結(jié)構(gòu)多樣化。jls40實(shí)物圖如圖3-10所示。3.5.3 ad靶式流量開關(guān)根據(jù)系統(tǒng)要求，要對(duì)四個(gè)泵啟動(dòng)后10s后有無流量進(jìn)行回饋，要實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的這種回饋檢測(cè)可采用流量開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)控制。當(dāng)有被測(cè)流體流過，推動(dòng)可動(dòng)磁性圓盤，圓盤位移，提供信號(hào)，完成報(bào)警、顯示或輸出功能?？烧{(diào)彈簧裝置可按照需要設(shè)定開關(guān)點(diǎn)。由于系統(tǒng)中液體是從下向上流的所以可采用西班牙泰福公司的ad靶式流量開關(guān)ad-1

53、5/bd。該傳感器的主要技術(shù)參數(shù)和要注意的事項(xiàng)如下。注意事項(xiàng)：按照箭頭指示方向正確安裝；請(qǐng)注意開關(guān)負(fù)載，負(fù)載大時(shí)請(qǐng)使用繼電器，建議安裝保險(xiǎn)絲以保護(hù)開關(guān)，直流電源供電建議使用二極管，交流電源供電建議使用rc元件，電氣連接時(shí)請(qǐng)勿忘記安裝橡膠密封圈。性能：精度：5%；測(cè)量范圍：10：1.6；工作溫度：連續(xù)工作100最高：120；環(huán)境溫度：-5+70；聚酰胺外殼，ip65；顯示單元：指針刻度顯示，鋁外殼塑料顯示窗；輸出單元：霍爾傳感器4-20ma兩線制，該流量開關(guān)的實(shí)物圖如圖3-11所示。當(dāng)流量達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，流量開關(guān)輸出一個(gè)穩(wěn)定的電流值，系統(tǒng)采用流量開關(guān)來檢測(cè)泵中有沒有水流過。該電流放大后經(jīng)光耦可

54、作為plc的輸入。其電路設(shè)計(jì)同i中的設(shè)計(jì)。 圖3-12 jls40實(shí)物圖 圖3-13 ad-15/bd實(shí)物圖3.5.3 三達(dá)德kh32型電流互感器系統(tǒng)共帶泵四個(gè)，任何時(shí)刻工作的的泵不超過三個(gè)，每個(gè)泵定額15kw，采用交流380v供電，則流過每個(gè)泵的電流大約為40a，三個(gè)泵共流過120a，留有1.6倍的冗余，則流過系統(tǒng)的電流不會(huì)超過200a。電流檢測(cè)的任務(wù)就是當(dāng)流過空開的電流超過200a時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的保護(hù)性能，要對(duì)系統(tǒng)的電流進(jìn)行檢測(cè)，電力檢測(cè)采用哈爾濱三達(dá)德公司生產(chǎn)的kh32型電流互感器。kh32的外觀如圖3-12所示。圖3-12-a kh32實(shí)物圖 圖3-12-b kh32尺寸圖

55、電流檢測(cè)部分的作用為電流過大的時(shí)報(bào)警，流過互感器的電流可能出現(xiàn)大電流，以電流互感器的輸出，作為plc的輸入可能會(huì)損壞plc，中間必須加光耦和變送環(huán)節(jié)。利用放大電路將0200na的電流放大，電流放大后接光耦，光耦的輸出可作為plc的輸入。放大電路可采用圖3-9所示的放大電路。電力互感器與市電380v的安裝示意圖如圖3-13。圖3-13 電流互感器安裝位置3.6 抗干擾處理、保護(hù)設(shè)計(jì)3.6.1系統(tǒng)避雷措施冶金高爐建在城市郊外，廠區(qū)內(nèi)存在大量的高大建筑，如滄州1#高爐高達(dá)20米，煉鋼和也剛等鋼結(jié)構(gòu)的廠房和大量的煙囪等，這些“突出”的條件是雷電經(jīng)常光顧的地方，近年來鋼鐵企業(yè)因過壓造成的停產(chǎn)事故時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)帶來了極大的損失。雷電的主要特點(diǎn)是沖擊電流大，持續(xù)時(shí)間短，雷電電流變化梯度大，沖擊電壓高。雷電的危害途徑主要通過直擊、感應(yīng)和傳到等。針對(duì)高爐的具