全套設(shè)計(jì)CAD圖紙加194535455-PAGE10--PAGEIV-36KW常壓電熱水鍋爐系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)摘要由于人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展迅速，人們生活水平的不斷提高，對城市生活供暖的數(shù)量和質(zhì)量提出的要求越來越高。由于傳統(tǒng)的控制方式調(diào)節(jié)精度差，自動(dòng)化程度低，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，鍋爐運(yùn)行耗能大，并且存在安全隱患等缺點(diǎn)，所以現(xiàn)代鍋爐運(yùn)行方式需要改進(jìn)。本次設(shè)計(jì)以電熱水鍋爐硬件設(shè)計(jì)為核心，通過外圍硬電器設(shè)備的連接實(shí)現(xiàn)電熱水鍋爐的控制要求及鍋爐供回水溫度、水位等信號，并且通過控制器的輔助控制運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對中小型鍋爐運(yùn)行的自動(dòng)控制。本次設(shè)計(jì)的電熱水鍋爐有占地面積小，組裝維修方便，功能較齊全等優(yōu)點(diǎn)。而且有很高的性價(jià)比，有很廣的使用前景。同時(shí)在本次設(shè)計(jì)中加入了控制器的使用，通過控制器對水位信號和溫度信號的監(jiān)測達(dá)到自動(dòng)控制的目的。而且在設(shè)計(jì)中根據(jù)需要達(dá)到的效果對電路需要的硬電器進(jìn)行選型，并通過電路設(shè)計(jì)以及連接使其完成常壓電熱水鍋爐的控制要求。同時(shí)為了降低設(shè)計(jì)和使用成本以及傳遞效率和熱力損失等問題的考慮，本次設(shè)計(jì)的鍋爐以水為傳導(dǎo)媒介，這樣也達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)初衷。關(guān)鍵詞控制器；節(jié)能環(huán)保；硬電器36kwAtmosphericPressureintheBoilerControlSystemDesignAbstractDuetotherapiddevelopmentofhumansocialandeconomiclevel,people'slivingstandardscontinuetoimprove,theurbanheatingquantityandqualityrequestishigherandhigher.Duetothetraditionalwayofcontrolaccuracyispoor,lowdegreeofautomation,thesystemstabilityispoor,boileroperationenergyconsumption,poseasafetyhazardandotherfaults,sothemodernboileroperationmodeneedstobeimproved.Thisdesigninboilerhardwaredesignasthecore,throughtheperipheralhardwareelectricalequipmentconnectedtorealizethecontrolrequestinboilerandboilerforthereturnwatertemperature,waterlevel,suchassignal,andtheauxiliarycontroloperationbythecontroller,torealizetheautomaticcontrolofthemiddleandsmallboiler.Thedesignintheboilerhassmallvolume,convenientinstallation,theadvantagesofcompletefunction,andhasahighcostperformance,wideapplicationprospect,helpfindpossiblefaultatthesametime,throughthecontrollertorealizeautomaticwatersupplysystemofcontrolandadjustment,willguaranteenormalgasboilerheating,stablesystem,guaranteethesafeandeconomicoperation,hashighpracticalvalueandsuperiority.Atthesametimethissystembyhotwaterforsinglephasemedium,greatlyreducethedesigncost,andimprovetheuseefficiencytoreducetheheatloss.KeywordsController,energyconservationandenvironmentalprotection,hardelectronics目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract II TOC\o"1-3"\h\u10731第1章緒論 176081.1課題研究的背景及內(nèi)容 1179691.2電熱水鍋爐國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 1246681.3電熱水鍋爐特點(diǎn) 2147281.4電熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)實(shí)例 4203921.5本章小結(jié) 57754第2章電熱水鍋爐系統(tǒng)方案 6239502.1電熱水鍋爐總體設(shè)計(jì)規(guī)劃 6173312.2電熱管組布置 6299902.3對流換熱面布置 715662.4控制系統(tǒng)與系統(tǒng)接線布置方案 8124012.5本章小結(jié) 1029237第3章電熱水鍋爐硬件的選擇 1185443.1斷路器的選擇 11211013.1.13VU13斷路器 11286223.1.23VU13斷路器額定短路分?jǐn)嗄芰?133863.1.33VU13斷路器的特性 13236963.1.43VU13電路圖及可接輔助電器 15291463.2交流接觸器的選擇 16311793.3過載繼電器的選擇 1863903.4控制器的選擇 20110543.5本章小結(jié) 2110064第4章硬件電器電路的連接與控制方式 22216954.1主電路回路連接 22308154.2控制電路回路連接 2354754.2.1加熱器的控制連接與控制方式 23173104.2.2水泵的控制連接與控制方式 2446774.3控制器的連接方式 2478684.4控制面板的布置與開孔設(shè)計(jì) 25170904.5本章小結(jié) 278804結(jié)論 2826768致謝 2920036參考文獻(xiàn) 3032307附錄一 3128211附錄二 3230206附錄三 33PAGE41PAGE41緒論課題研究的背景及內(nèi)容通過對我國的實(shí)際國情以及環(huán)境保護(hù)上的要求和發(fā)展考慮，燃料燃燒型鍋爐由于熱轉(zhuǎn)換效率不高并且對環(huán)境有很大的污染，已經(jīng)漸漸被新型鍋爐替代鍋爐也存在安全隱患和燃料供應(yīng)上的一些問在學(xué)校、住宅區(qū)、醫(yī)院等這些人口十分密集的區(qū)域。與以煤油、天然氣為燃料的燃燒型鍋爐相比，常壓電熱水鍋爐不僅在環(huán)境要求方面表現(xiàn)出眾，在效率問題上也有不俗的表現(xiàn)，而且也有更多更大的發(fā)展空間。本次設(shè)計(jì)主要研究常壓電熱水鍋爐的系統(tǒng)硬件控制，在鍋爐本體設(shè)計(jì)中有出回水溫溫度、爐內(nèi)水溫、出入水口流量、電熱管功率等許多技術(shù)參數(shù)，由于本次設(shè)計(jì)想要達(dá)到自動(dòng)控制水溫以及進(jìn)出水的控制要求，所以加入可編程控制器的使用，使其成為鍋爐溫度、水位控制電路中的主要環(huán)節(jié)。而且在控制器的使用中通過程序運(yùn)算、繪制梯形圖的可編程方式，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度和水位的自動(dòng)控制。使得鍋爐溫度和水位控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使控制系統(tǒng)更加準(zhǔn)確。達(dá)到鍋爐運(yùn)行狀況自動(dòng)檢測的要求，有效的提高鍋爐的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)型。電熱水鍋爐國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀目前，世界上很多國家都正在通過很多方案來解決節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)的問題。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一。在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家，石油和天然氣已成為第一能源，占能源消費(fèi)的60%左右，燃油和燃?xì)忮仩t已逐步取代燃煤鍋爐，對風(fēng)機(jī)和水泵等典籍的變頻控制已相當(dāng)成熟，但是燃油燃?xì)忮仩t依然存在節(jié)能環(huán)保問題。隨著電鍋爐的橫空出世，節(jié)能環(huán)保式的鍋爐系統(tǒng)達(dá)到了一新高度[1]。但是效率問題在鍋爐系統(tǒng)中仍然是一難題，這一問題也是目前國內(nèi)外方案改進(jìn)的重要方向之一。自20世紀(jì)90年代以來，隨著大型可編程控制器、單片機(jī)的出現(xiàn)和模糊控制、自適應(yīng)控制等職能控制算法的發(fā)展應(yīng)用，鍋爐控制水平大大提高，已實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制[2]。國內(nèi)對鍋爐控制的研究起步較晚，始于80年代初期。國內(nèi)研究鍋爐控制比較成熟的企業(yè)有上海杜比公司、南京仁泰公司等[2]。此外還有一些科研院校和企業(yè)開發(fā)的各種智能鍋爐控制系統(tǒng)，如清華大學(xué)動(dòng)力工程與控制學(xué)院為亞運(yùn)村北辰供熱廠熱水鍋爐的改造開發(fā)的鍋爐控制系統(tǒng)，采用“一控四”方案，即一臺(tái)主機(jī)控制四臺(tái)鍋爐[2]。雖然我國在鍋爐的使用和控制設(shè)計(jì)上取得了一些成績，但是難免還存在一些需要解決的問題：1.我國自70年代末開始，鍋爐的微機(jī)控制逐漸成熟起來，但主要實(shí)現(xiàn)儀表顯示、報(bào)表打印等功能，并未實(shí)現(xiàn)鍋爐自動(dòng)控制[3]。2.我國目前大多數(shù)可以實(shí)現(xiàn)的電鍋爐控制系統(tǒng)還比較簡單，其中僅僅是控制鍋爐的開關(guān)量，風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)與關(guān)閉，水泵的開啟與關(guān)閉等簡單的可控制量。這種控制系統(tǒng)不能對它們精確連續(xù)調(diào)節(jié)，是控制手段單一，控制精度低[3]。3.目前還是不夠完善的鍋爐控制系統(tǒng)。鍋爐在控制環(huán)節(jié)中一旦出現(xiàn)故障，只能通過切斷電源后進(jìn)行人工修理。若鍋爐系統(tǒng)中的傳感器、變送器等設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，溫度、壓力參數(shù)就無法達(dá)到設(shè)定值[3]。我國自70年代末開始，鍋爐的微機(jī)控制逐漸成熟起來，但主要實(shí)現(xiàn)儀表顯示、報(bào)表打印等功能，并未實(shí)現(xiàn)鍋爐自動(dòng)控制[4]。電熱水鍋爐特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)的鍋爐系統(tǒng)采用了電熱管電加熱的方式，并且無污染，達(dá)到綠色節(jié)能的設(shè)計(jì)理念。在電熱水鍋爐身上能發(fā)現(xiàn)很多其特有的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得電熱水鍋爐與其他鍋爐相比有了很大優(yōu)勢，其優(yōu)勢能在以下七點(diǎn)中體現(xiàn)出來：1.能量轉(zhuǎn)換效率高。使用電熱常壓熱水鍋爐加熱元件加熱管插入鍋殼和水直接接觸。加熱時(shí)，傳熱系數(shù)高，能量轉(zhuǎn)換效率非常高，一般高達(dá)95%，理論上運(yùn)行鍋爐效率可以達(dá)到98%以上[5]。2.無污染。由于采用電加熱管加熱供水，電力直接轉(zhuǎn)化成熱能，不需要化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為熱量的燃燒方式，不需要提供燃燒所需的空氣和化石燃料(煤炭、石油、天然氣等)，不排放有害氣體和粉煤灰，不會(huì)產(chǎn)生灰塵，完全符合環(huán)境保護(hù)的要求，更適合被安排在稠密的人口生活區(qū)域和辦公區(qū)域[5]。3.鍋爐操作方便，運(yùn)行負(fù)載調(diào)節(jié)范圍廣，調(diào)節(jié)頻率快，啟動(dòng)、停止速度快。由于加熱元件電熱管的工作由外部電氣開關(guān)控制，所以鍋爐起停速度快，通過控制各電熱管組的開關(guān)，可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運(yùn)行負(fù)荷，調(diào)節(jié)操作迅速、簡單。與燃煤、燃油、燃?xì)獬簾崴仩t相比，操作運(yùn)行更加方便、簡單。4.可適當(dāng)緩和當(dāng)前工業(yè)用電供大于需的矛盾[6]。目前我國的用電情況是，國營大中型企業(yè)正處于轉(zhuǎn)換機(jī)制、內(nèi)部調(diào)整階段，工業(yè)用電量較以前不增反降，而同期內(nèi)國內(nèi)不少大電廠發(fā)電機(jī)組都不同程度地?cái)U(kuò)建增容,發(fā)電能力大幅度增強(qiáng),再加上一批中小電廠的成立，國內(nèi)各大電網(wǎng)的供電能力明顯提高，此長彼電力市場出現(xiàn)了供大于求的局為此不得不關(guān)閉發(fā)電成本高的小電廠，大中電廠采取半負(fù)荷運(yùn)行，大面積的推廣電加熱鍋爐可在一定程度上緩和這種矛[6]。5.靈活的整體設(shè)計(jì)，占用面積小，體積小重量輕。由于鍋爐自身的功能和特點(diǎn),使得電鍋爐的大小可以做得很小，簡潔的結(jié)構(gòu)更加方便外接電器的布置與連接而且電熱水鍋爐可在很小的空間內(nèi)使用。6.可使用控制器自動(dòng)運(yùn)行完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，電鍋爐的水位和溫度都可以使用控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)控。當(dāng)水位低于一定高度，指示燈亮起或發(fā)出警運(yùn)行人員可以選擇加水或不加；當(dāng)鍋爐內(nèi)的水位超過安全水位時(shí)，指示燈亮起或發(fā)出警告并停止供水[7]。對水溫也同時(shí)采用控制器監(jiān)當(dāng)水溫加熱到所需溫度時(shí)，指示燈亮起，此時(shí)可選擇立即排水或者短時(shí)間內(nèi)保溫，電鍋爐水箱內(nèi)設(shè)有保溫層，保溫層可以使熱損失減少使保溫效果更好?？刂破骺刂葡到y(tǒng)包含面板儀表數(shù)值的顯示、可編程控制系統(tǒng)、信號的采集和傳遞三個(gè)子系統(tǒng)。電鍋爐的運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，最大程度地將PLC可編程控制器技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)鍋爐行業(yè)[7]。7.電熱水鍋爐具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)和良好的安全性能。電加熱鍋爐本體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，電加熱管采用三角形連三個(gè)電熱管連成一外面罩有接裝在法蘭盤與外部電氣設(shè)備連電熱管組外面有加熱器護(hù)給水的加熱過程全部在筒體中完成，不需要布置管路，沒有燃燒室，沒有煙道，不會(huì)出現(xiàn)燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t中存在的爆燃、泄漏等問題，從這個(gè)意義上電加熱鍋爐的安全性更[8]。圖1-1電加熱鍋爐整體結(jié)構(gòu)簡圖雖然電熱水鍋爐在投入使用時(shí)體現(xiàn)出很多優(yōu)但在實(shí)際使用中也有一些不完美的地方：電熱水鍋爐需要在較高穩(wěn)定性的供電條件下工作。電熱水鍋爐應(yīng)在供電穩(wěn)定的地區(qū)工作，如果出現(xiàn)經(jīng)常斷電的情況，會(huì)出現(xiàn)安全隱患[9]。2.電能經(jīng)濟(jì)性。在電價(jià)較高的地區(qū)使用電鍋爐運(yùn)行成本較高最好在價(jià)格低計(jì)費(fèi)時(shí)段運(yùn)行，在電價(jià)較低的地區(qū)和環(huán)保要求較高的地區(qū)可以優(yōu)先考慮電加熱鍋爐[10]。3.額外的外部設(shè)備投資較大。配備可編程控制器、水泵、電氣柜、可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器、軟水設(shè)備等，初投資較大[11]。電熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)實(shí)例電熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)如表1-1所示，其中能看出主要參數(shù)有功率、供回水溫度、熱效率、工作壓力、總體尺寸、進(jìn)出水口流量等。常壓電熱水鍋爐具有穩(wěn)定的熱效率，并且理論上效率高達(dá)98%，通過對常壓鍋爐技術(shù)參數(shù)的分析，可以設(shè)計(jì)出鍋爐本體結(jié)構(gòu)，有效的配置出電路連線方案。并且在常壓電熱水鍋爐的使用中應(yīng)該注意：1.必須安裝接地電極，切勿用電源零線當(dāng)做接地線。2.水質(zhì)的保證，水質(zhì)會(huì)直接影響到加熱設(shè)備的使用壽命，從而影響鍋爐使用壽命。所以使用前應(yīng)注意監(jiān)測水質(zhì)，必要的時(shí)候可加裝水質(zhì)處理設(shè)備，以達(dá)到水質(zhì)要求。表1-1(CLDRS)LDRS系列常壓電熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)本章小結(jié)本章主要介紹了常壓電熱水鍋爐的現(xiàn)狀、發(fā)展前景、以及優(yōu)缺點(diǎn)。通過本章的內(nèi)容介紹，根據(jù)目前的市場需求以及國情，在本章中對常壓電熱水鍋爐進(jìn)行了細(xì)致的分析，從中找到常壓電熱水鍋爐可設(shè)計(jì)的方向。為第二章常壓電熱水鍋爐系統(tǒng)方案布置打下基礎(chǔ)。電熱水鍋爐系統(tǒng)方案電熱水鍋爐總體設(shè)計(jì)規(guī)劃本次設(shè)計(jì)主要以鍋爐的控制為主，所以設(shè)計(jì)思路大體有三個(gè)方向。其中之一就是所選用硬件電器的布置分配方案，通過預(yù)期的設(shè)計(jì)目的選出核心元件，并且規(guī)劃出合理的布置分配方案。之后要根據(jù)做好的布置方案為硬件電器進(jìn)行選型與功能分析，并且從中選出最適用于本次設(shè)計(jì)的一套硬件設(shè)備。最后根據(jù)選擇的硬件設(shè)備以及控制原理電路擬出電路接線方案。由于系統(tǒng)內(nèi)的換熱方式主要是進(jìn)出水對流換熱，所以鍋爐系統(tǒng)的布置方案主要是電熱管組的布置和對流換熱面的布置以及外接電器的布置。其中換熱方式的布置能直接地影響系統(tǒng)的換熱效率，所以直接有效的換熱布置方案是十分重要的。同時(shí)電氣電路是直接影響到用戶體驗(yàn)的部分，也應(yīng)該重點(diǎn)設(shè)計(jì)連線方案，以達(dá)到設(shè)計(jì)的最終目的。電熱管組布置電熱管是一種將金屬電阻絲放入金屬管中，并用導(dǎo)熱性良好、絕緣性良好的物質(zhì)將管內(nèi)其余縫隙填滿的電器元件。選用的電熱管如圖2-1[12]所示。圖2-1中左圖為電熱管外形主視圖，右圖為電熱管外形剖視圖。電熱管外部金屬管的材料為不銹鋼或者10號鋼該電熱管可以安裝在空氣通道里用以加熱空也可以浸在水或其他液體中用以加熱水或其他液體，以及直接放在固體金屬中加熱金屬。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、機(jī)械強(qiáng)度好、安全可靠、輕便耐用等特點(diǎn)，目前已在我國航空工業(yè)、船舶工業(yè)、石油工業(yè)、化工工業(yè)及日用工業(yè)等部門廣泛地被采工業(yè)鍋爐制造行業(yè)也已推廣使用。如用于硝石槽、水槽、各種油槽、酸堿加熱裝置、易熔金屬熔化爐、空氣加熱爐、常壓熱水鍋爐、干燥箱、各種沖模及壓模、電熨斗、煮水器等[5]。圖2-1電熱管外形結(jié)構(gòu)簡圖電熱管的尺寸根據(jù)電熱管技術(shù)參數(shù)手冊查得，總長980mm，管徑為20mm，彎徑為50mm，換熱表面為0.002248㎡，加熱管材料選用10號鋼，單管功率為16。管組在布置上，每三個(gè)電熱管以三角型方式連成一組，電熱管用固定夾緊固為一個(gè)整體裝在法蘭盤上，從側(cè)面水平插入，爐內(nèi)、有角鋼支避免管組由于剛度不足出現(xiàn)彎折現(xiàn)象，接管的作用是保護(hù)管組根部不被強(qiáng)烈沖刷，以延長電熱管的壽接管的長度不到電熱管的1/3不會(huì)顯著影響對流換熱的效果，接管焊接在筒體上用來安裝法蘭盤，電熱管組布置簡圖如圖2-2[12]所示。三角型布置一方面是出于外部電氣設(shè)備接線的需要，另一方面水流沖刷而過時(shí)換熱充分、均勻，而且可以有效地利用空布置更多管組，增加換熱面。常壓電熱水鍋爐外部輸入電壓為380±1電熱管組采用三角形聯(lián)接方式，為了保障鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行需要配合穩(wěn)壓電熱管組采取分別配電的方式，可用配電柜配電，電氣開關(guān)由可編程控制器手動(dòng)自動(dòng)兩種方式控制，為保證運(yùn)行安全，配有斷路器、熔斷器、漏電保護(hù)裝置，接線需要保證絕緣性良必須保持端部干燥、清以免造成表面有雜質(zhì)造成短路。1.接管2.加熱器固定夾3.電熱管4.加熱器支撐角鋼圖2-2電熱管組裝配簡圖對流換熱面布置以36kw電熱水鍋爐為例，2組電熱管組在同一水平面安裝，爐內(nèi)側(cè)每面安裝1組，按照水平方向以相等間距安裝充分利用鍋爐內(nèi)等整體空間可以讓換熱效率更加充分、均勻。供水管和回水管都安置在鍋爐后方底部，分別位于兩以達(dá)到增加對流換熱的流程，中間有隔是水流在鍋爐內(nèi)單向流動(dòng)，以達(dá)到增強(qiáng)強(qiáng)化換換熱公式如公式2-1[12]所示：Q=kFεt（2-1）在室溫為25±2℃、給水溫度為20±1℃、出水溫度為95±1℃的條件取60℃，總換熱面積F=3×14×0.002248=0.010142m2，總功率Q=3×14×16=672kw，則電熱管的設(shè)計(jì)平均散熱系數(shù)公式如公式2-2[12]所示：k=Q/Fεt=1099w/(m2·℃)（2-2）得出的換熱系數(shù)也可直接帶入其他型號的電熱水鍋爐電熱管的計(jì)算中?？紤]到電熱管的使用壽需要給介質(zhì)水進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測未經(jīng)過水質(zhì)監(jiān)測的水中含有雜質(zhì)，其中硬化水垢的形成是縮短電熱管使用壽命的主要原因，水流的流量應(yīng)該控制在5m3/s以下，以減少電熱管表面的磨損?？傮w上對流換熱面的布置遵循了簡單實(shí)用、安全高效的原則?？刂葡到y(tǒng)與系統(tǒng)接線布置方案面板儀表數(shù)值的顯示、可編程控制系統(tǒng)、信號的采集和傳遞是構(gòu)成控制系統(tǒng)的三大部分。可編程控制器是完成可編程控制系統(tǒng)作用的核心元件。運(yùn)行面板儀表顯示的數(shù)值可從布置在各測點(diǎn)的熱電偶、水位計(jì)、壓力傳感器傳輸入的信號中得到，，確定是否發(fā)出執(zhí)行元件應(yīng)做出反應(yīng)的輸出信號。如果是，則向執(zhí)行元件發(fā)出控制指令，讓元件做出相應(yīng)的動(dòng)作。繼電器、電磁開關(guān)、蜂鳴報(bào)警、指示燈報(bào)警等都屬于執(zhí)行元件。通過執(zhí)行元件的動(dòng)作，可直觀的判斷鍋爐系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及是否出現(xiàn)了故障，這樣也能達(dá)到對系統(tǒng)工作狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用。本次設(shè)計(jì)以鍋爐硬件控制為主，所以硬件系統(tǒng)的接線方案設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的中心。本次設(shè)計(jì)的電熱水鍋爐主要為了是達(dá)到機(jī)電一體化的目的，所以電路設(shè)計(jì)可分為兩部分：一是主電路回路電路的設(shè)計(jì)，二是控制電路回路的設(shè)計(jì)。其中系統(tǒng)主回路電路原理簡圖如圖2-3所示。其中主電路有三條支路，分別對應(yīng)加熱器，水泵的三相負(fù)載。每條支路配有電流表實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且在主電路上接有電壓表測定使用電壓，達(dá)到了為用戶實(shí)時(shí)反映產(chǎn)品工作狀態(tài)的效果。同時(shí)本次設(shè)計(jì)主要以硬件電氣設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，控制電路的設(shè)計(jì)也是本次設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，控制電路電路回路原理圖如圖2-4所示。控制電路中包括指示燈、控制開關(guān)、控制器的連接與分配。指示燈為用戶顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，控制開關(guān)為用戶提供需要的操作。其中指示燈顯示的工作狀態(tài)有電源工作狀態(tài)，加熱器工作狀態(tài)，水泵工作狀態(tài)?？刂崎_關(guān)可控制系統(tǒng)總電源，每組加熱器的開啟與停止，水泵的開啟與停止。并且在控制電路中加入了可編程控制器，對加熱器，水泵可進(jìn)行自動(dòng)化控制，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。并且在系統(tǒng)中采用56點(diǎn)位的控制器，控制器通過對傳感器給出的輸入信號，通過信息采集控制相應(yīng)的繼電器，從而完成相應(yīng)的操作?？刂破髟诳刂齐娐坊芈分衅鸬搅耸种匾目刂谱饔茫到y(tǒng)中的各種元件開關(guān)通過與控制器中點(diǎn)位相連，達(dá)到了自動(dòng)化控制的目的。控制器中可編程區(qū)域接有溫度傳感器與水位傳感器。兩傳感器傳出的信號可通過編程控制完成。信號輸入后，通過線圈完成輸出，即常閉觸點(diǎn)與常開觸點(diǎn)的斷開與閉合以達(dá)到控制目的。圖2-3主電路回路原理簡圖圖2-4控制電路回路原理簡圖本章小結(jié)本章主要介紹了電熱水過路的總體布置方案以及主要元件的基礎(chǔ)概括。在本章節(jié)中主要介紹了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路，加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及所需要的可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)布置方案。電熱水鍋爐設(shè)計(jì)的核心是布置方案和控制方案，并且配置了電路原理簡圖。通過系統(tǒng)的原理方案的介紹，為下一章硬件的選擇做鋪墊。電熱水鍋爐硬件的選擇斷路器的選擇斷路器在電路中起到保護(hù)作用，所以斷路器的選擇影響到系統(tǒng)使用的壽命，使系統(tǒng)能在穩(wěn)定安全的環(huán)境下正常工作。在本節(jié)中要著重介紹斷路器的功能，特性，以及使用安裝。本次斷路器選擇3VU13斷路器是額定電流最大至80A的緊湊型斷路器。其外觀如圖3-1所示。該斷路器根據(jù)限流原理進(jìn)行工作?？梢杂糜陔姍C(jī)或其它負(fù)荷的起動(dòng)，斷開及過載和短路保護(hù)；3VU13還可用作電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)。用于電機(jī)或設(shè)備保護(hù)時(shí)，該斷路器配備過電流瞬時(shí)脫扣器和反時(shí)限延時(shí)過載脫扣器。由于起動(dòng)器組合裝置本身具有過載保護(hù)，因此用于起動(dòng)器組合的3VU13只安裝過電流瞬時(shí)脫扣器。斷路器和接觸器可組合成無熔斷器型組合起動(dòng)裝置。3VU13斷路器適用于任何一種氣侯。按封閉房間內(nèi)良好操作環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)(例如：無塵埃，腐蝕性氣體)。在有塵埃和潮濕房間里安裝使用前，它們必須合理地進(jìn)行密封、處理。斷路器的各種工作參數(shù)：允許環(huán)境溫度，最大通斷能力，脫扣動(dòng)作電流和其它限制性操作參數(shù)，在技術(shù)數(shù)據(jù)與脫扣特性中給出。圖3-13VU13斷路器外形圖3VU13斷路器3VU13用于電動(dòng)機(jī)保護(hù)時(shí)，承受電流范圍為0.1A至25A。該斷路器特性曲線如圖3-2所示，這些斷路器的特征曲線反映了電動(dòng)機(jī)的過載及短路保護(hù)特性。并且當(dāng)達(dá)到反時(shí)限超過負(fù)荷時(shí)，脫扣器可根據(jù)被保護(hù)電機(jī)的額定電流進(jìn)行整定，而瞬時(shí)過流脫扣裝置是按照額定電流12倍預(yù)設(shè)好的以保證躲過電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流。圖3-23VU13斷路器脫扣特性曲線當(dāng)該斷路器用于變壓器保護(hù)時(shí)，3VU13承受電流為0.1A至20A。該斷路器用以對具有高浪涌電流的控制變壓器原邊進(jìn)行保護(hù)。它們帶有可調(diào)整的過載脫扣裝置和預(yù)設(shè)好的瞬動(dòng)短路電流脫扣裝置。瞬時(shí)脫扣動(dòng)作電流整定在19倍工作電流，這保證了具有浪涌電流峰值達(dá)30倍額定電流的變壓器得以正常工作。對于具有低涌入電流的變壓器，例如：西門子變壓器，并不需要這種型式的斷路器。當(dāng)該斷路器用于線路保護(hù)時(shí)，3VU13承受電流為0.1A至25A。該斷路器用來對電纜、導(dǎo)體、電氣設(shè)備進(jìn)行過載和短路保護(hù)。具有整定好的或可調(diào)整的過載、短路脫扣裝置來達(dá)到優(yōu)化配電系統(tǒng)適應(yīng)性的目的。3VU13斷路器可配合附件限流器已達(dá)到提高短路分?jǐn)嗄芰Φ淖饔?，能力值可提升?0kA，AC50Hz415V。附件限流器外形如圖3-3所示，該限流器額定電流為56A，橫向尺寸為3TE(1TE=18mm)，重量為0.29kg。圖3-3限流器外形圖3VU13斷路器也可與遠(yuǎn)程控制機(jī)構(gòu)組合，達(dá)到遠(yuǎn)距離接通和斷開斷路器的功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)構(gòu)外形如圖3-4所示遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)構(gòu)的額定電壓為AC50/60Hz220V~240V。橫向尺寸為3TE（1TE=18mm），重量為0.40kg。圖3-4遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)構(gòu)外形圖3VU13斷路器額定短路分?jǐn)嗄芰?VU13斷路器額定短路分?jǐn)嗄芰θ鐖D3-5[13]所示，表中顯示在額定電流In和額定工作電壓Ue下的額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu和額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰cs。在表中的上半部分區(qū)域，額定極限短路分?jǐn)嗄芰Σ恍∮?00kA，因此不需要后備熔斷器。在其它區(qū)域，當(dāng)斷路器安裝點(diǎn)的短路電流超過表中列出的斷路器的額定短路分?jǐn)嗄芰r(shí)，斷路器需要熔斷器保護(hù)。后備熔斷器按表中所列選用。對于3VU13斷路器，如不需要熔斷器作后備保護(hù)，可用3VU9138-2AB00限流器代替熔斷器，以增加斷路器的短路分?jǐn)嗄芰Γ唧w數(shù)值在括號內(nèi)。注：（）括號內(nèi)數(shù)字為帶限流器的3VU13斷路器的短路分?jǐn)嗄芰D3-53VU13斷路器額定短路分?jǐn)嗄芰D3VU13斷路器的特性3VU13斷路器的特性曲線是在冷態(tài)，三相負(fù)載的狀態(tài)下測得的。如果特性曲線在工作溫度下，器熱過載脫口器脫口時(shí)間將減少約25%。并且根據(jù)電器分配標(biāo)準(zhǔn)，在三相負(fù)載和三倍和及以上整定電流下脫扣時(shí)間的偏差為±20%。根據(jù)特定條件，及斷路器額定電流6A，電流整定范圍4-6A瞬時(shí)過電流脫扣器脫扣電流為72A，額定電壓為交流50Hz，400V時(shí)可測出3VU13斷路器的時(shí)間—電流特性曲線，特性曲線如圖3-6[13]所示；限流特性曲線，特性曲線如圖3-7[13]所示；I2t特性曲線，特性曲線如圖3-8[13]所示。圖3-6時(shí)間-電流特性曲線圖3-7限流特性曲線圖3-8斷路器I2t特性曲線根據(jù)時(shí)間-電流特性曲線可以看出，瞬時(shí)擊穿電流越大分短感應(yīng)時(shí)間越短，并且在10A和20A區(qū)間感應(yīng)最靈敏，所以可以看出3V13斷路器的最適宜電路環(huán)境。從限流特性曲線和I2t特性曲線中可以看出系統(tǒng)局部短路時(shí)斷路器做出的響應(yīng)。從三個(gè)特性曲線中可以知道3VU13斷路器的靈敏區(qū)間以及對多大的分?jǐn)嚯娏骱投搪冯娏髂芗皶r(shí)做出對電路的保護(hù)措施。3VU13電路圖及可接輔助電器在本節(jié)中，介紹了3VU13斷路器的電路原理以及可與其配套使用的輔助電器電路。這樣更能直觀的反映斷路器的使用信息以及連接方式。3VU13的電路圖如圖3-9所示，圖中標(biāo)出可外接的輔助電器。其中a)處可選分勵(lì)脫扣器，b)處可安裝欠壓脫扣器，c)處可安裝帶超前輔助觸頭的欠壓脫扣器，d)處可安裝內(nèi)部輔助觸頭，e)處可安裝外加輔助觸頭，f)處可安裝外加輔助觸頭，g)處可外接短路故障指示器。圖3-93VU13斷路器電路圖交流接觸器的選擇根據(jù)電機(jī)的使用考慮，在本設(shè)計(jì)中交流接觸器選用西門子公司生產(chǎn)的3TF系列交流接觸器，該型號的交流接觸器為交流50Hz或60Hz，額定絕緣電壓為690-1000V，在AC-3使用類別下額定工作電壓為380V時(shí)的額定工作電流為9A-400A。主要供遠(yuǎn)距離接通及分?jǐn)嚯娐分茫m用于控制交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止及反轉(zhuǎn)。符合IEC947、VDE0660、GB14048等標(biāo)準(zhǔn)。該系列接觸器在海拔高度不超過2000米；周圍環(huán)境溫度：零下25℃至55℃，空氣相對濕度：在+40℃時(shí)不超過50%，在+25℃時(shí)不超過90%；大氣條件：在沒有會(huì)引起爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)，也沒有腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和導(dǎo)電塵埃；在無顯著搖動(dòng)和沖擊振動(dòng)，沒有雨雪侵襲的地方工作效果最佳。3TF系列交流接觸器中有3TF34、3TF44、3TF50、3TF54、3TF56等型號，其主要是根據(jù)工作額定電流的不同分成各種不同型號。在本次設(shè)計(jì)中，考慮到電機(jī)，水泵工作電器的使用，主要選用的是3TF系列中的3TF44交流接觸器和3TF50交流接觸器，這兩款型號的交流接觸器詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表3-1[14]。并繪制出外形及安裝尺寸，其外形與安裝尺寸如圖3-10和3-11所示。圖3-103TF40外形及安裝尺寸圖在圖3-10中b1尺寸為120mm，b2尺寸為55mm，c1的尺寸為81mm，c2的尺寸為108mm。圖3-113TF50外形及安裝尺寸圖在圖3-11中a1為120mm，a2為143mm，a3為100mm，b1為150mm，b2為232mm，b3為130mm，c1為150mm，d1為15mm，d2和d3為37mm，e為130mm，e1為213mm，e2為40mm，f1為93mm，f2為80mm，f3為146mm，g為45mm，g1是直徑6.3（M6）的螺紋孔，g2是直徑6.1（M6）的螺紋孔。表3-13TF系列接觸器技術(shù)參數(shù)表技術(shù)參數(shù)3TF443TF50額定絕緣電壓（V）6901000額定工作電流（A）（380V）AC-332110AC-415.654可控電機(jī)功率（Kw）50HZAC-3230/220V400/380V500V690/660V1000V8.5152123__37557610065AC-4400/380V690/660V7.51328.4/2749/46.9機(jī)械壽命（×106）103續(xù)表3-13TF系列接觸器技術(shù)參數(shù)表電壽命（×108）AC-31.21.2AC-40.20.2操作頻率（1/h）AC-37501000AC-4250300吸引線圈工作電壓范圍（AC）(0.8-1.1)Us吸引線圈功率消耗（50Hz）吸和11.7500保持2.7約定發(fā)熱電流（A）55160輔助觸頭約定發(fā)熱電流（A）1010輔助觸頭額定絕緣電壓（V）690690輔助觸頭額定工作電流（A）AC-15380/220V4/64/6DC-13110/220V1.14/0.481.14/0.483TF系列交流接觸器安全性能好，導(dǎo)電部件不外露；體積小，重量輕，滅弧罩材料采用不飽和樹脂，耐弧性好，不會(huì)碎裂；滅弧室呈封閉型，飛弧距離小，可縮小電氣箱體尺寸；主觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，觸頭磨損小，電壽命增加；電磁鐵工作可靠，損耗少，噪音小，且具很高的機(jī)械強(qiáng)度；操作頻率和控制容量高；接線方便，牢固，接觸可靠性高，抗振性強(qiáng)，安全防護(hù)性好。過載繼電器的選擇在本次設(shè)計(jì)中，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用方面考慮選用西門子公司生產(chǎn)的3UA系列熱過載繼電器，3UA系列熱過載繼電器適用于交流50Hz/60Hz，電壓690V-1000V，電流0.1-400A的長期工作或間斷長期工作的一般交流電動(dòng)機(jī)的過載與斷相保護(hù)，也可用作直流電磁鐵和直流電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。繼電器具有斷相保護(hù)，溫度補(bǔ)償，脫扣指示功能，并能自動(dòng)與手動(dòng)復(fù)位，動(dòng)作可靠，符合IEC947-4，VDE0660，GB14048等標(biāo)準(zhǔn)。該系列繼電器可與接觸器接插安裝，也可獨(dú)立安裝。3UA系列熱過載繼電器中有3UA50、3UA52、3UA55、3UA58、3UA59等型號。根據(jù)本次設(shè)計(jì)需求以及3UA系列熱過載繼電器技術(shù)參數(shù)表，選用3UA55型號的熱過載繼電器，該繼電器的外形以及安裝尺寸如圖3-12所示。3UA55型號熱過載繼電器其內(nèi)部接線方式如圖3-13所示。3UA系列熱過載繼電器技術(shù)參數(shù)表詳見附錄1。圖3-123UA55與3TF44接觸器安裝尺寸圖圖3-133UA55熱過載繼電器內(nèi)部接線圖3UA系列為雙金屬片式熱過載繼電器，脫扣等級為10A；具有差動(dòng)式斷相保護(hù)；具有整定電流連續(xù)可調(diào)裝置；具有溫度補(bǔ)償；具有脫扣指示；具有測試按鈕；具有手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位按鈕；具有在電氣上相互絕緣的一常開和一常閉觸頭；接線方便、牢固，接觸可靠性高，抗振性強(qiáng)，安全防護(hù)性好；可以與接觸器接插安裝或獨(dú)立安裝。3UA系列熱過載繼電器具有脫扣特性，熱過載繼電器的脫扣特性反映了該繼電器的靈敏度，以及最適宜保護(hù)哪種狀態(tài)的電路。3UA系列熱過載繼電器脫扣特性曲線如圖3-14[15]所示。在此電流—時(shí)間曲線中顯示了從冷態(tài)到脫扣的時(shí)間和實(shí)際電流與整定電流的倍數(shù)之間的關(guān)系。當(dāng)運(yùn)行電流是1.0×IE時(shí)，脫扣時(shí)間將縮短25%。脫扣曲線3適用于3極負(fù)載，脫扣曲線2適用于2極負(fù)載。對于單極負(fù)載，脫扣曲線介于2、3之間。對于通常的運(yùn)行情況，熱脫扣器的3個(gè)雙金屬片均需被加熱。3UA熱繼電器適用于保護(hù)帶相序控制的電動(dòng)機(jī)，用于保護(hù)單相或直流負(fù)載時(shí)應(yīng)將三個(gè)主觸頭串聯(lián)，此時(shí)適用于曲線3。3相對稱負(fù)載的脫扣電流為整定電流的105%到120%。圖3-143UA系列熱過載繼電器脫扣特性曲線控制器的選擇控制器是本次設(shè)計(jì)中控制各種實(shí)現(xiàn)電熱水鍋爐各種功能的中心硬件電器，通過控制器的使用可以控制電熱水鍋爐的進(jìn)出水溫度、加熱時(shí)間、爐內(nèi)水位監(jiān)測等功能。通過對控制器在系統(tǒng)中的使用，能夠有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)機(jī)電一體化的效果。同時(shí)控制器通過可編程軟件的控制，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開、關(guān)機(jī)，自動(dòng)檢測溫度，自動(dòng)加熱等功能，而且控制器通過與各種繼電器的配合，能夠?qū)崟r(shí)反映系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障或操作失誤時(shí)，會(huì)通過指示燈的閃動(dòng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，達(dá)到對系統(tǒng)的保護(hù)作用。在本次設(shè)計(jì)中采用56點(diǎn)位的控制器，其點(diǎn)位如圖3-15所示?？刂破魍ㄟ^對傳感器給出的輸入信號，通過信息采集控制相應(yīng)的繼電器，從而完成相應(yīng)的操作?？刂破髟诳刂齐娐坊芈分衅鸬搅耸种匾目刂谱饔?，系統(tǒng)中的各種元件開關(guān)通過與控制器中點(diǎn)位相連，達(dá)到了自動(dòng)化控制的目的。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用進(jìn)水出水雙水泵，但是兩水泵的控制原理相同，在圖中簡化為一水泵控制。在控制器中可編程區(qū)域接有溫度傳感器與水位傳感器。兩傳感器傳出的信號可通過編程控制完成。信號輸入后，通過線圈完成輸出，即常閉觸點(diǎn)與常開觸點(diǎn)的斷開與閉合以達(dá)到控制目的。圖3-15控制器點(diǎn)位圖本章小結(jié)本章的主要介紹了電熱水鍋爐系統(tǒng)中硬件的選擇以及其相應(yīng)的功能。在本章的介紹中主要介紹了起保護(hù)作用的斷路器、接觸器、以及熱過載繼電器。這些保護(hù)電路的硬件電器在電路系統(tǒng)中起到了相對重要的作用。并且在本章節(jié)中對著幾種電器的特性、外形進(jìn)行了重點(diǎn)的介紹。通過對它們特性的介紹，更能清楚的看到它們的功能和所能達(dá)到的效果。最后還介紹了系統(tǒng)的控制核心控制器。通過對各種硬件電器的說明，為下一章硬件設(shè)備連接打下基礎(chǔ)。硬件電器電路的連接與控制方式主電路回路連接本次設(shè)計(jì)以鍋爐硬件控制為主，所以硬件系統(tǒng)的接線方案設(shè)計(jì)也是本次設(shè)計(jì)的中心。本次設(shè)計(jì)的電熱水鍋爐主要為了是達(dá)到機(jī)電一體化的目的，所以主體電路主要分為系統(tǒng)主電路和控制電路兩部分。其中系統(tǒng)主回路電路原理簡圖如圖4-1所示。圖4-1主電路回路圖其中主電路為有三條支路的三相電路，分別對應(yīng)加熱器，水泵的三極使用負(fù)載端。每條支路配有電流表實(shí)時(shí)監(jiān)測，并與主電路的三相支路直接相連，同時(shí)在主電路上接有電壓表測定實(shí)時(shí)電壓，電壓表與萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)相連，保證電壓表的使用安全，并且電壓表電路上配有相應(yīng)開關(guān)，可分別顯示端電壓。達(dá)到了為用戶實(shí)時(shí)反映產(chǎn)品工作狀態(tài)的效果。控制電路回路連接本次設(shè)計(jì)主要以硬件電氣控制為主，控制電路的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，控制電路電路回路原理圖如圖4-2所示?？刂齐娐分邪ㄖ甘緹?、控制開關(guān)、控制器的連接與分配。指示燈為用戶顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，控制開關(guān)為用戶提供需要的操作。其中指示燈顯示的工作狀態(tài)有電源工作狀態(tài)，加熱器工作狀態(tài)，水泵工作狀態(tài)?？刂崎_關(guān)可控制系統(tǒng)總電源，每組加熱器的開啟與停止，水泵的開啟與停止。并且在控制電路中加入了可編程控制器，對加熱器，水泵可進(jìn)行自動(dòng)化控制，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。圖4-2控制電路回路圖加熱器的控制連接與控制方式加熱器的控制連接方式如圖4-2所示。當(dāng)主電路主開關(guān)閉合，主電路開始工作，電源指示燈直接亮起。為了控制加熱時(shí)間與溫度，在本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中接入兩組加熱器組，每組加熱器由三個(gè)電熱管采用三角形連接方式連接。每組加熱分別設(shè)有開關(guān)，并與控制器點(diǎn)位開關(guān)相連接，當(dāng)閉合一組加熱器開關(guān)時(shí)，一組加熱器指示燈亮起，一組加熱器開始工作。當(dāng)閉合二組加熱器開關(guān)時(shí)，二組加熱器指示燈亮起，二組加熱器開始工作。兩組加熱器可分別進(jìn)行工作，也可同時(shí)工作。控制器可通過溫度傳感器與時(shí)間繼電器控制兩組加熱器的時(shí)間與要求溫度，當(dāng)達(dá)到要求溫度時(shí)，控制器可自動(dòng)控制開關(guān)閉合與斷開。當(dāng)正常啟動(dòng)時(shí)，控制線圈中的常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，加熱器正常開始工作。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，通過溫度傳感器溫度信號的傳輸，控制線圈中的常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開，加熱器停止工作。達(dá)到預(yù)期的控制要求。水泵的控制連接與控制方式本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，水泵分為進(jìn)水水泵和出水水泵，兩組水泵的控制連接方式如圖4-2所示。當(dāng)主電路主開關(guān)閉合，主電路通電開始工作，電源指示燈亮起。在控制電路中，當(dāng)控制進(jìn)水與出水水泵的開關(guān)閉合，進(jìn)水與出水水泵開始工作，進(jìn)水、出水水泵可同時(shí)工作也可分別工作，并且開關(guān)與控制器點(diǎn)位開關(guān)相連接。當(dāng)進(jìn)水水泵開關(guān)閉合，進(jìn)水水泵指示燈亮起，進(jìn)水水泵開始工作。當(dāng)出水水泵開關(guān)閉合，出水水泵指示燈亮起，出水水泵開始工作。加入控制器后，可通過水位傳感器的水位信號傳輸，自動(dòng)控制進(jìn)水水泵、出水水泵的啟動(dòng)與停止。進(jìn)水與出水水泵的控制原理相同。當(dāng)正常啟動(dòng)時(shí)，控制線圈中的常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，水泵正常開始工作。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的水位時(shí)，通過與控制器相連的水位傳感器的水位信號傳輸，控制線圈中的常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開。水泵停止工作。以達(dá)到預(yù)期控制要求。控制器的連接方式控制器在控制電路回路中起到了十分重要的控制作用，系統(tǒng)中的各種元件開關(guān)通過與控制器中點(diǎn)位相連，達(dá)到了自動(dòng)化控制的目的?？刂破鞯狞c(diǎn)位連接簡圖如圖4-3所示。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用進(jìn)水出水雙水泵，但是兩水泵的控制原理相同，在圖中簡化為一水泵控制。在控制器中可編程區(qū)域接有溫度傳感器與水位傳感器。兩傳感器傳出的信號可通過編程控制完成。信號輸入后，通過線圈完成輸出，即常閉觸點(diǎn)與常開觸點(diǎn)的斷開與閉合以達(dá)到控制目的。當(dāng)開啟加熱器時(shí)，控制器相應(yīng)的控制線圈中，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，加熱器正常開始工作。當(dāng)水溫上升到相應(yīng)溫度時(shí)，溫度傳感器發(fā)出信號，控制線圈中得到輸入的溫度信號，此時(shí)控制線圈中，常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開，加熱器停止工作。當(dāng)開啟水泵時(shí)，控制器中相應(yīng)的控制線圈中，常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，水泵正常開始工作。當(dāng)水位上升到制定高度時(shí)，水位傳感器給出相應(yīng)信號，控制線圈中得到輸入的水位信號，此時(shí)控制線圈中，常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開，水泵停止工作。進(jìn)水與出水兩水泵的控制原理相同。圖4-3控制器點(diǎn)位連接簡圖控制面板的布置與開孔設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)電路原理總圖和附錄二36kw常壓電熱水鍋爐材料表，統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)的控制開關(guān)、顯示儀表、指示燈個(gè)數(shù)的需要，合理分配出控制面板的布局。系統(tǒng)電路原理總圖如圖4-4所示。從圖中能看出電路中共需要四個(gè)儀表顯示面板為三個(gè)電流表顯示面板和一個(gè)電壓表顯示面板，并且還需要一個(gè)控制器顯示數(shù)值面板。共需要六個(gè)旋轉(zhuǎn)開關(guān)孔位分別為電路總旋轉(zhuǎn)開關(guān)孔位、一組加熱器旋轉(zhuǎn)開關(guān)孔位、二組加熱器旋轉(zhuǎn)開關(guān)孔位、進(jìn)水水泵旋轉(zhuǎn)開關(guān)孔位、出水水泵旋轉(zhuǎn)開關(guān)孔位以及電路保護(hù)按鈕孔位。以及五個(gè)指示燈孔位分別為電源指示燈孔位、一組加熱器啟動(dòng)指示燈孔位、二組加熱器啟動(dòng)指示燈孔位。進(jìn)水水泵啟動(dòng)指示燈孔位、出水水泵啟動(dòng)指示燈空位。根據(jù)所需要的面板孔位，設(shè)計(jì)出具體面板開孔方案，并且繪制出了面板開孔圖。面板開孔圖如圖4-5所示，本次設(shè)計(jì)中主開關(guān)選用旋鈕開關(guān)，其余控制開關(guān)也采用旋鈕開關(guān)，因此開孔是采用圓形開孔，儀表的位置應(yīng)放在面板上端的關(guān)鍵位置，這樣能在觀測儀表數(shù)值時(shí)更加的方便。儀表的數(shù)值變化，完全顯示了鍋爐系統(tǒng)的工作狀況以及是否出現(xiàn)故障。在圖中標(biāo)出了開孔的尺寸以及開孔點(diǎn)位的具體方案。這樣能達(dá)到了美觀、簡潔的基本設(shè)計(jì)理念。圖4-4系統(tǒng)電路原理總圖圖4-5控制面板開孔圖本章小結(jié)本章主要介紹了硬件電器的連接方案、鍋爐系統(tǒng)主要?jiǎng)幼鞯目刂品绞揭约翱刂泼姘宓拈_孔布置方案。在本章中通過對電路原理圖的繪制，展示了常壓電熱水鍋爐的核心控制電路回路，從中也能看到各個(gè)硬件電器在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的作用。本章將第三章的硬件電器按照第二章的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了匯總連接，通過各個(gè)用電器之間的關(guān)系，用導(dǎo)線將其連接形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。結(jié)論在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過翻閱資料，了解了常壓電熱水鍋爐的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀，并且根據(jù)常壓電熱水鍋爐的控制要求確立了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方向。同時(shí)也通過自主學(xué)習(xí)與研究完成了系統(tǒng)控制原理的設(shè)計(jì)、硬件電器選型以及硬電器連接等設(shè)計(jì)任務(wù)，并且得到了以下結(jié)論：鍋爐設(shè)計(jì)的電路采用三相電路，并且用電器必須通過斷路器或保護(hù)裝置接通。斷路器在電路中起到保護(hù)作用，短路器能使電路在安全、穩(wěn)定的工作電壓下工作。并且在設(shè)計(jì)的控制回路中加入控制器的使用，使得控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。繼電器根據(jù)功能可分為許多種不同的繼電器。在本次設(shè)計(jì)中使用的繼電器需要與接觸器配合使用，達(dá)到使電路控制安全、穩(wěn)定的效果。在控制電路中是通過繼電器中線圈的得失電，控制繼電器中的常開常閉觸點(diǎn)的斷開與閉合，從而控制電路的導(dǎo)通。在選用硬件電器時(shí)，應(yīng)根據(jù)硬件電器的使用區(qū)間和靈敏區(qū)間來選擇，才能達(dá)到相互配合的作用。并且在電路的設(shè)計(jì)和接線中，應(yīng)該依據(jù)最簡原則，在實(shí)現(xiàn)電器功能的前提下，盡可能的將電路簡單化。致謝這次設(shè)計(jì)是在老師的耐心幫助和指導(dǎo)下完成的。感謝張老師給了我一個(gè)很好的課題，這一次設(shè)計(jì)讓我更加體會(huì)了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性，同時(shí)感謝張老師為我指出了論文的不足以及解決方法，讓我知道了自己所欠缺的地方。張老師教學(xué)深刻，嚴(yán)格要求，平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度對我影響深遠(yuǎn)。我從張老師身上學(xué)到了很多的專業(yè)技能和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。在這里，我想對老師表達(dá)我最誠摯的謝意。感謝他在百忙之中給我們指導(dǎo)論文，當(dāng)然，還有其他的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)。感謝他們每一個(gè)人的耐心和教導(dǎo)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅讓我加深了書本上的理論知識(shí)，懂得了基本的研究方法，還讓我明白了許多待人處事的道理，這次論文從選題到完成每一步都傾注了老師大量的心血，正是因?yàn)槔蠋煂γ恳粋€(gè)細(xì)節(jié)的很好把握，讓我對張老師的認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度十分敬仰，更加讓我加深了對理論知識(shí)的理解，我知道我還要再接再厲，因?yàn)閷碚撝R(shí)的掌握并不等于對實(shí)踐的把握，只有不斷的加深實(shí)踐，才會(huì)在實(shí)踐當(dāng)中懂得的更多，實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，張老師的每一句話我都會(huì)用心銘記，因?yàn)樵趯淼墓ぷ髦袑ξ襾碚f都是寶貴的財(cái)富。大學(xué)生活轉(zhuǎn)瞬即逝，離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也進(jìn)入了尾聲，從開始選題到論文的完成一切都離不開張老師的悉心指導(dǎo)和教誨，在這里請接受我對您誠摯的謝意。參考文獻(xiàn)[1]宮淑珍等.可編程控制原理及應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2007：155-183[2]Atmelcorporation.AT89C51Datasheets[P/OL]2013：5-15[3]Booz.Allen.Hamilton.IntelligentTransportationSystemsFieldTestasdOperationalTestCross-CuttingStudy[R]Washington,D.C:U.S.TestfiacDepartmentofTransportationFederalHighwayAdministration，1998：3-9[4]李之光.常壓電熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010：88-96[5]NelsonCD,HermanDA.Circuitbreakerwitharticulatingcontrolandcabinet:US,US7915558[P].2011：5-13[6]DipieroJC.RemoteControlCircuitBreaker:US,US2005027549146[P].2005：3-14[7]于慧君.常壓熱水鍋爐[M].大連理工大學(xué)出版社，2013：77-103[8]張智偉.智能型電鍋爐[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013(11)：44-66[9]劉貴生.基于PLC的水暖鍋爐控制[J].電氣技術(shù)，2009(11)：50-63[10]郭振興.基于模糊控制電鍋爐控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)控制應(yīng)用，2014(7)75-92[11]常壓電熱水鍋爐通用技術(shù)條件[M].北京，中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部，2011：126-144[12]劉立文.鍋爐本體布置及計(jì)算[M].西安，西安交通大學(xué)出版社，2012:35-120[13]楊功超.斷路器控制回路[J].科技信息：學(xué)術(shù)版，2008(17)：13-21[14]王永治.交流接觸器控制回路的固有參數(shù)對其動(dòng)作特性的影響[J].甘肅電器技術(shù)，2013(5)：61-96[15]王清波，馬超，王敬黨等.繼電器在控制回路中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2010(8)：44-70[16]鐘洪聲.電子電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].電子科技大學(xué)出版社，2012：25-32[17]Siemenscorporation.TC35IATCommandsetV03.01[P/OL].http://stc/wm，2012：4-13[18]LinzenichU.Powercircuitbreakerhavingahousingstructurewithaccaccessoryequipmentforthepowercircuitbreaker:US,US5539168[P].1996：7-19附錄一3UA系列熱過載繼電器技術(shù)參數(shù)表附錄二36kw常壓電熱水鍋爐材料表附錄三CircuitBreakerControlandselectionofthecircuitbreakerCircuitbreakercontrolmodeselectionandcontrolmodeofsubstation,thesizeofthesubstationandotherfactors.Substationcontrolmodeisdifferent,differentsize,circuitbreakercontrolmodealsovaryaccordingly.Accordingtotheworkingvoltageofcontrolcircuit,thecircuitbreakercontrolmodecanbedividedintotwokindsof,heavycurrentandweakcurrentcontrol.Accordingtotheoperationmode,canbedividedintoonecontroltwokindsofcontrolandlineselection.So-calledhighvoltagecontrol,isfromthecontrolequipmentofcommandstothecircuitbreakeroperatingmechanism,theworkingvoltageofthecontrolcircuitfordc110vor220v.Accordingtothecontrolsite,dividedintotwokindsofcentralizedcontrolandlocalcontrol;Accordingtothejump,switchingcircuitmonitoring,dividedintotwokindsoflightingmonitoringandaudiosurveillance;Accordingtotheconnectionofcontrolcircuitisdividedintocontrolswitchhasafixedpositionisnotcorrespondingtotheconnectionwithcontrolswitchcontactautomaticreset.Weakcurrentcontrolcanbedividedintothefollowingtwocases.1.Theworkingvoltageofcircuitbreakercontrolcircuitintotwoparts,lowvoltageandheavycurrentissuecommandscontrolequipmentisworkingvoltageweakcurrentisusually48v.Commandisissued,andthenthroughthemiddleandweakelectricityconversionlinkweakcurrentsignalconversiontohighvoltagesignal,command,tothecircuitbreakeroperatingmechanism.Intermediateconversionlinksbetweencircuitbreakerandatthesamestructureandhighvoltagecontrolcircuit.Thisweakcurrentcontrol,isessentiallythelayoutonthecontrolpanelofweakelectrochemicalcontrolequipment.2.Fromthecontrolequipmenttotheworkingvoltageofcircuitbreakeroperatingmechanismofallcircuitsareallelv.Thiswayofcommandsignaltransmissiondistanceisrelativelyclose,thecircuitbreakeroperationandpowerislarge,itisnotsuitablefor220500kvsubstation.Lowvoltagelineselectioncontrolwiringismorecomplex,moreoperationsteps,hardtoensureitsreliability.220-500kvsubstationcircuitbreaker,donotrecommendusinglowvoltagelineselectioncontrol.Commoncharacteristicisduetotheweakcurrentcontrolonthecontrolpanelusingtheminiaturizationoftheweakcurrentcontroldevice,thecontrolpanelontheunitareacanbeassignedbythecontrolloop.Undertheconditionofsamenumberofcontrolledobject,comparedwiththehighvoltagecontrol,canreducetheareaofthecontrolpanel,convenientmonitoringandoperationalpersonnel;Reducedthemastercontrolroomconstructionarea,reducetheinvestmentincivilengineering.Thisisamajoradvantageoftheweakcurrentcontrol.Butweakcurrentequipmentthereisinsufficient,lowvoltageterminalandweakcurrentequipmentofelectricalinsulationdistanceissmall,beafraidofdust,especiallyundertheconditionofdustcontainingconductivematerialmoredangerous;Weakcurrentequipmentterminalsandscreenaftertheweakcurrentconnectionterminalsandsoftlineconnectionwithwelding,duetoclosethedistancebetweentheterminal,whenchecklineandcleaningpayspecialattentiontopreventshortcircuitbetweenterminals;Inaddition,thereislowmechanicalstrength,offcontactcapacitysmall,pooranti-jammingperformanceshortcomings.Highvoltagecontrolcanbedividedintohighvoltageonetoonedirectcontrolandhighvoltagelineselectioncontrol.Veryfewofthelatterinthepracticalengineeringapplications.Highvoltageonetoonedirectcontrolmethodhassimplecontrolcircuit,powersupplyvoltageofasingleoperation,theoperationpersonneleasytograsp,convenientmaintenance,highreliabilityadvantages,allkindsofusedinsubstationisputintooperationamajorcontrolmethod.Highvoltagecontrol,becauseoftheworkingvoltageofcontrolequipmentishigher,tomeettherequirementsofinsulationdistance,controlequipment,terminalequipmentsuchasthevolumeisbig,andwithintheunitareaonthecontrolpanelcandecoratelesscontrolgoesbackfromthem.Insubstationscale,morecasesoftheobject,andthecontrolpanel.Thisnotonlyincreasesthesurfaceareaofthemaincontrolroom,increasingthecostofcivilengineering,atthesametime,duetothelargesurveillanceplane,isunfavorabletothenormalmonitoringandoperation.Atpresent,thecontrolmethodis:onetoonedirectcontrol,stationisnotaconventionalcontrolpanel,controlwasachievedbyindependentmeasurementdevice.Theoldstationisalsograduallyaccordingtothemethodsofmodification.Wheninbreakercontrolcircuitdesignshouldpayattentiontothefollowingbasicrequirements.1.Shallhavethemonitoringcircuitofthecontrolpower.Circuitbreakercontrolpoweristhemostimportant,oncelostpowersupply,circuitbreakercan'toperate.Whateverthereason,therefore,whenthecircuitbreakercontrolpowersupplydisappears,shouldsoundandlightsignals,promptthepersonnelondutytimelyprocessing.2.Shouldberegularlymonitoredcircuitbreakerjump,switchingcircuitintegrity,whentrippingorswitchingcircuitmalfunction,shouldsignalcircuitbreakercontrolcircuitdisconnection.3.Shouldbepreventelectriclockcircuitbreaker"jump","jump"tothecircuitbreakerisverydangerous,easytocausebodydamage,evencausedanexplosionofthecircuitbreaker,soblockingmeasuresmustbetaken.Atpresent,themicrocomputerprotectiondeviceandtheoperationofthecircuitbreakerloopinthedefaultconfiguration,havepreventbreaker"jump"electricalcircuits.Practicalapplication,useandcanonlyuseonetopreventthecircuitbreakerelectriccircuitsofthe"jump".Designandoperation,shouldstrictlyformanufacturertodesignthepartofthecircuit.OnFebruary2,1997,220kvlineAphasefaultofAcertainpowerplant,lineonbothsidesoftherightprotectiondevice,butwhenreclosingcircuitbreakerareproducedonbothsides"jump"phenomenon.Amongthem,thepowerplantsideofcircuitbreakeropenfinalinarow,hydraulicfellsharply,circuitbreakerstayinusafterrejectedpoints.Duetothefaultpointnotresection,the220kvcircuitbreakerfailureprotectionactionwillbuscouplercircuitbreakerandallcomponentsofresection,onabusabuspoweroutages.Accidentexaminationrevealed:faultlineofthepowerplantsidesplit-phaseoperationbox,keepthecoilspringpreventionrelayvoltagepolarityreverse,defendjumpcircuitfailstoplayarole,tocausethecircuitbreaker"jump"phenomenon:theclientisduetoitsanti