離心泵及液位（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）

第三章離心泵及液位離心泵及液位（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）一、工藝說明1．工作原理離心泵一般由電動機帶動。啟動前須在離心泵的殼體內(nèi)充滿被輸送的液體。當(dāng)電機通過聯(lián)軸結(jié)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，液體受到葉片的推力同時旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，液體從葉輪中心被甩向葉輪外沿，以高速流入泵殼，當(dāng)液體到達(dá)蝸形通道后，由于截面積逐漸擴大，大部分動能變成靜壓能，于是液體以較高的壓力送至所需的地方。當(dāng)葉輪中心的流體被甩出后，泵殼吸入口形成了一定的真空，在壓差的作用下，液體經(jīng)吸入管吸入泵殼內(nèi)，填補了被排出液體的位置。2．“氣縛”現(xiàn)象離心泵若在啟動前未充滿液體，則離心泵殼內(nèi)極易存在空氣，由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力就很小。此時在吸入口處形成的真空不足以將液體吸入離心泵內(nèi)，因而不能輸送液體，這種現(xiàn)象為“氣縛”。所以離心泵在開動前必須首先將被輸送的液體充滿泵體，并進(jìn)行高點排氣。3．“汽蝕”現(xiàn)象通常，離心泵葉輪入口處是壓力最低的部位，如果這個部位液體的壓力等于或低于在該溫度下液體的飽和蒸汽壓力，就會有蒸汽及溶解在液體中的氣體從液體中大量逸出，形成許多蒸汽和氣體混合物的汽泡。這些小汽泡隨著液體流入高壓區(qū)后，汽泡破裂重新凝結(jié)。在凝結(jié)過程中，質(zhì)點加速運動相互撞擊，產(chǎn)生很高的局部壓力。在壓力很大、頻率很高的連續(xù)打擊下，離心泵體金屬表面逐漸因疲勞而損壞，壽命大為縮短。離心泵的安裝位置不當(dāng)、流量調(diào)節(jié)不當(dāng)或入口管路阻力太大時都會造成“汽蝕”。4．離心泵的特性曲線離心泵的流量（F）、揚程（H）、功率（N）和效率（）是其重要的性能參數(shù)。這些性能參數(shù)之間存在一定的關(guān)系，可以通過實驗測定。通過實驗測定所繪制的曲線，稱為離心泵的特性曲線。常用的離心泵特性曲線有如下三種。①H-F曲線，表示離心泵流量F和揚程H的關(guān)系。離心泵的揚程在較大流量范圍內(nèi)是隨流量增大而減小。不同型號的離心泵，H—F曲線有所不同。相同型號的離心泵，特性曲線也不一定完全一樣。②N-F曲線，表示離心泵流量F和功率N的關(guān)系，N隨F的增大而增大。顯然，當(dāng)流量為零時，離心泵消耗的功率最小。因此，啟動離心泵時，為了減少電機啟動電流，應(yīng)將離心泵出口閥門關(guān)閉。③-F曲線，表示離心泵流量F和效率的關(guān)系。此曲線的最高點是離心泵的設(shè)計點，離心泵在該點對應(yīng)的流量及壓頭下工作，其效率最高。5．離心泵的操作要點離心泵的操作包括充液、啟動、運轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)及停車等過程。離心泵在啟動前必須使泵內(nèi)充滿液體，通過高點排氣保證泵體和吸入管內(nèi)沒有氣體積存。啟動時應(yīng)先關(guān)閉出口閥門，防止電機超負(fù)荷。停泵時亦應(yīng)先關(guān)閉出口閥門，以防出口管內(nèi)的流體倒流使葉輪受損。長期停泵，應(yīng)放出泵內(nèi)的液體，以免銹蝕和凍裂。6．工藝流程說明如流程圖3-1所示，離心泵系統(tǒng)由一個貯水槽、一臺主離心泵、一臺備用離心泵、管線、調(diào)節(jié)器及閥門等組成。上游水源經(jīng)管線由調(diào)節(jié)閥V1控制進(jìn)入貯水槽。上游水流量通過孔板流量計FI檢測。水槽液由調(diào)節(jié)器LIC控制，LIC的輸出信號連接至V1。離心泵的入口管線連接至水槽下部。管線上設(shè)有手操閥V2及旁路備用手操閥V2B、離心泵入口壓力表PI1。離心泵設(shè)有高點排氣閥V5、低點排液閥V7及高低點連通管線上的連通閥V6。主離心泵電機開關(guān)是PK1，備用離心泵電機開關(guān)是PK2。離心泵電機功率N、總揚程H及效率M分別有數(shù)字顯示。離心泵出口管線設(shè)有出口壓力表PI2、止逆閥、出口閥V3、出口流量檢測儀表、出口流量調(diào)節(jié)器FIC及調(diào)節(jié)閥V4。圖3-1離心泵單元流程圖畫面圖3-1離心泵電機上方的小流程圖表示了主離心泵和備用離心泵的安裝方式。為了節(jié)省畫面，本仿真軟件設(shè)定：當(dāng)事故狀態(tài)開啟備用泵PK2時，相關(guān)的所有儀表閥門默認(rèn)為屬于備用泵。7．控制組畫面控制組畫面（詳見圖3-2）集中了離心泵系統(tǒng)相關(guān)的調(diào)節(jié)器、指示儀表、手操器及開關(guān)?？梢栽诒井嬅嬷型瓿伤胁僮鳌D3-1及圖3-2中的控制、指示儀表及閥門說明如下。圖3-2控制組畫面（1）指示儀表PI1離心泵入口壓力MPaPI2離心泵出口壓力MPaFI低位貯水槽入口流量kg/sH離心泵揚程mN離心泵電機功率kWM離心泵效率%（2）調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)閥LIC低位貯水槽液位調(diào)節(jié)器%FIC離心泵出口流量調(diào)節(jié)器kg/hV1低位貯水槽入口調(diào)節(jié)閥V4離心泵出口流量調(diào)節(jié)閥（3）手操器V2離心泵入口閥V2B離心泵入口旁路備用閥V3離心泵出口閥（3）開關(guān)及快開閥門V5離心泵高點排氣閥V6排氣排液連通閥V7離心泵排液閥PK1離心泵電機開關(guān)PK2離心泵備用電機開關(guān)8．報警限說明FIC離心泵出口流量低限報警<1.0kg/s(L)LIC低位貯水槽液位高限報警>80%(H)LIC低位貯水槽液位低限報警<20%(L)PI1離心泵入口壓力低限報警<0.1MPa(L)二、離心泵冷態(tài)開車①檢查各開關(guān)、手動閥門是否處于關(guān)閉狀態(tài)。②將液位調(diào)節(jié)器LIC置手動，調(diào)節(jié)器輸出為零。③將液位調(diào)節(jié)器FIC置手動，調(diào)節(jié)器輸出為零。④進(jìn)行離心泵充水和排氣操作。開離心泵入口閥V2，開離心泵排氣閥V5，直至排氣口出現(xiàn)藍(lán)色點，表示排氣完成，關(guān)閥門V5。⑤為了防止離心泵開動后貯水槽液位下降至零，手動操作LIC的輸出使液位上升到50%時投自動。或先將LIC投自動，待離心泵啟動后再將LIC給定值提升至50%。⑥在泵出口閥V3關(guān)閉的前提下，開離心泵電機開關(guān)PK1，低負(fù)荷起動電動機。⑦開離心泵出口閥V3，由于FIC的輸出為零，離心泵輸出流量為零。⑧手動調(diào)整FIC的輸出，使流量逐漸上升至6kg/s且穩(wěn)定不變時投自動。⑨當(dāng)貯水槽入口流量FI與離心泵出口流量FIC達(dá)到動態(tài)平衡時，離心泵開車達(dá)到正常工況。此時各檢測點指示值如下：FIC6.0kg/sFI6.0kg/sPI10.15MPaPI20.44MPaLIC50.0%H29.4mM62.6%N2.76kW三、離心泵停車操作①首先關(guān)閉離心泵出口閥V3。②將LIC置手動，將輸出逐步降為零。③關(guān)PK1（停電機）。④關(guān)離心泵進(jìn)口閥V2。⑤開離心泵低點排液閥V7及高點排氣閥V5，直到藍(lán)色點消失，說明泵體中的水排干。最后關(guān)V7。四、測取離心泵特性曲線①離心泵開車達(dá)到正常工況后，F(xiàn)IC處于自動狀態(tài)。首先將FIC的給定值逐步提高到9kg/s。當(dāng)貯水槽入口流量FI與離心泵出口流量FIC達(dá)到動態(tài)平衡時，記錄此時的流量（F）、揚程（H）、功率（N）和效率（M）。②然后按照每次1kg/s（或0.5kg/s）的流量降低FIC的給定值。每降低一次，等待系統(tǒng)動態(tài)平衡后記錄一次數(shù)據(jù)，直到FIC的給定值降為零。③將記錄的數(shù)據(jù)描繪出H-F、N-F和-F三條曲線。完成后與“G2”畫面（詳見圖3-3）的標(biāo)準(zhǔn)曲線對照,應(yīng)當(dāng)完全一致。圖3-3離心泵特性曲線畫面五、事故設(shè)置及排除1．離心泵入口閥門堵塞（F2）事故現(xiàn)象：離心泵輸送流量降為零。離心泵功率降低。流量超下限報警。排除方法：首先關(guān)閉出口閥V3，再開旁路備用閥V2B，最后開V3閥恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。合格標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)事故現(xiàn)象能迅速作出合理判斷。能及時關(guān)泵并打開閥門V2B，沒有出現(xiàn)貯水槽液位超上限報警，并且操作步驟的順序正確為合格。2．電機故障（F3）事故現(xiàn)象：電機突然停轉(zhuǎn)。離心泵流量、功率、揚程和出口壓力均降為零。貯水槽液位上升。排除方法：立即啟動備用泵。步驟是首先關(guān)閉離心泵出口閥V3，再開備用電機開關(guān)PK2，最后開泵出口閥V3。合格標(biāo)準(zhǔn)：判斷準(zhǔn)確。開備用泵的操作步驟正確，沒有出現(xiàn)貯水槽液位超上限報警，為合格。3．離心泵“氣縛”故障（F4）事故現(xiàn)象：離心泵幾乎送不出流量，檢測數(shù)據(jù)波動，流量下限報警。排除方法：及時關(guān)閉出口閥V3。關(guān)電機開關(guān)PK1。打開高點排氣閥V5，直至藍(lán)色點出現(xiàn)后，關(guān)閥門V5。然后按開車規(guī)程開車。合格標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)事故現(xiàn)象能迅速作出合理判斷。能及時停泵，打開閥門V5排氣，并使離心泵恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)為合格。4．離心泵葉輪松脫（F5）事故現(xiàn)象：離心泵流量、揚程和出口壓力降為零，功率下降，貯水槽液位上升。排除方法：與電機故障相同，啟動備用泵。合格標(biāo)準(zhǔn)：判斷正確。合格標(biāo)準(zhǔn)與電機故障相同。5．FIC流量調(diào)節(jié)器故障（F6）事故現(xiàn)象：FIC輸出值大范圍波動，導(dǎo)致各檢測量波動。排除方法：迅速將FIC調(diào)節(jié)器切換為手動，通過手動調(diào)整使過程恢復(fù)正常。合格標(biāo)準(zhǔn)：判斷正確。手動調(diào)整平穩(wěn)，并且較快達(dá)到正常工況。六、開車評分信息本軟件設(shè)有三種開車評分信息畫面。簡要評分牌能隨時按鍵盤的F1鍵調(diào)出。本評分牌顯示當(dāng)前的開車步驟成績、開車安全成績、正常工況質(zhì)量（設(shè)計值）和開車總平均成績。為了有充分的時間了解成績評定結(jié)果，仿真程序處于凍結(jié)狀態(tài)。按鍵盤的任意鍵返回。開車評分記錄圖3-4開車評分記錄畫面能隨時按鍵盤的Alt+F鍵調(diào)出。本畫面記錄了開車步驟的分項得分、工況評分的細(xì)節(jié)、總報警次數(shù)及報警扣分信息。顯示本畫面時，軟件處于凍結(jié)狀態(tài)。按鍵盤的任意鍵返回。詳見圖3-4。趨勢畫面本軟件的趨勢畫面記錄了重要變量的歷史曲線，可以與評分記錄畫面配合對開車全過程進(jìn)行評價。七、開車評分標(biāo)準(zhǔn)1．開車步驟評分要點①各閥門關(guān)閉，調(diào)節(jié)器LIC置手動11分②各閥門關(guān)閉，調(diào)節(jié)器FIC置手動11分③開入口閥V2，關(guān)出口閥V3，用V5完成高點排氣35分④開泵電機開關(guān)PK115分⑤當(dāng)PK1開時刻，出口閥門V3處于關(guān)閉狀態(tài)26分總計：98分2．正常工況質(zhì)量評分要點①FIC投自動且達(dá)到穩(wěn)定24.5分②LIC投自動且達(dá)到穩(wěn)定24.5分③49.5<LIC<50.5%24.5分④5.95<FIC<6.05kg/s24.5分總計：98分離心式引風(fēng)機使用無功就地補償器的效果分析1引言禮經(jīng)電器離心式引風(fēng)機是我公司電解生產(chǎn)過程中用來給輸送氧化鋁的風(fēng)動溜槽供應(yīng)高壓風(fēng)的主要設(shè)備。全公司3個電解廠共36臺功率為37kW的離心式引風(fēng)機，都是長時間滿負(fù)荷運行，要消耗巨大的電能。本文簡要地從無功就地補償原理出發(fā)，分析了離心式引風(fēng)機節(jié)能效果及為公司節(jié)能創(chuàng)匯帶來的效益。2離心式引風(fēng)機的工作原理Y160L-237kW，380V，離心式引風(fēng)機的驅(qū)動電動機型號：電壓：風(fēng)機所產(chǎn)生的高壓風(fēng)通過管道進(jìn)入風(fēng)動溜槽風(fēng)室。它為鋁電解生產(chǎn)過程中輸送氧化鋁的風(fēng)動溜槽提供高壓風(fēng)，保證電解槽生產(chǎn)過程中氧化鋁的供應(yīng)，風(fēng)動溜槽分為走料室和風(fēng)室，中間通過帆布作為隔層，只要風(fēng)室內(nèi)通有高壓風(fēng)，氧化鋁就會被高壓風(fēng)吹起沸騰，并順著風(fēng)向向前沸騰流動，就可完成氧化鋁輸送任務(wù)。3無功就地補償器的特點無功就地補償器系采用日本指月株式會社和ABB電氣公司制造的自愈式金屬化并聯(lián)電容器組裝而成，每個電容器都有獨特的保險裝置。具有如下特點：（1）體積小、質(zhì)量輕、容量大，適合各種場合的0.4kV、3kV、6kV、10kV各種高低壓電動機安裝，起到終端補償?shù)淖罴研Ч?；?）質(zhì)量可靠，各種性能指標(biāo)均符合GB3483-89電氣標(biāo)準(zhǔn)；（3）安全措施齊全，內(nèi)裝放電電阻和獨特的保險裝置，并具有自愈功能；（4）整機可按需要的容量組合，以達(dá)到最佳的補償狀態(tài)；（5）無投切裝置和運轉(zhuǎn)器件，安裝簡便易行，不影響生產(chǎn)。4電動機無功就地補償原理4.1基本原理無功功率是感性電氣設(shè)備運行中，與電源間往返交換以建立交變磁場，保證電能轉(zhuǎn)換為其它形式的能或傳遞的不直接做功的電能。按功率三角形S2＝P2+Q2，式中S為視在功率；P為有功功率；Q為無功功率。P/Q＝cosφ，cosφ為功率因數(shù)。電動機功率因數(shù)高低是影響其電流大小及電源索取電能多少的決定因素。而無功功率的多少又直接決定功率因數(shù)的高低。在電源變壓器的高壓或低壓側(cè)安裝集中補償器，主要是解決電網(wǎng)的無功，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，用電單位內(nèi)部的電動機和輸電線路的無功并沒有從集中補償?shù)玫接行У慕鉀Q。因此，給電動機加裝無功就地補償器很有必要，如圖1所示。該無功就地補償器是由并聯(lián)電容器組成，它與電動機繞組并聯(lián)同時投切，以改善電動機和用電線路、設(shè)備的功率因數(shù)，降低線路電流，減少無功消耗，提高電源變壓器負(fù)載率。禮經(jīng)電器4.2選型根據(jù)補償后的要求，將功率因數(shù)提高的百分?jǐn)?shù)折算成降低無功功率的百分?jǐn)?shù)，就可以確定補償器的容量值，根據(jù)我公司的要求選定補償器的容量是16kvar。4.3功率因數(shù)與線損的關(guān)系流經(jīng)供電線路的電流I包括有功分量（IP）和無功電流分量（IQ），I2＝IP2+IQ2線路功率損耗：△P＝3I2R＝3（IP2+IQ2）R＝3IP2R+3IQ2R，當(dāng)降低功率因數(shù)時，無功電流IQ增加，線路損耗也隨之增加。功率因數(shù)升高時，無功電流IQ減少，線路損耗也隨之減少。所以，提高用電的功率因數(shù)對節(jié)電有重要的意義。功率因數(shù)升高或降低與功率損耗的增減關(guān)系如表1和表2所示。基于上述分析，決定首先對風(fēng)機側(cè)做平衡。平衡后各軸承的振動都明顯改善（見表3）。5節(jié)能分析根據(jù)電力部門出版的相關(guān)資料介紹，無功經(jīng)濟當(dāng)量是每kvar時節(jié)電0.08～0.16kW/h，取最低值0.08kW/h，以單臺全年300天計算：三班制：7200h×0.08×16kvar＝9216kW·h。電價按0.4元/kW·h計算，9216×0.4＝3686.4元，36臺每年可節(jié)約：36×3686.4＝132710可節(jié)約：元。這只是帶來的直觀效益，它對電氣方面的益處也是非常可觀的。6效果分析（1）改善設(shè)備的功率因數(shù)，使之提高到92％～97％，降低無功損耗50％～80％，平均節(jié)電10％～15％。（2）提高變壓器負(fù)載率，經(jīng)過補償可以使變壓器增容20％～30％。（3）減小用電單位內(nèi)部線損，改善電壓質(zhì)量。（4）可減少輸電導(dǎo)線截面積，平均減小線徑40％。（5）延長相關(guān)電氣的使用壽命，降低維修費用。（6）一般每kvar補償器一年可以節(jié)電300～500kW·h，僅以節(jié)電的電費計算，半年至一年即可收回投資。4.3功率因數(shù)與線損的關(guān)系流經(jīng)供電線路的電流I包括有功分量（IP）和無功電流分量（IQ），I2＝IP2+IQ2線路功率損耗：△P＝3I2R＝3（IP2+IQ2）R＝3IP2R+3IQ2R，當(dāng)降低功率因數(shù)時，無功電流IQ增加，線路損耗也隨之增加。功率因數(shù)升高時，無功電流IQ減少，線路損耗也隨之減少。所以，提高用電的功率因數(shù)對節(jié)電有重要的意義。功率因數(shù)升高或降低與功率損耗的增減關(guān)系如表1和表2所示?；谏鲜龇治觯瑳Q定首先對風(fēng)機側(cè)做平衡。平衡后各軸承的振動都明顯改善（見表3）。5節(jié)能分析根據(jù)電力部門出版的相關(guān)資料介紹，無功經(jīng)濟當(dāng)量是每kvar時節(jié)電0.08～0.16kW/h，取最低值0.08kW/h，以單臺全年300天計算：三班制：7200h×0.08×16kvar＝9216kW·h。電價按0.4元/kW·h計算，9216×0.4＝3686.4元，36臺每年可節(jié)約：36×3686.4＝132710可節(jié)約：元。這只是帶來的直觀效益，它對電氣方面的益處也是非?？捎^的。6效果分析（1）改善設(shè)備的功率因數(shù)，使之提高到92％～97％，降低無功損耗50％～80％，平均節(jié)電10％～15％。（2）提高變壓器負(fù)載率，經(jīng)過補償可以使變壓器增容20％～30％。（3）減小用電單位內(nèi)部線損，改善電壓質(zhì)量。（4）可減少輸電導(dǎo)線截面積，平均減小線徑40％。（5）延長相關(guān)電氣的使用壽命，降低維修費用。（6）一般每kvar補償器一年可以節(jié)電300～500kW·h，僅以節(jié)電的電費計算，半年至一年即可收回投資。禮經(jīng)電器青島理工大學(xué)檢測技術(shù)與控制儀表課程設(shè)計報告題目名稱：液位檢測與控制試驗系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)_自動化_______班級09級2班_____姓名__吳兆鋒______學(xué)號__202128111________時間_____2021____年__12__月____25___日指導(dǎo)教師劉素花__________目錄封面………………1目錄………………2課程任務(wù)…………3課程名稱、實驗?zāi)康募耙蟆?實驗步驟……………51.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計…………52、過程儀表選擇………………5(1液位變送器…………………6(2調(diào)節(jié)器………9(3調(diào)節(jié)閥……………………11(4變頻器……………………13(5水泵………15設(shè)計總結(jié)…………………17附錄：參考文獻(xiàn)……………18液位檢測與控制試驗系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計任務(wù)1、設(shè)計參數(shù)上位水箱尺寸：800×500×600mm；上位水箱離地200mm安裝，通過直徑為20mm的PVC管道與其它設(shè)備相連，設(shè)備離地30mm，要求測量水箱的液位。測量誤差不超過液位高度示值的±1mm。2、設(shè)計要求（1）上位水箱通過水泵供水，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速；（2）通過查閱相關(guān)設(shè)備手冊或上網(wǎng)查詢，選擇液位傳感器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵等設(shè)備（包括設(shè)備名稱、型號、性能指標(biāo)等）；（3）設(shè)備選型要有一定的理論計算；（4）用所選設(shè)備構(gòu)成實驗系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；（5）列出所能開設(shè)的實驗，并寫出實驗?zāi)康?、步驟、要求等。液位檢測與控制試驗系統(tǒng)設(shè)計摘要：本系統(tǒng)設(shè)計了一種基于AT89C52的水箱液位控制系統(tǒng)。由液位設(shè)定值進(jìn)行相應(yīng)計算得變頻器的頻率，控制水泵的輸入電壓，從而控制進(jìn)入水箱的液體量。液位傳感器采集液位數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后，送入單片機與設(shè)定的液位進(jìn)行比較得到誤差后再進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換。并由此誤差進(jìn)行相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)后作用于調(diào)節(jié)閥控制液體進(jìn)入水箱的速度，進(jìn)而控制液體流出水箱的速度。由以上進(jìn)行水箱的液位控制。本次試驗?zāi)M了水箱水位的檢測與控制系統(tǒng)，在整個設(shè)計過程中，完成了用PID算法對水箱液位的控制，在上水箱液位PID控制和，取得了滿意的曲線。其次是過程控制對象特性的確定和PID算法的研究，整個控制系統(tǒng)的組成，包括檢測裝置和執(zhí)行機構(gòu)的選擇。利用液體靜力學(xué)原理測量液位或水深，是近代壓力傳感器的一種重要應(yīng)用。利用當(dāng)代最先進(jìn)的微機械加工技術(shù)制作的高靈敏度、高精度硅壓阻力敏感元件作為液位傳感器的心臟，精密的溫度補償技術(shù)，輔之一帶通氣導(dǎo)管的專用電纜及專門的水密封技術(shù)，既保證了侵入式傳感器的水密封，又使得參考壓力腔與環(huán)境氣壓相通。通過對接觸介質(zhì)的各種材料包括敏感元件、殼體、電纜、護(hù)管等材料的選擇、試驗與設(shè)計，設(shè)計出正確的控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵，液位*實驗?zāi)康模和ㄟ^設(shè)計本系統(tǒng)進(jìn)一步了解各種過程器件的各種性能特征以及使用的場合與條件，更加清楚地知道各種儀表在自動化過程控制中的應(yīng)用。通過本次獨立的完成系統(tǒng)設(shè)計培養(yǎng)一種嚴(yán)密、整體的思維能力，以及獨立完成各種工作的能力。*實驗要求（1）上位水箱通過水泵供水，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速；（2）通過查閱相關(guān)設(shè)備手冊或上網(wǎng)查詢，選擇液位傳感器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵等設(shè)備（包括設(shè)備名稱、型號、性能指標(biāo)等）；（3）設(shè)備選型要有一定的理論計算；（4）用所選設(shè)備構(gòu)成實驗系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；（5）列出所能開設(shè)的實驗，并寫出實驗?zāi)康?、步驟、要求。*實驗步驟一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計1、控制方案本系統(tǒng)由液位設(shè)定值進(jìn)行相應(yīng)計算得變頻器的頻率，控制水泵的輸入電壓，從而控制進(jìn)入水箱的液體量。液位傳感器采集液位數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后，送入單片機與設(shè)定的液位進(jìn)行比較得到誤差后再進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換。并由此誤差進(jìn)行相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)后作用于調(diào)節(jié)閥控制液體進(jìn)入水箱的速度，進(jìn)而控制液體流出水箱的速度。由以上進(jìn)行水箱的液位控制。2、系統(tǒng)總體框圖二、過程儀表的選擇1、液位傳感器根據(jù)設(shè)計參數(shù)，水箱高度為600mm，測量誤差不超過液位高度示值的±1mm。假設(shè)所設(shè)定的液位高度為100mm~500mm,由誤差的計算式得（2/100=2%；2/500=0.4%），所以計算得到所需傳感器的誤差大致為2%~0.4%，即只要小于2%即可滿足要求。且設(shè)計題目中說明該傳感器通過直徑為20mm的PVC管道與其它設(shè)備相連，通過查閱大量的資料選擇了擴散硅（進(jìn)口芯片）液位變送器AOB136。靜壓測量原理：當(dāng)傳感器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為：Ρ=ρ.g.H+Po式中：P：液位計迎液面所受壓力ρ：被測液體密度g：重力加速度（調(diào)試時按照9.8015）Po：液面上大氣壓H：傳感器投入液體的深度同時，通過導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po，使傳感器測得壓力為：ρ.g.H，顯然,通過測取壓力P，可以得到液位深。選擇理由AOB136液位變送器采用先進(jìn)電路處理技術(shù)，性能穩(wěn)定、高靈敏度；多種量程，最大可測200m(水柱壓力；采用316L不銹鋼隔離膜片，適用于多種測量介質(zhì)；配置靈活，根據(jù)需要可選擇不同配置；一體式、分體式可選；反極性和過電壓保護(hù)；抗沖擊、防雷擊設(shè)計；激光調(diào)阻溫度補償，零點、量程可現(xiàn)場調(diào)節(jié)；范圍寬抗腐蝕，適于多種介質(zhì)；過載及抗干擾能力強，性能穩(wěn)定。采用高性能的擴散硅壓阻式壓力傳感器作為測量元件，經(jīng)過高可靠性的放大處理電路及精密溫度補償，將被測介質(zhì)的表壓或絕壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號。本產(chǎn)品體積小巧，使用安裝方便，直接投入水中即可測量出變送器末端到液面的液位高度特點采用擴散硅敏感元件，測量精確，穩(wěn)定性好變送器探頭采用全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)充硅油，傳感器芯片與介質(zhì)完全隔離，可測量多種介質(zhì)的液位外部可直接調(diào)整零點和滿度結(jié)構(gòu)緊湊堅固，安裝使用方便可配數(shù)字顯示器做現(xiàn)場輸出指示主要技術(shù)指標(biāo)：測量范圍：0.1～100m測量精度：±0.2%FS、±0.5%FS輸出信號：4～20mA或1～5VDC過載能力：2～3倍量程溫度漂移：0.02%FS/℃供電電源：18～36VDA介質(zhì)溫度：-20～80℃環(huán)境溫度：-30℃～80℃環(huán)境濕度：<85%RH●型號說明型譜說明A0B-136投入式液位變送器防爆形式P普通型B本安型F隔爆型連接方式L1導(dǎo)氣電纜連接L2不銹鋼管連接，最長2.5mL3特殊連接輸出信號A4～20mADCV1～5VDCZ指定信號顯示方式M0～100%模擬顯示E數(shù)字表頭顯示C液晶表頭顯示測量范圍（）（）內(nèi)記入量程電氣連接兩線制4～20mA連接紅線：電源；綠線：輸出實物圖.應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場液位測量與控制、城市供水及污水處理、石油、化工、電廠、水文監(jiān)測、水庫、大壩、水電建設(shè)等領(lǐng)域的液位的測量與控制。2、調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器即控制器，可編程調(diào)節(jié)器屬于調(diào)節(jié)器的一種，可編程調(diào)節(jié)器又稱數(shù)字調(diào)節(jié)器或單回路調(diào)節(jié)器。它是以微處理器為核心部件的一種新型調(diào)節(jié)器。它的各種功能可以通過改變程序（編程）的方法來實現(xiàn)，故稱為可編程調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器（單片機）的選擇51單片機簡單實用，本次選擇51單片機調(diào)節(jié)器外圍電路鍵盤顯示電路鍵盤顯示電路主要是實現(xiàn)液位設(shè)定值的輸入和顯示實時液位的功能。鍵盤接口及其軟件的設(shè)計任務(wù)主要包括：是否有鍵按下的檢測并判斷鍵值，有操作則進(jìn)行延時去消抖，并根據(jù)鍵值計算出調(diào)整量送執(zhí)行機構(gòu)開啟進(jìn)水或排水閥，進(jìn)行一系列的動作處理和執(zhí)行。本系統(tǒng)采用4行×4列的16鍵行列式鍵盤，占用單片機P1口的8個端口。顯示采用12864液晶顯示當(dāng)前液位測量值。AD、DA轉(zhuǎn)換電路及控制輸出AD轉(zhuǎn)換電路在控制器中起主導(dǎo)作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機能處理的數(shù)字量。該控制器采用CMOS工藝制造的逐步逼近式8位AD轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809。在使用時可選擇中斷、查詢和延時等待3種方式編制AD轉(zhuǎn)換程序。圖6是AD轉(zhuǎn)換部分原理圖，在接線時先經(jīng)過運算放大器和分壓電把傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后輸入到AD轉(zhuǎn)換器。DA轉(zhuǎn)換器則采用DAC0832.程序流程圖如下所示：3、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，它是過程控制系統(tǒng)中用動力操作去改變流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和閥（調(diào)節(jié)機構(gòu)）組成。執(zhí)行機構(gòu)是將控制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動作來控制閥內(nèi)截流件的位置或其他調(diào)節(jié)機構(gòu)的裝置。信號或驅(qū)動力可以為氣動、電動、液動或這三者的任意組合。閥是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它與介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機構(gòu)的推動下，改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。以壓縮空氣為動力源的調(diào)節(jié)閥稱為氣動調(diào)節(jié)閥；以電為動力源的調(diào)節(jié)閥則為電動調(diào)節(jié)閥。這兩種是用得最多的調(diào)節(jié)閥。此外，還有液動調(diào)節(jié)閥、智能閥、調(diào)節(jié)閥等。電動調(diào)節(jié)閥與氣動調(diào)節(jié)閥的對比電動調(diào)節(jié)閥優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣，調(diào)節(jié)過程可控性好，行程準(zhǔn)確。缺點是可能產(chǎn)生電火花，或者靜電火花。氣動調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點是動作迅速，能夠快速的完成調(diào)節(jié)命令，且安全，不會產(chǎn)生電火花。但缺點是控制復(fù)雜，造價高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。所以調(diào)節(jié)上大多都使用的是電動閥，但是在某些要求快速關(guān)啟的關(guān)路上和油管，易燃易爆氣體，化工危險品管路上還是使用氣動閥。且因為單片機直接輸出電氣信號，根據(jù)整個系統(tǒng)設(shè)計的需要電動調(diào)節(jié)閥更為合適。所選產(chǎn)品YDF01實物圖：概述YDF01系列直行程智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)，體積小、重量輕、功能強、智能操作器內(nèi)裝、操作方便。PSL系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)最大行程達(dá)到100mm，最大推力可達(dá)到25KN，適合于直線動作的閥門開關(guān)或調(diào)節(jié)控制。特點

．一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，執(zhí)行器選用鑄鋁支架及塑料外殼，體積小、重量輕

選用永磁同步電機，并帶有磁滯離合機構(gòu)，具有可靠的自我保護(hù)功能。功能模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過不同可選功能的組合，實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的控制，滿足不同應(yīng)用要求。

適合多種控制信號：增量（浮點）、電壓（0～10V）、電流（4～20mA）具有0～10V或4～20mA反饋信號（選配）

傳動全部采用小齒隙密封齒輪，具有效率高、噪聲低、壽命長、穩(wěn)定可靠、無需加油，多種運行速度，可滿足各種控制系統(tǒng)的要求，以保證系統(tǒng)的快速響應(yīng)及穩(wěn)定性

閥體有螺紋連接和法蘭連接兩種，安裝方便，其構(gòu)造符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)

驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制作的高速同步電機，運行平穩(wěn)。具有體積小、力矩大、抗堵轉(zhuǎn)、控制精度高等特點。

功耗低、輸出力大、噪音小

閥體有鑄銅、鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼多種材質(zhì)可供選擇，以適合不同工作介質(zhì)及溫度的要求閥位反饋元件采用全密封高精度多圈電位器，具有體積小、精度高、死區(qū)小、使用壽命長等特點。全部電器元件均采用世界名牌產(chǎn)品，質(zhì)量可靠。電器部件布線嚴(yán)謹(jǐn)并與傳動部件完全隔離，提高了執(zhí)行機構(gòu)運行性的可靠。結(jié)構(gòu)YDF01主要是由相互隔離的電器控制部分和齒輪傳動部分組成。電機作為連接兩隔離部分的中間部件，電機按控制要求輸出轉(zhuǎn)矩，通過多極正齒輪傳遞到梯形絲桿上，絲桿通過桿螺紋變換轉(zhuǎn)矩為推力。此桿螺紋能自鎖，并且將直線行程通過與閥門的適配器傳遞到閥桿。執(zhí)行機構(gòu)出軸帶有一個防止轉(zhuǎn)動的止轉(zhuǎn)銷，出軸的徑向鎖定裝置可以作為位置指示器。鎖定裝置連有一個連桿，連桿隨輸出軸同步運行，通過與連桿連接的線路板將輸出軸位移轉(zhuǎn)換成電信號，提供給伺服放大器做為比較信號和閥位反饋輸出，同時執(zhí)行機構(gòu)的行程也可由開關(guān)板上的兩個主限位開關(guān)來限制，并由兩個機械限位檔塊來調(diào)整限定位置。4、變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件將工頻電源轉(zhuǎn)換成另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護(hù)等功能變頻器變頻調(diào)速原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源。現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。交-直部分整流電路：由VD1-VD6六個整流二極管組成不可控全波整流橋。對于380V的額定電源，一般二極管反向耐壓值應(yīng)選1200V，二極管的正向電流為電機額定電流的1.414-2倍。變頻器分類變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。因為我們使用的是電壓源供電，所以使用電壓型。泵用變頻器調(diào)速控制原理水泵的負(fù)載性質(zhì)是平方遞減轉(zhuǎn)矩型,有下列關(guān)系:水泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比;揚程H與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比;電動機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率F成正比.因此改變電動機電源頻率,可改變電機即水泵的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量和水泵的揚程的目的.水泵專用型■針對水泵恒壓節(jié)能控制設(shè)計■內(nèi)置PID和先進(jìn)的節(jié)能軟件■可實現(xiàn)一托一分時段多點壓力定時功能■高效節(jié)能，節(jié)電效果20%～60%(根據(jù)實際工況而定■簡便管理，安全保護(hù)，實現(xiàn)自動化控制■延長設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定、保減磨損、降低故障率■實現(xiàn)軟起,制動功能實物：產(chǎn)品圖簡述：■高防護(hù)等級IP54■內(nèi)置PID功能，外加壓力傳感器，即可實現(xiàn)閉環(huán)控制■傻瓜式調(diào)試方法，方便使用■具備水泵電機保護(hù)功能■停電后自動恢復(fù)和低水