基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)自動(dòng)控制器的硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u21445基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)自動(dòng)控制器的硬件設(shè)計(jì)案例 16311.1系統(tǒng)主要元件選型 1164541.1.1加熱元件的選型 1193501.1.2接觸器的選型 2133381.1.3啟?？刂菩oSA1的選擇 343841.1.4液面開關(guān)的選擇 4216411.1.5功能指示用信號(hào)燈HL1的選擇 5246541.1.6壓力檢測(cè)模塊 5191201.1.7進(jìn)料閥的選擇 6295461.1.8排氣閥、氮?dú)忾y與泄放閥的選擇 7201681.2系統(tǒng)I/O接線圖的設(shè)計(jì) 9216281.3系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) 101.1系統(tǒng)主要元件選型由基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的主電路圖和接線圖可以看出，基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)需要的一些主要輸入控制件和輸出控制件是由旋鈕、液位檢測(cè)開關(guān)、壓力繼電器、指示燈、接觸器等組成，這里對(duì)這些元器件進(jìn)行了具體選型，詳細(xì)介紹如下：1.1.1加熱元件的選型本系統(tǒng)的加熱元件的額定功率是：10KW，發(fā)熱元件的接線方法是三相電源所組成的星型連接形式，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)加熱的材料為溶液，所以這里選用發(fā)熱管來(lái)進(jìn)行加熱。經(jīng)過(guò)各種元件的對(duì)比，諾德朗是制作大型商用電熱器的廠家，因此這里選用諾德朗10KW的三相發(fā)熱元件組件，其外形如圖3-1示：圖3-1基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)發(fā)熱器組件圖1.1.2接觸器的選型交流接觸器的工作原理是通過(guò)利用電磁力和彈簧彈力互相配合，來(lái)實(shí)現(xiàn)觸頭的接通與分?jǐn)嗟?。它總共有兩種工作狀態(tài):失電狀態(tài)(釋放狀態(tài))以及得電狀態(tài)(動(dòng)作狀態(tài))。當(dāng)我們操作吸引線圈通電后，靜鐵芯就會(huì)產(chǎn)生電磁吸力，使得銜鐵被吸合關(guān)閉，與銜鐵相連的連桿就會(huì)帶動(dòng)觸頭動(dòng)作，使常閉觸頭斷接觸器處在得電狀態(tài)。當(dāng)吸引線圈斷電時(shí)，電磁吸力隨即消失，銜鐵也就斷開，使得常開觸頭閉合，在位彈簧作用下釋放，所有觸頭便隨之復(fù)位，這時(shí)接觸器就處在失電狀態(tài)。這里基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)發(fā)熱器組的通電和斷電就由接觸器KM1來(lái)進(jìn)行控制，因此選擇接觸器就成為了控制主電路的關(guān)鍵。選擇控制接觸器的方法是先根據(jù)控制元器件的功率來(lái)計(jì)算出系統(tǒng)的線電流，這樣就可以選擇出系統(tǒng)接觸器的主觸點(diǎn)容量，這里需要先根據(jù)發(fā)熱元件的功率來(lái)計(jì)算出線路中的電流值。三相有功功率的計(jì)算公式是： (3-1)這里把發(fā)熱元件的有功功率P：10KW，額定電壓U：0.38KV，發(fā)熱元件的功率因數(shù)較高，這里?。篶osφ=0.9；又因?yàn)榧訜岱磻?yīng)爐爐體封閉極為嚴(yán)密，所以發(fā)熱體的熱利用率應(yīng)該較高，這里效率值?。?.9。把這些值代入上述計(jì)算公式，可以求出系統(tǒng)主電路的額定工作電流I：21A。由基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)接線圖可知，驅(qū)動(dòng)接觸器線圈的控制電壓是220V的交流電，所以這里選擇的是電壓等級(jí)為220V的交流接觸器，即交流線圈控制用接觸器。實(shí)際選擇接觸器的額定電流一般只選擇用比控制元器件的額定電流大出一定范圍即可，本系統(tǒng)即選擇40A的接觸器，這里即指的是接觸器的觸點(diǎn)的可長(zhǎng)期負(fù)荷電流值是40A。本接觸器的品牌選：國(guó)產(chǎn)正泰公司的產(chǎn)品，因其線圈的控制電壓是AC220V，所以其型號(hào)選NC1-4011,線圈電壓是AC220V。在實(shí)際系統(tǒng)的控制當(dāng)中，要求是一般先由PLC的輸出Y點(diǎn)控制小型繼電器的驅(qū)動(dòng)線圈，再由小型繼電器的5A控制用觸點(diǎn)來(lái)控制主電路中的接觸器的線圈。本系統(tǒng)主要是設(shè)計(jì)出反應(yīng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)，與實(shí)際的使用以及應(yīng)用有一定條件的差異，主要是實(shí)現(xiàn)基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)控制功能，因此要明白實(shí)際應(yīng)用時(shí)如何實(shí)現(xiàn)控制。這里的接觸器的主觸點(diǎn)部分在上面，控制線圈在下面，本系統(tǒng)中所用接觸器的外觀圖如下圖3-2所示：圖3-2基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)接觸器外觀圖1.1.3啟停控制旋鈕SA1的選擇系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止所用的旋鈕主要是用來(lái)控制PLC進(jìn)而控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，旋鈕向右側(cè)旋轉(zhuǎn)是為打開，即是控制X0動(dòng)作，這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)并且自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)啟動(dòng)指示燈也會(huì)亮起。正泰的NP2系列和施耐德XB2系列的按鈕都適用于交流50Hz或者60Hz、額定工作電壓至380V以及直流工作電壓至220V的工業(yè)控制電路中，是作為電磁起動(dòng)器、接觸器、繼電器還有其它電氣線路的控制之用，另外，它們還帶有指示燈式按鈕，可以適用于燈光信號(hào)指示的場(chǎng)合，很是符合加熱反應(yīng)爐控制系統(tǒng)，因此選用此系列的旋鈕。其型號(hào)是：NP2-BD25（正泰），按鈕下面觸點(diǎn)頭采用ZB2-BE101（施耐德），質(zhì)量可靠，并且產(chǎn)品符合GB?14048.5標(biāo)準(zhǔn)，使用維護(hù)方便。其外形如下圖3-3、3-4所示：圖3-3基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)旋鈕外形圖（正泰）圖3-4基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)旋鈕外形圖（施耐德）1.1.4液面開關(guān)的選擇基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的液位開關(guān)并沒(méi)有什么特殊的要求，只是需要它能夠在液位的上位或下位可以作出動(dòng)作就可以了。經(jīng)調(diào)查，上海威爾泰儀表公司是一家多年專業(yè)從事感測(cè)技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)加銷售為一體的高新科技企業(yè)，他們根據(jù)市場(chǎng)的需求，也專門從事各種傳感器、變送器以及與之相關(guān)聯(lián)的儀表產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)檢測(cè)、推廣銷售以及售后的質(zhì)保維護(hù)。因?yàn)檫@是加熱爐控制系統(tǒng)，所選擇的器件一定是要耐的住高溫，因此這里選用上海威爾泰儀表公司的鎧甲耐高溫型液位檢測(cè)節(jié)點(diǎn)型傳感器。其外形如下圖3-5所示：圖3-5基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)液位檢測(cè)傳感器開關(guān)外形圖1.1.5功能指示用信號(hào)燈HL1的選擇這里的信號(hào)燈主要是用作系統(tǒng)啟動(dòng)的系統(tǒng)信號(hào)指示，根據(jù)調(diào)查，正泰ND16系列信號(hào)燈適用于交流50Hz(或60Hz)、額定電壓380V及以下或者是直流工作電壓380V及以下的電訊、電氣等線路中，作為指示信號(hào)、預(yù)告信號(hào)、事故信號(hào)或者是其它指示信號(hào)之用，且外形小巧美觀價(jià)格適中。這里選用的指示燈的型號(hào)是：ND16-22DS/4。這里采用綠色指示燈，電壓是AC220V。其外形如下圖3-6所示：圖3-6基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)系統(tǒng)功能指示用信號(hào)燈外形圖1.1.6壓力檢測(cè)模塊這一部分系統(tǒng)所要求的壓力并不是很高，這里就選用一種帶電接點(diǎn)的數(shù)顯型壓力結(jié)點(diǎn)表，這種表的壓力報(bào)警以及控制點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)值是可以進(jìn)行調(diào)整的。電接點(diǎn)壓力表是用來(lái)測(cè)量對(duì)銅以及銅合金不起腐蝕作用的氣體或者是液體介質(zhì)的正負(fù)壓力，并且在壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出信號(hào)以及接通控制電路，從而達(dá)到自動(dòng)控制的報(bào)警的目的。這里選擇豐控牌，雖然價(jià)格略高，但是質(zhì)量極好，使用方便功能完善。這里選用的型號(hào)為：0-1.6MPa的壓力結(jié)點(diǎn)表。具體如3-7圖所示：圖3-7基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)豐控牌電結(jié)點(diǎn)表外形圖1.1.7進(jìn)料閥的選擇基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的進(jìn)料閥是用來(lái)控制反應(yīng)材料的進(jìn)入和停止，這里采用2W-250-20的閥門。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)較為容易。它的特點(diǎn)是介質(zhì)為空氣，與液壓介質(zhì)相比較來(lái)說(shuō)不易燃燒，故使用會(huì)更加安全。除了安全性，一般的電器元件的有效動(dòng)作次數(shù)約為百萬(wàn)次，而該型號(hào)一般的電磁閥的壽命就大于3000萬(wàn)次，某些質(zhì)量好的閥更是超過(guò)2億次，因此它可靠性更高而且使用壽命更長(zhǎng)。另外，全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力，與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)合使用，很適合加熱反應(yīng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)。安裝的時(shí)候需要注意，這種閥是單向的，其流向必須按閥上箭頭所標(biāo)示的方向才可以，其孔徑是由最后二位數(shù)字來(lái)表示，其外型如下圖3-8所示：圖3-8基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)進(jìn)料控制閥外形圖1.1.8排氣閥、氮?dú)忾y與泄放閥的選擇這幾個(gè)閥門的作用都是相同的，也都不需要有太多的功能要求，只是能夠根據(jù)控制要求來(lái)對(duì)氣體的通斷進(jìn)行控制，也就是說(shuō)線圈通電時(shí)排氣，斷電時(shí)關(guān)閉就可以了。通過(guò)查找，最終選擇了型號(hào)為2V025-08的電磁閥。這是個(gè)兩位兩通電磁閥，用來(lái)控制介質(zhì)的開啟和關(guān)閉，適用于水、輕油、空氣等介質(zhì)。它的電壓一般為DC24V以及AC220V，這種電磁閥分常開和常閉兩種：常開就是通電關(guān)閉，斷電打開；常閉則為通電打開，斷電關(guān)閉。那根據(jù)前面提到的加熱爐系統(tǒng)的情況來(lái)看，這里就選擇常閉，線圈電壓是AC220V。這個(gè)電磁閥最大耐壓為10公斤，符合系統(tǒng)需要。它的外形圖如下圖3-9所示：圖3-9基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)排氣以及氮?dú)饪刂崎y外形圖根據(jù)上面所研究的基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的元器件選型，可以做出基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的元器件明細(xì)表，具體內(nèi)容如下表3-10所示?；赑LC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的元器件列出清單后，方便后期實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)主要器件的選型以及采購(gòu)。表3-10基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)主要元器件型號(hào)明細(xì)表序號(hào)代號(hào)名稱型號(hào)品牌或廠家數(shù)量1R反應(yīng)爐加熱模塊10KW諾德朗10KW12PLC可編程序控制器FX2N-32MR三菱13SA1啟動(dòng)停止旋鈕NP2-BD25正泰14SQ1、SQ2液位檢測(cè)器多液位組合型上海威爾泰儀表公司15HL1指示燈ND16-22DS/4正泰16KM1交流接觸器NC1-4011Z正泰17進(jìn)料閥YV22W-250-20無(wú)錫凱維聯(lián)18排氣閥門YV12V025-08無(wú)錫凱維聯(lián)19氮?dú)忾yYV32V025-08110泄放閥YV42V025-0811.2系統(tǒng)I/O接線圖的設(shè)計(jì)根據(jù)PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的控制要求，結(jié)合控制元器件的符號(hào)和PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的分布情況，可以做出系統(tǒng)的控制IO地址分配表，具體如下：表3-11PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)IO地址分配表輸入點(diǎn)分配輸出點(diǎn)分配輸入設(shè)備輸入端子輸出設(shè)備輸出端子系統(tǒng)啟停旋鈕SA1X0系統(tǒng)啟動(dòng)指示燈HL1Y0下液面SQ1X1排氣閥門YV1Y1爐內(nèi)溫度檢測(cè)T1X2進(jìn)料閥YV2Y2上液面SQ2X3氮?dú)忾yYV3Y3爐內(nèi)壓力KP1X4泄放閥YV4Y4加熱爐電源KM1Y5基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)的輸入器件有系統(tǒng)啟停旋鈕SA1，下液面檢測(cè)開關(guān)SQ1，其輸入點(diǎn)是X1；爐內(nèi)溫度檢測(cè)控制器控制口T1，其輸入點(diǎn)是X2；上液面檢測(cè)開關(guān)SQ2，其輸入點(diǎn)是X3；反應(yīng)爐爐內(nèi)壓力檢測(cè)繼電器KP1，其輸入點(diǎn)是X4；輸出部分有：系統(tǒng)啟動(dòng)指示燈，符號(hào)是HL，輸出控制點(diǎn)是Y0；排氣閥門控制閥YV1，輸出控制點(diǎn)是Y1；進(jìn)料閥控制閥YV2，輸出控制點(diǎn)是Y2；氮?dú)廨敵隹刂崎yYV3，輸出控制點(diǎn)是Y3；泄放輸出控制閥YV4，輸出控制點(diǎn)是Y4；加熱爐電源控制接觸器KM1，輸出控制點(diǎn)是Y5。這里先根據(jù)系統(tǒng)的IO分配表繪制出系統(tǒng)的IO控制接線圖，具體如下圖3-12所示：圖3-12基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)自動(dòng)控制器系統(tǒng)的IO接線圖1.3系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)基于PLC的自動(dòng)反應(yīng)爐控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的控制功能為：第一階段：送料控制(1)檢測(cè)下液面X1，爐內(nèi)溫度X2、爐內(nèi)壓力X4是否都小于給定值(均為邏輯)。(2)若是，則開啟排氣閥Y1和進(jìn)料閥Y2。(3)當(dāng)液位上升到上液面X3時(shí)，應(yīng)關(guān)閉排氣閥Y1和進(jìn)料閥Y2。(4)延遲10秒鐘，開啟氮?dú)忾yY3，氮?dú)膺M(jìn)入反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升。當(dāng)壓力上升到給定值時(shí)，即X4=1，關(guān)斷氮?dú)忾y。送料過(guò)程結(jié)束。第二階段：加熱反應(yīng)控制(1)接通加熱爐電源Y5。(2)當(dāng)溫度升到給定值時(shí)(X2=1)，切斷加熱電源。(3)延遲10秒鐘，加熱過(guò)程結(jié)束。第三階段：泄放控制(1)打開排氣閥，使?fàn)t內(nèi)壓力降到預(yù)定最低值(X4=0)。(2)打開泄放閥Y4，當(dāng)爐內(nèi)溶液降到下液面(X1=1)時(shí)，關(guān)閉泄放閥和排氣閥。系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)。主電路一般指控制負(fù)荷較大的電路，由控制系統(tǒng)的控制要求可知，本系統(tǒng)的主電路主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，即由接觸器來(lái)控制通斷的發(fā)熱元件通斷電的電路，其電路圖如下圖3-11所示：圖3-11基于PLC的自