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購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 36壓電熱水鍋爐系統(tǒng)控制設(shè)計 摘 要 由于人類社會經(jīng)濟水平發(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，自動化程度低，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，鍋爐運行耗能大，并且存在安全隱患等缺點，所以現(xiàn)代鍋爐運行方式需要改進。 本次設(shè)計以電熱水鍋爐硬件設(shè)計為核心，通過外圍硬電器設(shè)備的連接實現(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算，實現(xiàn)對中小型鍋爐運行的自動控制。本次設(shè)計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。而且有很高的性價比，有很廣的使用前景。同時在本次設(shè)計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)測達到自動控制的目的。而且在設(shè)計中根據(jù)需要達到的效果對電路需要的硬電器進行選型，并通過電路設(shè)計以及連接使其完成常壓電熱水鍋爐的控制要求。同時為了降低設(shè)計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)計的鍋爐以水為傳導(dǎo)媒介，這樣也達到了節(jié)能環(huán)保的設(shè)計初衷。 關(guān)鍵詞 控制器； 節(jié)能環(huán)保 ；硬電器 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 36 in ue to of s to is to of is of is a so to be in as to in as by to of in of a at to of At by to 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 目 錄 摘要 ...................................................................................................................... I .............................................................................................................. 1 章 緒論 .................................................... 1 題研究的背景及內(nèi)容 ............................................................................ 1 熱水鍋爐國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 ................................................................ 1 熱水鍋爐特點 ........................................................................................ 2 熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)實例 ........................................................................ 4 章小結(jié) .................................................................................................... 5 第 2 章 電熱水鍋爐系統(tǒng)方案 ............................................................................. 6 熱水鍋爐總體設(shè)計規(guī)劃 ........................................................................ 6 熱管組布置 ............................................................................................ 6 流換熱面布置 ........................................................................................ 7 制系統(tǒng)與系統(tǒng)接線布置方案 ................................................................ 8 章小結(jié) .................................................................................................. 10 第 3 章 電熱水鍋爐硬件的選擇 ....................................................................... 11 路器的選擇 .......................................................................................... 11 路器 ................................................................................... 11 路器額定短路分?jǐn)嗄芰? ................................................... 13 路器的特性 ....................................................................... 13 路圖及可接輔助電器 ....................................................... 15 流接觸器的選擇 .................................................................................. 16 載繼電器的選擇 .................................................................................. 18 制器的選擇 .......................................................................................... 20 章小結(jié) .................................................................................................. 21 第 4 章 硬件電器電路的連接與控制方式 ....................................................... 22 電路回路連接 ...................................................................................... 22 制電路回路連接 .................................................................................. 23 熱器的控制連接與控制方式 ....................................................... 23 泵的控制連接與控制方式 ........................................................... 24 制器的連接方式 .................................................................................. 24 制面板的布置與開孔設(shè)計 .................................................................. 25 章小結(jié) .................................................................................................. 27 結(jié) 論 ..................................................................................................................... 28 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 致謝 ..................................................................................................................... 29 參考文獻 ............................................................................................................. 30 附錄一 ................................................................................................................. 31 附錄二 ................................................................................................................. 32 附錄三 ................................................................................................................. 33 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 1 第 1章 緒論 題研究的背景及內(nèi)容 通過對我國的實際國情以及環(huán)境保護上的要 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 。并 且 燃 燒 燃 料 型 鍋爐也存在安全隱患和燃料供應(yīng)上的一些問題， 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)計想要達到自動控制水溫以及進出水的控制要求 ， 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算、繪制梯形圖的可編程方式 ，實現(xiàn)鍋爐溫度 和水位 的 自動控制。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。達到鍋爐運行狀況自動檢測的要求，有效的提高鍋爐的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟型。 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)達國家，石油和天然氣已成為第一能源，占能源消費的 60%左右，燃油和燃氣鍋爐已逐步取代燃煤鍋爐，對風(fēng)機和水泵等典籍的變頻控制已相當(dāng)成熟，但是燃油燃氣鍋爐依然存在節(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)動力工程與控 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 2 制學(xué)院為亞運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，即一臺主機控制四臺鍋爐 [2]。雖然我國在鍋爐的使用和控制設(shè)計上取得了一些成績，但是難免還存在一些需要解決的問題： 0 年代 末開始，鍋爐的微機控制逐漸成熟起來，但主要實現(xiàn)儀表顯示、報表打印等功能，并未實現(xiàn)鍋爐自動控制 [3]。 中僅僅是控制鍋爐的開關(guān)量，風(fēng)機的啟動與關(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]。 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，溫度、壓力參數(shù)就無法達到設(shè)定值 [3]。我國自 70 年代末開始， 鍋爐的微機控制逐漸成熟起來，但主要實現(xiàn)儀表顯示、報表打印等功能，并未實現(xiàn)鍋爐自動控制 [4]。 熱水鍋爐特點 本次設(shè)計的鍋爐系統(tǒng)采用了電熱管電加熱的方式，并且無污染，達到綠色節(jié)能的設(shè)計理念。在電熱水鍋爐身上能發(fā)現(xiàn)很多其特有的優(yōu)點，這些優(yōu)點使得電熱水鍋爐與其他鍋爐相比有了很大優(yōu)勢，其優(yōu)勢能在以下七點中體現(xiàn)出來： 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，傳熱系數(shù)高，能量轉(zhuǎn)換效率非常高，一般高達95%，理論上運行鍋爐效率可以達到 98%以上 [5]。 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，不會產(chǎn)生灰塵，完全符合環(huán)境保護的要求，更適合被安排在稠密的人口生活區(qū)域和辦公區(qū)域 [5]。 行負載調(diào)節(jié)范圍廣，調(diào)節(jié)頻率快，啟動、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)運行負荷，調(diào)節(jié)操作迅速、簡單。與燃煤、燃油、燃氣常壓熱水鍋爐相比，操作運行更加方便、簡單 。 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)電機組都不同程度地擴建增容 , 發(fā)電能力大幅度增強 , 再加上一批中小電廠的成立，國內(nèi)各大電網(wǎng)的供電能 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 3 力明顯提高，此長彼 消， 電力市場出現(xiàn)了供大于求的局 面， 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 荷 運 行， 大面積的 推廣電加熱鍋爐可在一定程度上 緩和這種矛 盾 [6]。 用面積小，體積小重量輕 。由于鍋爐自身的功能和特點 , 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 。 完全實現(xiàn)自動化，電鍋爐的水位和溫 度都可以使用控制器進行調(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 告， 運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， 指示燈亮起或 發(fā)出警告 ， 并停止供水 [7]。對水溫也同時采用控制器監(jiān) 控， 當(dāng)水 溫加熱到所需 溫度時，指示燈亮起，此時可選擇立即排水 ， 或者短時間內(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。 控制器控制系統(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 子系統(tǒng)。電鍋爐的運行可以實 現(xiàn)自動 化， 最 大程度地將 編程控制器技術(shù)應(yīng)用于傳 統(tǒng)鍋爐行業(yè) [7]。 加熱鍋爐 的本體 結(jié)構(gòu)如圖 1示 ， 電加熱管采用三 角 形連 接， 三個電熱管連成一組， 外面罩有接 管， 裝 在法蘭盤 上， 與外部電氣設(shè)備連 接， 電熱管組外面有加熱器護 罩， 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，不會出現(xiàn)燃煤、 燃油、燃 氣鍋爐中存在的爆燃、泄漏等問 題， 從這 個意義上 講， 電加熱鍋爐的安全性更 好 [8]。 圖 1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體現(xiàn) 出很多優(yōu) 點， 但在實際使用中也有一些不完美的地方： 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 4 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，會出現(xiàn)安全隱患 [9]。 電價較高的地區(qū)使用電鍋爐運行成本較高 ， 最好在價格低計費時段運行，在電價較低的地區(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]。 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]。 熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)實例 電熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)如表 1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 98%，通過對常壓鍋爐技術(shù)參數(shù)的分析，可以設(shè)計出鍋爐本體結(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： 勿用電源零線當(dāng)做接地線。 質(zhì)會直接影響到加熱設(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)，必要的時候可加裝水質(zhì)處理設(shè)備，以達到水質(zhì)要求。 表 1列常壓電熱水鍋 爐技術(shù)參數(shù) 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 5 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。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行了細致的分析，從中找到常壓電熱水鍋爐可設(shè)計的方向。為第二章常壓電熱水鍋爐系統(tǒng)方案布置打下基礎(chǔ)。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 6 第 2章 電熱水鍋爐系統(tǒng)方案 熱水鍋爐總體設(shè)計規(guī)劃 本次設(shè)計主要以鍋爐的控制為主，所以設(shè)計思路大體有三個方向。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行選型與功能分 析，并且從中選出最適用于本次設(shè)計的一套硬件設(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。同時電氣電路是直接影響到用戶體驗的部分，也應(yīng)該重點設(shè)計連線方案，以達到設(shè)計的最終目的。 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 22]所示 。圖 2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 氣， 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、機械強度好、安全可靠、輕便耐用等特點，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 門廣泛地被采用， 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 980管徑 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 7 為 20 徑 為 50換熱表面為 ， 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 一個整體裝在法蘭盤 上， 從側(cè)面水 平插入，爐內(nèi)、有角鋼支 撐， 避免管組由于剛度不足出 現(xiàn)彎折現(xiàn) 象， 接 管的作用是保護管組根部不被強 烈沖刷，以延長電熱管的壽 命， 接管的長度不到電熱管的 1/3 不會顯著影響對流換 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 22]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換熱充分、均勻， 而 且可以有效地利用空 間， 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±10V， 電熱管組采用三角形聯(lián)接方式， 為了保障鍋爐穩(wěn)定運 行需要配合穩(wěn)壓 器和變壓器來使用， 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自動兩種方式控制，為保證運行安全，配有斷路器、熔斷器、漏電保護裝置，接線需要保證 絕緣性良 好，并且 必須保持端部干燥、清 潔， 以 免造成表面有雜質(zhì)造成短路。 圖 2熱管組裝配簡圖 流換熱面布置 以 36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 側(cè)， 以達到增加對流換熱的流程 ， 中 間 有隔 板，是水流在鍋爐內(nèi)單向流動 ， 以達到增強強化換 熱的目的，其中單向流 換熱公式如公式 22]所示： Q= （ 2 在室溫 為 25±2℃ 、 給水溫 度 為 20±1 ℃ 、 出水溫度 為 95±1℃ 的條 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 8 件 下， εt 取 60℃ ，總 換 熱面積 F=3×14×總功率 Q = 3×14×16=672則電熱管的設(shè)計平均散熱系數(shù)公式如公式 22]所示 ： k= Q/099 ) （ 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算中 。 考慮到電熱管的使用壽 命需要盡可能的保持長久， 需要給介質(zhì)水進行水質(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用、安全高效的原則。 制系統(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 ?？删幊炭刂破魇峭瓿煽删幊炭刂葡到y(tǒng)作用的核心元件。 運行面板儀表顯示的數(shù)值可 從布置在各測點的熱電偶、水位計、壓力傳感器 傳輸入的信號中得到 ， 信號通過可編程控制器內(nèi)部程序進行分析比較 ， 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)的動作。繼 電器、電磁開關(guān)、蜂鳴報警、指示燈報警等都屬于執(zhí)行元件。通過執(zhí)行元件的動作，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，這樣也能達到對系統(tǒng)工作狀況實時監(jiān)控的作用。 本次設(shè)計以鍋爐硬件控制為主，所以硬件系統(tǒng)的接線方案設(shè)計是本次設(shè)計的中心。本次設(shè)計的電熱水鍋爐主要為了是達到機電一體化的目的，所以電路設(shè)計可分為兩部分：一是主電路回路電路的設(shè)計，二是控制電路回路的設(shè)計。其中系統(tǒng)主回路電路原理簡圖如圖 2示。其中主電路有三條支路，分別對應(yīng)加熱器，水泵的三相負載。每條支路配有電流表實時監(jiān)測，并且在主電路上接有電 壓表測定使用電壓，達到了為用戶實時反映產(chǎn)品工作狀態(tài)的效果。 同時本次設(shè)計主要以硬件電氣設(shè)計為主要內(nèi)容，控制電路的設(shè)計也是本次設(shè)計的中心環(huán)節(jié)，控制電路電路回路原理圖如圖 2示?？刂齐娐分邪ㄖ甘緹簟⒖刂崎_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，水泵可進行自動化控制，真正實現(xiàn)機電一體 化控制。 并且在系統(tǒng)中采用 56 點位的控制器， 控制器通過對傳感器給出的輸 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 9 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)通過與控制器中點位相連，達到了自動化控制的目的?？刂破髦锌删幊虆^(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，即常閉觸點與常開觸點的斷開與閉合以達到控制目的。 圖 2電路回路原理簡圖 圖 2制電路回路原理簡圖 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 10 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)計的設(shè)計思路，加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及所需要的可編程計算機系統(tǒng)布置方案。電熱水鍋爐設(shè)計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。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 11 第 3章 電熱水鍋爐硬件的選擇 路器的選擇 斷路器在電路中起到保護作用，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 3路器是額定電流最大至 80A 的緊湊型斷路器。其外觀如圖 3示。該斷路器 根據(jù)限流原理進行工作?？梢杂糜陔姍C或其它負荷的起動，斷開及過載和短路保護； 3可用作電動機斷相保護。用于電機或設(shè)備保護時，該斷路器配備過電流瞬時脫扣器和反時限延時過載脫扣器。由于起動器組合裝置本身具有過載保護，因此用于起動器組合的 3安裝過電流瞬時脫扣器。斷路器和接觸器可組合成無熔斷器型組合起動裝置。 3路器適用于任何一種氣侯。按封閉房間內(nèi)良好操 作環(huán)境下進行設(shè)計 (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路器外形圖 路器 3于電動機保護時，承受電流范圍為 25A。該斷路器特性曲線如圖 3示，這些斷路器的特征曲線反映了電動機的過載及短路保護特性。并且當(dāng)達到反時限超過負荷時，脫扣器可根據(jù)被保護電機的 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 12 額定電流進行整定，而瞬時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機起動電流。 圖 3路器脫扣特性曲線 當(dāng)該斷路器用于變壓器保護時， 3受電流為 20A。該斷路器用以對具有高浪涌電流的控制變壓器原邊進行保護。它們帶有可調(diào)整的過載脫扣裝置和預(yù)設(shè)好的瞬動短路電流脫扣裝置。瞬時脫扣動作電流整定在 19 倍工作電流，這保證了具有浪涌 電流峰值達 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時， 3受電流為 25A。該斷路器用來對電纜、導(dǎo)體、電氣設(shè)備進行過載和短路保護。具有整定好的或可調(diào)整的過載、 短路脫扣裝置來達到優(yōu)化配電系統(tǒng)適應(yīng)性的目的。 3路器可配合附件限流器已達到提高短路分?jǐn)嗄芰Φ淖饔茫芰χ悼商嵘?50015V。附件限流器外形如圖 3示，該限流器額定電流為 56A，橫向尺寸為 38重量為 圖 3流器外形圖 3路器也可與遠程控制機構(gòu)組合，達到遠距離接通和斷開斷路器的功能 。遠程監(jiān)控機構(gòu)外形如圖 3示遠程監(jiān)控機構(gòu)的額定電壓為 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 13 0/6020V~240V。橫向尺寸為 318 圖 3程監(jiān)控機構(gòu)外形圖 路器額定短路分?jǐn)嗄芰? 3路器額定短路分?jǐn)嗄芰θ鐖D 33]所示，表中顯示在額定電流 額定工作電壓 的額定極限短路分?jǐn)嗄芰?額定運行短路分?jǐn)嗄芰?表中的上半部分區(qū)域，額定極限短路分?jǐn)嗄芰Σ恍∮? 100此不需要后備熔斷器。在其它區(qū)域，當(dāng)斷路器安裝點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，斷路器需要熔斷器保護。后備熔斷器按表中所列選用。對于 3路器，如不需要熔斷器作后備保護，可用 338 流器代替熔斷器，以增加斷路器的短路分?jǐn)嗄芰?，具體數(shù)值在括號內(nèi)。 注：（）括號內(nèi)數(shù)字為帶限流器的 3路器的短路分?jǐn)嗄芰? 圖 3路器額定短路分?jǐn)嗄芰?圖 路器的特性 3路器的特性曲線是在冷態(tài)，三相負載的狀態(tài)下測得的。如果 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 14 特性曲線在工作溫度下，器熱過載脫口器脫口時間將減少約 25%。并且根據(jù)電器分配標(biāo)準(zhǔn)，在三相負載和三倍和及以上整定電流下脫扣時間的偏差為± 20%。 根據(jù)特定條件，及斷路器額定電流 6A，電流整定范圍 4時過電流脫扣器脫扣電流為 72A，額定電壓為交流 50400V 時可測出 3 電流特性曲線，特性曲線如圖 33]所示；限流特性曲線，特性曲線如圖 33]所示； I2t 特性曲線，特性曲線如圖 33]所示。 圖 3間 圖 3流特性曲線 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 15 圖 3路 器 I2t 特性曲線 根據(jù)時間 時擊穿電流越大分短感應(yīng)時間越短，并且在 10A 和 20A 區(qū)間感應(yīng)最靈敏，所以可以看出 3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)局部短路時斷路器做出的響應(yīng)。從三個特性曲線中可以知道 3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做出對電路的保護措施。 路圖及可接輔助電器 在本節(jié)中，介紹了 3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。3電路圖如圖 3示，圖中標(biāo)出可外接的輔助電器。其中 a)處可選分勵脫扣器， 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路器電路圖 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 16 流接觸器的選擇 根據(jù)電機的使用考慮，在本設(shè)計中交流接觸器選用西門子公司生產(chǎn)的3列交流接觸器，該型號的交流接觸器為交流 50 60定絕緣電壓為 690 用類別下額定工作電壓為 380V 時的額定工作電流為 9要供遠距離接通及分?jǐn)嚯娐分茫m用于控制交流電動機的起動、停止及反轉(zhuǎn)。符合 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℃時不超過 50%，在 +25℃時不超過 90%；大氣條件：在沒有會引起爆炸危險的介質(zhì)，也沒有腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和導(dǎo)電塵埃；在無顯著搖動和沖擊振動，沒有雨雪侵襲的地方工作效果最佳。 3列交流接觸器中有 33333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)計中，考慮到電機，水泵工作電器的使用，主要選用的是 3列中的3流接觸器和 3流接觸器，這兩款型號的交流接 觸器詳細技術(shù)參數(shù)見表 34]。并繪制出外形及安裝尺寸，其外形與安裝尺寸如圖 3 3示。 圖 3形及安裝尺寸圖 在圖 3 寸為 120寸為 55尺寸為81尺寸為 108 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 17 圖 3形及安裝尺寸圖 在圖 3 120 143 100150 232 130 150 15 37e 為 130 213 40 930 146g 為 45直徑 螺紋孔， 螺紋孔。 表 3列接觸器技術(shù)參數(shù)表 技術(shù)參數(shù) 33額定絕緣電壓（ V） 690 1000 額定工作電流（ A） （ 380V） 2 110 4 可控電機功率（ 030/220V 400/380V 500V 690/660V 1000V 5 21 23 __ 37 55 76 100 65 00/380V 690/660V 3 7 49/械壽命（ ×106） 10 3 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 18 續(xù)表 3列接觸器技術(shù)參數(shù)表 3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，且具很高的機械強度；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，安全防護性好。 載繼電器的選擇 在本次設(shè)計中，從經(jīng)濟實用方面考慮選用西門子公司生產(chǎn)的 3列熱過載繼電器， 3列熱過載繼電器適用于交流 500壓 690流 長期工作或間斷長期工作的一般交流電動機的過載與斷相保護，也可用作直流電磁鐵和直流電動機的過載保護。 繼電器具有斷相保護，溫度補償，脫扣指示功能，并能自動與手動復(fù)位，動作可靠，符合 標(biāo)準(zhǔn)。該系列繼電器可與接觸器接插安裝，也可獨立安裝。 電壽命（ ×108） 作頻率（ 1/h） 50 1000 50 300 吸引線圈工作電壓范圍 （ (s 吸引線圈功率消耗（ 50 吸和 00 保持 定發(fā)熱電流（ A） 55 160 輔助觸頭約定發(fā)熱電流（ A） 10 10 輔助觸頭額定絕緣電壓（ V） 690 690 輔助觸頭額定工作電流（ A） 80/220V 4/6 4/6 10/220V 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 19 3列熱過載繼電器中有 3333型號。根據(jù)本次設(shè)計需求以及 3列熱過載繼電器技術(shù)參數(shù)表，選用 3號的熱過載繼電器，該繼電器的外形以及安裝尺寸如圖 3示。 3號熱過載繼電器其內(nèi)部接線方式如圖 3示。3列熱過載繼電器技術(shù)參數(shù)表詳見附錄 1。 圖 3 3觸器安裝尺寸圖 圖 3過載繼電器內(nèi)部接線圖 3列為雙金屬片式熱過載繼電器，脫扣等級為 10A；具有差動式斷相保護；具有整定電流連續(xù)可調(diào)裝置；具有溫度補償；具有脫扣指示；具有測試按鈕；具有手動復(fù)位和自動復(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， 安全防護性好；可以與接觸器接插安裝或獨立安裝。 3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，以及最適宜保護哪種狀態(tài)的電路。 3列熱過載繼電器脫扣特性曲線如圖 35]所示。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 20 在此電流 — 時間曲線中顯示了從冷態(tài) 到脫扣的時間和實際電流與整定電流的倍數(shù)之間的關(guān)系。當(dāng)運行電流是 E 時，脫扣時間將縮短25%。脫扣曲線 3 適用于 3 極負載，脫扣曲線 2 適用于 2 極負載。對于單極負載，脫扣曲線介于 2、 3 之間。對于通常的運行情況，熱脫扣器的 3個雙金屬片均需被加熱。 3繼電器適用于保護帶相序控制的電動機，用于保護單相或直流負載時應(yīng)將三個主觸頭串聯(lián)，此時適用于曲線3。 3 相對稱負載的脫扣電流為整定電流的 105%到 120%。 圖 3列熱過載繼電器脫扣特性曲 線 制器的選擇 控制器是本次設(shè)計中控制各種實現(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出水溫度、加熱時間、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，能夠有效地實現(xiàn)自動機電一體化的效果。同時控制器通過可編程軟件的控制，還可實現(xiàn)自動開、關(guān)機，自動檢測溫度，自動加熱等功能，而且控制器通過與各種繼電器的配合，能夠?qū)崟r反映系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障或操作失誤時，會通過指示燈的閃動及時發(fā)出警報，達到對系統(tǒng)的保護作用。 在本次設(shè)計中采用 56 點位的控制器，其點位如圖 3示。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。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)通過與控制器中點位相連，達到了自動化控制的目的。本設(shè)計系統(tǒng)中采用進水出水雙水泵，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，即常閉觸點與常開觸點的斷開與閉合以達到控制目的。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 21 圖 3制器點位圖 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作用的斷路器、接觸器、以及熱過載繼電器。這些保護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、外形進行了重點的介紹。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)。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 - - 22 第 4章 硬件電器電路的連接與控制方式 電路回路連接 本次設(shè)計以鍋爐硬件控制為主，所以硬件系統(tǒng)的接線方案設(shè)計也是本次設(shè)計 的中心。本次設(shè)計的電熱水鍋爐主要為了是達到機電一體化的目的，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示。 圖 4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，水泵的三極使用負載端。每條支路配有電流表實時監(jiān)測，并與主電路的三相支路直接相連，同時在主電路上接有電壓表測定實時電壓，電壓表與萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)相連，保證電壓表的使用