湖北水利水电职业技术学院
课程设计报告书
08 级电气自动化专业
科 目：
电力电子技术
题 目：单相相控整流电路的应用
班 级：
电气 4 班
学 号：
06
学生姓名：
谢武
指导教师：
毛晓英
日期：2011 年 04 月 10 日
目录 标题、摘要、关键词--------------------------------------2 前言----------------------------------------------------3 第一章 原始资料分析-------------------------------------4
本所设计电压等级--------------------------------4 电源负荷----------------------------------------4 第二章 电气主接线设计-----------------------------------6 主接线接线方式----------------------------------6 电气主接线的选择---------------------------------8 第三章 所用电的设计-------------------------------------10 所用电接线一般原则------------------------------10 所用电接线方式确定------------------------------10
备用电源自动投入装置----------------------------10
第四章 短路电流计算-------------------------------------12 短路计算的目的----------------------------------12 短路计算过程------------------------------------12
第五章 继电保护配置-------------------------------------20
变电所母线保护配置-----------------------------20
变电所主变保护的配置---------------------------20 第六章 防雷接地----------------------------------------22
避雷器的选择-----------------------------------22
变电所的进线段保护-----------------------------23
接地装置的设计---------------------------------23 致谢----------------------------------------------------27
参考文献------------------------------------------------28
电气自动化 110-35kv 变电所设计
摘要 变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的 安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配 电能的作用。
这次设计以 110kV 降压变电所为主要设计对象，分析变电站的原始资 料确定变电所的主接线；通过负荷计算确定主变压器台数、容量及型 号。根据短路计算的结果，对变电所的一次设备进行了选择和校验。
同时完成防雷保护及接地装置方案的设计。
关键词: 变电所电气主接线；短路电流计算；一次设备；防雷保护
前言
本次设计题目为 110KV 变电所一次系统设计。此设计任务旨在体 现对本专业各科知识的掌握程度，培养对本专业各科知识进行综合运 用的能力，同时检验本专业学习三年以来的学习结果。
此次设计首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数， 分析负荷发展趋势。通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑， 并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了 110kV 主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数， 容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，在根据最大持 续工作电流及短路计算结果，对设备进行了选型校验，同时考虑到系 统发生故障时，必须有相应的保护装置，因此对继电保护做了简要说 明。对于来自外部的雷电过电压，则进行了防雷保护和接地装置的设 计，最后对整体进行规划布置,从而完成 110kV 变电所一次系统的设 计。
第一章原始资料分析 本所设计电压等级
根据设计任务本次设计的电压等级为：110/35KV 电源负荷地理位置情况
1、电源分析 与本所连接的系统电源共有 3 个，其中 110KV 两个，35KV 一个。
具体情况如下：
1）110KV 系统变电所 该所电源容量(即 110KV 系统装机总容量)为 200MVA(以火电为 主)。在该所等电压母线上的短路容量为 650MVA，该所与本所的距离 为 9KM。以一回路与本所连接。
2）110KV 火电厂 该厂距离本所 12KM，装有 3 台机组和两台主变，以一回线路与 本所连接，该厂主接线简图如图：
图 110KV 火电厂接线图
3）35KV 系统变电所 该所距本所 7.5KM.以一回线路相连接，在该所高压母线上的短 路容量为 250MVA.。
以上 3 个电源，在正常运行时，主要是由两个 110KV 级电源来供电给本所。
35KV 变电所与本所相连的线路传输功率较小，为联络用。当 3 个电源中的某一 电源出故障，不能供电给本所时，系统通过调整运行方式，基本是能满足本所重 要负荷的用电，此时 35KV 变点所可以按合理输送容量供电给本所。
2、负荷资料分析 1）35KV 负荷
表 35KV 负荷参数表
用户名称 容量（MW） 距离（KM）
备注
化工厂
15
Ⅰ类负荷
铝厂
13
Ⅰ类负荷
水厂
Ⅰ类负荷
注：35KV 用户中，化工厂，铝厂有自备电源 2）10KV 远期最大负荷 3）本变电所自用负荷约为 60KVA；
4）一些负荷参数的取值：
负荷功率因数均取 cosφ=，负荷同期率 Kt=，年最大负荷利用 小时数 Tmax＝4800 小时/年，表中所列负荷不包括网损在内，故计算 时因考虑网损，此处计算一律取网损率为 5%，各电压等级的出线回 路数在设计中根据实际需要来决定。各电压等级是否预备用线路请自 行考虑决定。
第 2 章 电气主接线设计
电气主接线是变电所电气设计的首要核心部分，也是电力构成的 重要环节。电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的 性质，选择出某种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方 式。
主接线接线方式
2.1.1 单母线接线
优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套 配电装置。
缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障 时检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当 一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母 线段分开后才能恢复非故障母线的供电。
适用范围：35-63KV 配电装置出线回路数不超过 3 回；110-220KV 配电装置的出线回路数不超过 2 回。
2.1.2 单母线分段接线
优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两 个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将 故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回 路都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交 叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。
适用范围：
35KV 配电装置出线回路数为 4-8 回时；110-220KV 配电装置出线回路数为 3-4 回时。
2.2.3 单母分段带旁路母线
这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为 35-110KV 的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。
2.2.4 桥型接线
1、内桥形接线 优点：高压断器数量少，四个回路只需三台断路器。
缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一 回线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线 断路器检修时，线路需较长时期停运。
适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器不经常 切换或线路较长，故障率较高的情况。
2、外桥形接线 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。
缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台 变压器暂时停运。高压侧断路器检修时，变压器较长时期停运。
适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器的切换 较频繁或线路较短，故障率较少的情况。
2.2.5 双母线接线
优点：
1）供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母 线故障时，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该 回路。
2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母 线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
3）扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响 两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。
4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分 开，单独接至一组母线上。
缺点：
1）增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。
2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误 操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连 锁装置。
适用范围：6-10KV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电 抗器时；35KV 配电装置，当出线回路数超过 8 回时，或连接的电源 较多、负荷较大时；110-220KV 配电装置，出线回路数为 5 回及以上 时，或 110-220KV 配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为 4 回 及以上时。
2.2.6 双母线分段接线
双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件 可完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利 的。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电 保护方式和操作运行方面都不会发生问题，而较容易实现分阶段的扩 建优点。但容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停运线路。
占地面积较大。一般当连接的进出线回路数在 11 回及以下时，母线 不分段。
电气主接线的选择
35kV 电气主接线
根据资料显示,由于 35KV 的出线为 4 回，一类负荷较多，可以初
步选择以下两种方案：
1）单母分段带旁母接线且分段断路器兼作旁路断路器，电压等
级为 35kV～60kV，出线为 4～8 回，可采用单母线分段接线，也可采
用双母线接线。
2）双母接线接线
表 35KV 主接线方案比较
方案项目
方案Ⅰ单母分段带旁母
方案Ⅱ双母接线
技术
① 单清晰、操作方 便、 易于发展
② 可靠性、灵活性差 ③ 旁路断路器还可以
代替出线断路器，进 行不停电检修出线 断路器，保证重要用 户供电 ④ 扩建时需向两个方 向均衡扩建
① 供电可靠 ② 调度灵活 ③ 扩建方便 ④ 便于试验 ⑤ 易误操作
经济
① 设备少、投资小 ②用母线分段断路器兼
① 设备多、配电装置 复杂
作旁路断路器节省投资
② 投资和占地面 大
虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。
鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。
110kV 电气主接线
根据资料显示，由于 110KV 没有出线只有 2 回进线，可以初步选 择以下两种方案：
1）桥行接线,根据资料分析此处应选择内桥接线。
2）单母接线。
表 110KV 主接线方案比较
方案项目
方案Ⅰ内桥接线
方案Ⅱ单母分段
技术 经济
② 线清晰简单
① 简单清晰、操作
②调度灵活，可靠性 方便、易于发展
不高
② 可靠性、灵活性
差
①占地少
① 备少、投资小
②使用的断路器少
经比较两种方案都具有接线简单这一特性。虽然方案Ⅰ可靠性、灵活 性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。可选用投资小的方案Ⅰ
第 3 章 所用电的设计
变电所的所用电是变电所的重要负荷，因此，在所用电设计时应 按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电所发展规划，妥善 解决因建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设 备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行。
所用电接线一般原则
1)满足正常运行时的安全,可靠,灵活,经济和检修,维护方便等 一般要求。
2)尽量缩小所用电系统的故障影响范围,并尽量避免引起全所停 电事故。
3)充分考虑变电所正常,事故,检修,起动等运行下的供电要求, 切换操作简便。
所用变容量型式的确定
站用变压器的容量应满足经常的负荷需要，对于有重要负荷的变 电所，应考虑当一台所变压器停运时，其另一台变压器容量就能保证 全部负荷的 60～70%。由于S站 =60KVA 且由于上述条件所限制。所以， 两台所变压器应各自承担 30KVA。当一台停运时，另一台则承担 70% 为 42KVA。
故选两台 50KVA 的主变压器就可满足负荷需求。考虑到目前我国 配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目 标，可选用干式变压器。
表 S9-50/10 变压器参数表
型号
电压组合
空负空
高压
连接
高压分 接范围
低压
组标 号
载 损 耗
载 损 耗
载 电 流
阻抗 电压
S9-50/ 10±5% 10;;6
Y,yn
0
所用电接线方式确定
所用电的接线方式，在主接线设计中，选用为单母分段接线选两台所用变压 器互为备用，每台变压器容量及型号相同，并且分别接在不同的母线上。
备用电源自动投入装置
3.4.1 备用电源自动投入装置作用
备用电源自动投入装置目标：为消除或减少损失，保证用户不间 断供电。
BZT 定义：当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动的将 备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于 停电的一种自动装置简称备自投或 BZT 装置。
3.4.2 适用情况以及优点
1）发电厂的厂用电和变电所的所用电。
2）有双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作 为备用。
3）降压变电所内装有备用变压器和互为备用的母线段。
4）生产过程中某些重要的备用机组 采用 BZT 的优点：
提高供电的可靠性节省建设投资，简化继电保护装置，限制短路 电流，提高母线残压。
3.4.3 BZT 的工作过程及要求[2]
BZT 装置应满足的基本要求：
1）工作母线突然失压，BZT 装置应能动作。
2）工作电源先切，备用电源后投。
3）判断工作电源断路器切实断开，工作母线无电压才允许备用 电源合闸。
4）BZT 装置只动作一次，动作是应发出信号。
5）BZT 装置动作过程应使负荷中断供电的时间尽可能短。
6）备用电源无压时 BZT 装置不应动作。
7）正常停电时备用装置不启动。
8）备用电源或备用设备投入故障时应使其保护加速动作。
BZT 装置应由低电压启动部分和自动重合闸部分组成，低电压启动部
分是监视工作母线失压和备用电源是否正常；自动重合闸部分在工作
电源的断路器断开后，经过一定延时间将备用电源的断路器自动投
入。
变电所 BZT 装置工作过程：
1）110KV 侧 BZT：当某一条 110KV 母线故障导致母线失压，故障 侧断路器切断工作电源，非故障侧母线与桥型母线上 BZT 动作，将故 障侧设备自动切换到非故障侧。
2）35KV 侧 BZT: 当某一条 35KV 母线故障导致母线失压，故障侧 断路器切断工作电源， BZT 动作，将故障侧设备自动切换到非故障 侧。
3）10KV 侧、所用电 BZT：当某一条 10KV 母线或所用电母线故障 导致母线失压，故障侧断路器断开，BZT 动作，母联断路器合闸，将 故障侧负荷切换到非故障侧。
第 5 章 短路电流计算 在电力系统运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常 运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因 为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。
短路计算的目的 1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接 线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计 算。
2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下 都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的 短路电流计算。
3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相 间和相对地的安全距离。
4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的 短路电流为依据。
短路计算过程 110KV 短路电流计算 1）根据资料,110KV 火电厂的阻抗可归算为以下
图 110KV 火电厂接线图
图 110KV 火电厂阻抗图
在短路计算的基本假设前提下，选取SB =100MVA，UB= UAV
X1=X 2 =X 3 =
X
" d*
SB SN
=
100 25
=
0.8
各绕组等值电抗
US(1-2) %取 17％， US(2-3) %取 6％， US(3-1) %取％
US1% = 12（US(1-2) % + US(3-1) % US(2-3) %） = 1（17 10.5 6) 10.75 2
US2 % = 12（US(1-2) % + US(2-3) % US(3-1) %） = 1（17 6 10.5) 6.25 2
US3% = 12（US(2-3) % + US(3-1) % US(1-2) %） = 1 (6 10.5 17) 0.25 2
Us1% X4 X5 100
SB = = 10.75 100 =
SN
100 60
X6
X7
US1% 100
SB = SN
0.25 100 0.004 100 60
图 110KV 火电阻抗最简图
X8 =X1//X 2//X3 =0.144
X9 =(X 4 +X 6 )//(X5 +X 7 )=0.0875 X10 = X 9 +X8 =0.232
即火电厂的阻抗为。
2)又根据资料所得,可将变电所视为无限大电源所以取
E" 1 S变110 I*” SB
I*”
S变110 SB
650 100
6.5
X 变110
E" I*”
1 6.5
0.154
同理:因 35KU 变电所的短路容量为 250MVA
所以
I*”
S变 35 SB
250 100
2.5KA
X 变35
E" I*”
1 2.5
0.4
火电厂到待设计的变电所距离 12KM，阻抗为每千米欧
X=
Xl
SB U2
12
0.4
100 1152
0.032
110KV 变电所到到待设计的变电所距离 9KM，阻抗为每千米欧
X=
Xl
SB U2
=
Xl
SB U2
0.4
100 1152
0.027
35KV 变电所到到待设计的变电所距离 7.5KM，阻抗为每千米欧
X=
Xl
SB U2
7.5
0.4
100 372
0.219
待设计变电所中各绕组等值电抗
US1% = 12（US(1-2) % + US(3-1) % US(2-3) %） = 1（6.5 17 10.5) 6.5 2
US2 % = 12（US(1-2) % + US(2-3) % US(3-1) %） = 1（6.5 10.5 17) 0 2
US3% = 12（US(2-3) % + US(3-1) % US(1-2) %） = 1 (10.5 17 6.5) 10.5 2
Us1% XT1 100
SB SN
= 10.5 100 0.525 100 20
XT 2
Us2% 100
SB = 0 100 0 SN 100 20
XT3
Us3% 100
SB = 6.5 100 0.325 SN 100 20
该变电所的两台型号规格一样所以另一个变压器的阻抗和 XT1，XT2，XT3 相同。
根据主接线图可简化为以下图型
图 主接线阻抗简化图 当 K1 点发生短路时将图四可转化为以下图行
图 K1 点短路阻抗图
X13 X1 X3 0.232+0.032=0.264 X14 X 2 X 4 0.154+0.027=0.181
X15 X5 // X 6 0.263 X16 X 7 // X8 0.163 X17 X 9 // X10 0 X18 X11 X12 =0.219+0.4=0.619
又因为 E1 是有限大电源(将改为
3 25
所以
X js 0.264
0.8 0.248 100
查短路电流周期分量运算曲线取 T=0S ,可得 I1"*
I 2"*
E2" X14
1 5.525 0.181
I3"*
X15
E3" X17
X18
1 0.263 0 0.619
1.134
I
" f
(I1"* I2"* I3"* ) IB =++×
100 3 115
=
冲击系数取
Iim
I
" f
kim
2 ××=
S
(I1"*
I
" 2*
I3"* )
SB =++
×100=
35KV 侧短路计算
根据图四进行Y 变换
图 星三角形转化图
图 K2 点短路阻抗图
X19
X13 X15
X13 X14 X14
X14
X15
= 0.264 0.263 0.264 0.181 0.181 0.263 = 0.181
X 20
X13
X15
X13 X14 X13
X14
X15
0.264 0.263 0.264 0.181 0.181 0.263 =0.625 0.264
X 21
X13 X15
X13 X14 X15
X14 X15
0.264 0.263 0.264 0.181 0.181 0.263 =0.627 0.263
3 25
X js 0.910
0.8 ×= 100
查计算曲线取 T 为 0S ,可得 I1"*
I
" 2*
E2" X 20
1 0.625
1.6
I3"*
E3" X18
1 0.619
1.616
I
" f
(I1"* I2"* I3"* ) IB
=++
100 3 115
=
Iim
I
" f
kim
2 ××=
S (I1"* I2"* I3"*) SB =++ ×100=第 5 章 继电保护配置
继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站 继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠 性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变 电站综合自动化水平。
变电所母线保护配置
1、110KV、35KV 线路保护部分：
1)距离保护
2)零序过电流保护
3)自动重合闸
4)过电压保护
2、10KV 线路保护：
1)10kV 线路保护：采用微机保护装置，实现电流速断及过流保
护、实现三相一次重合闸。
2)10kV 电容器保护：采用微机保护装置，实现电流过流保护、
过压、低压保护。
3)10kV 母线装设小电流接地选线装置
变电所主变保护的配置
电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供
电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，而本次所设计的变电所
是 110kv 降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所
停电，影响变电所供电可靠性。
5.2.1 主变压器的主保护
1、瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护， 它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信 号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。
2、差动保护 对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保 护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。
5.2.2 主变压器的后备保护
1、过流保护
为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变
压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设 过电流保护。
2、过负荷保护 变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需 装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三 绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。
3、变压器的零序过流保护 对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作 变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电 所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设 两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性 点不接地运行方式
第 6 章 防雷接地
变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷 击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏， 绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活，因此，要采 取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。
变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电 线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采 用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内， 此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。
对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵 入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其中击耐压 值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。
避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大 地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或 装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不 用于保护变电所。
避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放 电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷 器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。
避雷器的选择
6.1.1 避雷器的配置原则
1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。
2）旁路母线上是否应装设避雷器，应在旁路母线投入运行时， 避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。
3）220KV 以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可 能靠近设备本体。
4）220KV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应 在变压器附近增设一组避雷器。
5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。
6.1.2 避雷器选择技术条件
1、型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用
特点，按下表选择如表:
型号 FS FZ FCZ
FCD
表 避雷器型号选择表
型式
应用范围
配电用普通阀型 10KV 以下配电系统、电缆终端盒
电站用普通阀型 3-220KV 发电厂、变电所配电装置
电站用磁吹阀型 1、 330KV 及需要限制操作的 220KV 以及以下配电
2、 某些变压器中性点
旋转电机用磁吹 阀型
用于旋转电机、屋内
型号含义：
F——阀型避雷器；
S——配电所用；Z——发电厂、 变电所用；
C——磁吹；D——旋转电机用；J——中 性点直接接地
2、额定电压U N ：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。
变电所的进线段保护[8]
为使避雷器可靠的保护变压器，还必须设法限制侵入波陡度和流 过避雷器的冲击电流幅值。因为避雷器的残压与雷电流的大小有关， 过大的雷电流致使U R 过高，而且阀片通流能力有限，雷电流若超过 阀片的通断能力，避雷器就会坏。因此，还必须增加辅助保护措施配 合避雷器共同保护变压器，这一辅助措施就是进线段。
如果线路没有进线段保护，雷直击变电所附近导线时，流过避雷 器的雷电流幅值和陡度是有可能超过容许值的。因此，为了限制侵入 波的陡度和幅值，使避雷器可靠动作，变电所必须有一段进线段保护。
本设计中采用的是在进线进线 1～2km 范围内装设避雷器。
接地装置的设计
接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过 导体与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金 属接地体称为接地装置。
6.3.1 设计原则
1、由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中
要满足电力行业标准 DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中
R≤2000/I 是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显 的区别是对接地电阻值不再规定要达到 Ω，而是允许放宽到 5Ω，但 这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用 5Ω，接地电阻放宽是有 附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施; 考 虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3-10kV 避雷 器不应动作或动作后不应损坏; 应采取均压措施，并验算接触电位差 和跨步电位差是否满足要求, 施工后还应进行测量和绘制电位分布 曲线。
2、在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上几点要求， 还是得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是 Ω，也不 是 5Ω，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况下， 不超过 5Ω 都是合格的。
6.3.2 接地网型式选择及优劣分析
220kv 及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带 布置按经验设计，水平接地带间距通常为 5m-8m。除了在避雷针（线） 和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带 交叉点设置 2.5m-3m 的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接 地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。
长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序 和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导 体散流大约是中心部分的 3-4 倍，因此，地网边缘部分的电场强度比 中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材 用量多，经济性差。在 220kV 及以下的变电工程中采用长孔网或方孔 网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出。而 在 500kV 变电站采用，上述缺点的表现会十分明显，建议 500kV 变电 站不采用长孔或方孔地网。
6.3.3 降低接地网电阻的措施
1、利用地质钻孔埋设长接地极
根据接地理论分析，接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的散
流效果，可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用。如果用打深
井来装设长接地极，则施工费很高，如利用地质勘察钻孔埋设长接地
极，施工费将大大节省。但需注意：利用地网边缘的地质钻孔，间距
不小于接地极长的两倍；钻孔要伸入地下含水层方可利用，工程
中我们曾经进行过实测，未插入到含水层的长接地极降阻效果 差。
2、使用降阻剂 在高土壤电阻率区的接地网施工中使用降阻剂，无论是变
电还是发电工程例子都很多。20 世纪的 70 年代到 80 年代，使用较 多的是膨润土降阻剂和碳基类降阻剂。据了解，多个使用降阻剂的工 程，接地完工后测量接地电阻情况都不错，但由于缺乏长期的跟踪监 测，对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息返回少。
确实也有质量差的降阻剂，降阻效果不能持久，对接地网造成腐蚀， 引起各地对降阻剂使用意见分岐。
3、利用地下水的降阻作用,深井接地,引外接地。
当变电站附近有低土壤电阻率区（水塘、水田、水洼地……）， 可以敷设辅助接地网与所内主接地网连接，这种方式叫引外接地。这 也是降低接地电阻的有效措施。
4. 扩大接地网面积
我们知道，在均匀分布的土壤电阻率条件下，接地电阻与 接地网面积的平方成反比，接地网面积增大，则接地电阻减小，因此， 利用扩大接地网面积来降低接地电阻是可能预见的有效降阻措施。
6.3.4 接地刀闸的选择
1、110KV 侧接地刀闸的选择：
根据系统电压可以选择 JW2-110 型接地刀闸。
表 JW2-110 型接地刀闸参数表
型号
额定 最 高 长期 全波
动稳定 热稳定
电压 工 作 通流 （8/20 s
电
电流
Ue(kV) 电压
能力 ）全波冲击
(A) 对地耐压 （KV）
流峰值 (kA)
2S(kA)
JW2-10 110KV 126 600
100 40
根据系统电压可以选择 JW-35 型接地刀闸。
表 JW2-35 型接地刀闸参数表
型号
额定电 压
Ue(kV)
最高 工作 电压
长期 通流 能力
全波 （8/20 s ） 全波冲击对 地耐压（KV）
(A)
动稳定电 流峰值 (kA)
热稳定电 流 2S(kA)
JW-35 35KV 37．5 ——
——
50
20
并联。
致谢 为期三年的湖北水利水电职业技术学院的学习即将结束，三年来在老 师的精心辅导下，我的理论知识有了很大的提高。为检验三年来的学 习成果，此次设计为 110kV 降压变电站电气一次系统设计。在设计过 程中，我根据所学知识实际进行设计,没想到看起来简单的设计，实 际干起来却有太多疑问。有时为了弄懂一个数据，除了要一遍遍的查 找资料，还要向老师同学屡屡请教,有时还要抱着原来所学过的课程 再进行学习。经过两个月的努力，终于有了以下这份毕业设计。虽然 设计的内容中还存在许多的缺陷，但确是几个月来辛勤劳动的结果。
在毕业设计过程中，导师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和 建议,对我的辅导耐心认真，并给我们提供了大量有关资料和文献， 使我的这次设计能顺利完成。通过这次毕业设计使我对以前学习的知 识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的巩固
参考文献
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电气自动化毕业论文
关于电气自动化毕业论文
摘要：毕业设计是本科教学中的重要环节,也是高等学校教育质量的主要 评价内容。本文从毕业设计选题的角度出发,结合电气工程及其自动化专业培养目 标,分析了当前毕业设计选题方面所存在的问题,探讨了毕业设计选题过程中应该遵 循的原则,最后提出了针对毕业设计选题的改革建议。
一、高职电气自动化专业毕业设计的重要性
毕业设计是教学最后一个重要的实践环节，它既能检验学生对知识的掌握 水平与应用能力，也能培养和提高学生专业综合素质。对高职电气自动化专业学生 来说，它能使学生完成电气工程师的基本训练，培养并提高综合运用电气自动化相 关知识、理论和技能来解决实际工程技术问题的能力，为成为在生产第一线从事电 气控制系统的安装、调试和维修以及技术开发、管理和销售的工程技术和管理人才 打下坚实基础。因此，研究并探索如何更好的组织和实施毕业设计，具有重要的现 实意义。
二、高职电气自动化专业毕业设计工作现状
通过笔者毕业设计工作的开展及调研发现，多数开设电气自动化专业的高 职院校，其电气自动化专业毕业设计的组织和实施中存在较多共同弊端，毕业设计 效果较差。主要反映在：
(1)毕业设计时间与顶岗实习和就业冲突，学生难以安心设计
目前多数高职院校电气自动化专业的毕业设计均在第六学期开设，与企业 顶岗实习同时进行。学生一般在第五学期就已经开始求职，一般都把主要精力用于 就业招聘中，直到找到合适的工作单位才开始真正考虑毕业设计。即使是顺利找到 工作岗位进行顶岗实习的学生，也有相当一部分由于工作压力、时间等条件限制无 法较好的开展毕业设计。
(2)毕业设计选题单一，流于形式
目前高职电气自动化专业毕业设计题目一般由教师拟定、学生选择，学生 带题目到企业顶岗实习。一方面选题数量少，一个小组一个题目，学生抄袭现象严 重;另一方面题目由教师拟定，与学生顶岗实习的工作内容不相符，学生缺乏完成 毕业设计的动力。
(3)学生无法得到指导老师适时、充分的交流和指导，影响设计效果
由于毕业设计与顶岗实习同时进行，学生在不同的企业进行顶岗实习，指 导教师通常在学校，一边从事日常教学，一边指导学生毕业设计。这种时间、空间 的差距导致学生之间、学生与指导老师之间交流受到限制。学生有疑难问题，难以 立即得到有效的提示或指导，教师也难以及时了解学生的'设计进度，也就无法对 学生的毕业设计工作起到有效的监督、促进作用。
由于以上原因，最终形成一部分学生不重视毕业设计，在整个毕业设计过 程中采取消极态度，不认真对照学校毕业设计规章制度、规范和指导老师的进度要 求开展工作，寄希望于答辩前通过网络拼凑、抄袭来完成毕业设计任务;一部分学 生虽然重视毕业设计，但由于本身水平或条件限制，毕业设计草草了事;只有少量 基础好、条件充分的学生能够按时、按质完成毕业设计，达到设置毕业设计教学环 节的初衷。在这种情况下，多数指导老师鉴于学生的实际困难和毕业率的压力，通 常对毕业设计成绩评定采取宽容态度，最终毕业设计的质量差强人意。
三、高职电气自动化专业毕业设计工作改进措施
可见，多数高职院校电气自动化专业毕业设计的现行模式亟待改进。针对 上述情况，笔者通过多年承担高职电气自动化专业毕业设计指导工作，从实践中总 结到以下改进方法和措施：
(1)加强毕业设计理念的渗透，提前安排毕业设计
如上述，一部分学生在毕业设计过程中严重抄袭的主要原因一是基本功不 扎实、对毕业设计课题感到无从下手，一是没有充分时间进行毕业设计。
学生对毕业设计无从下手的原因，与高职教育现行教学模式密切相关。目 前高职教学模式侧重于理论知识的传授，实践环节薄弱，各课程之间的衔接和融合 不够，这就造成学生所学知识不够连贯、系统，无法很好理解各门课程在解决实际 工程问题中的具体地位、作用和相联系，也无法将学到的知识较好的应用于毕业设 计。这就需要授课教师在授课过程中，帮助学生理解本课程与其它课程之间的联 系，在毕业设计中的地位、作用，引导学生运用本门课程相关知识解决实际工程问 题。在我校电气自动化专业课程教学中，与毕业设计直接相关的课程包括电机、机 床电气控制、输配电技术、电力电子技术、可编程控制器、交直流调速系统等，这 些课程的授课教师尤其需要注意毕业设计理念的渗透。
毕业设计与顶岗实习和就业冲突，导致学生时间精力投入不足，可以通过 提前安排毕业设计来改善。目前我校电气自动化专业毕业设计的开展提前至第五学 期利用课余时间完成，有效解决与顶岗实习和就业的冲突问题，提高了毕业设计的 整体质量。
(2)指导教师按专业核心就业岗位进行选题
目前高职电气自动化专业毕业生核心就业岗位包括维修电工、PLC 系统设 计师、电气工程师、单片机系统设计师、产品质检员等。毕业设计选题应按电气自 动化专业核心就业岗位的要求，从电气自动化在实际生产中的应用出发，与相关课 程内容有机整合，拓宽毕业设计课题。目前我院电气自动化专业采取的选题方法：
1、与一些就业企业合作开发一批有实用价值、适合学生设计的课题。2、直接采用 工厂实际工程技术问题作为毕业设计课题，这主要包括两种方式：一是聘请企业技 术人员担任毕业设计指导教师，由他们提供工厂实际任务作为毕业设计课题。
同时，每个课题最多 3 个学生，尽量一个学生一个题目，最大限度防止学 生出现雷同设计。
(3)企业技术人员在校教师共同指导
目前我院电气自动化专业毕业设计指导教师已作如下安排：聘请企业中有 丰富实践经验的工程技术人员为毕业设计兼职指导教师。承担本校课题的同学，以 校内教师指导为主、企业兼职教师指导为辅。课题来源为校外的同学，以企业兼职 教师指导为主、校内教师指导为辅。事实证明，校内教师指导和企业兼职教师指导 相结合，克服了校内教师单一指导的缺陷，实现了知识与经验、理论与实践的有机 融合，能有效帮助学生攻克毕业设计中的难题，切实提高学生解决实际工程技术问 题的能力。
(4)完善校内外毕业设计实践条件
要避免毕业设计“纸上谈兵”，就要完善校内外毕业设计实践条件，使学 生的理论设计能够成为实物。一方面，学校购买或修整毕业设计需要的各种设备、 工具、材料，完善电气自动化实训室条件;另一方面，学校要加强和企业的合作， 使学生能够将毕业设计的某些实践环节放到企业现场去完成，既贴合实际，又能在 企业工程师的指导下获得事半功倍的效果。
四、结束语
最近几年，我院电气自动化专业已按上述改进措施从多方面对毕业设计工 作进行了改进，实践证明，这些改进措施提高了毕业设计质量，提升了毕业设计内 涵。
广西机电职业技术学院
毕业综合实践任务书
课题类型：
电力系统自动化 课题名称：
PLC 在断电延时型 Y-△降压启动带直流能耗
制动控制线路的改造 系 部：
电气应用技术系 专 业：
电 气 技 术 班 级：
09 自动化生产设备与应用 学生姓名：韦 福 康 指导老师：林 伟 雄 日 期：2011—05—30
目录 一 引言·················································1 二 文章摘要·············································1 三 关键词字·············································1 四 PLC 的概述述··········································4 五 断电延时带直流能耗制动的星三角降压启动控制线路·······7 六 输入／输出 I/0 分配表和接线图 ·························8 七 梯形图设计···········································9 八 指令表···············································10 九 总结·················································10 十 致谢·················································11 参考文献················································12
断电延时带直流能耗制动的星三角降压启动控制线路改造
引言 随着社会经济的迅速发展，人们对物质生活的要求也越来越高。
经济的迅速发展也给科技的发展带来更大的动力，各种电动机的控制 线路改造在各大城市不断出现更新换代。在工业上原来的电力拖动控 制，然而现在用 PLC 程序来控制电动机是与其不可缺少的地位成为 一道亮丽的风景线。其中用 PLC 控制的 Y-△降压启动简单经济，省 空间，数字化控制的应对，在这样的状况下，PLC 对在断电延时型星 -三角降压启动带直流能耗制动控制线路的改造成为工业上的发展飞 越。
电动机本身及其负载机械设备带来不利影响,因此常常采用降 压起动 Y-△降压起动、自耦变压器起动和延边三角形起动,其中,使用 比较普遍。传统的 Y-△降压起动采用继电器-接触器控制,但由于其操 作复杂、可靠性低等缺点,必将被 PLC 控制所取代. 2.文章摘要：随着科学技术的飞速发展，在现代生活中，PLC 对在断 电延时型星-三角降压启动带直流能耗制动控制线路的改造。针对 PLC 日益得到广泛的应用现状，文章介绍了 PLC 对在断电延时型星三角降压启动带直流能耗制动控制线路的改造，并给出其 PLC 控制 系统的接线图和梯形图程序设计。与传统继电器在电动机方面相比具 有显著的优势，该设计具有可编程性，线路简单，可靠性高等特点， 提高了系统的灵活性及扩展性，仿真结果验证了该设计的到控制要
求，有参考价值和实用价值。
3.关键词：PLC 对在断电延时型星-三角降压启动带直流能耗制动控 制 电动机 程序编程
PLC 的概述 1. Programmable Controller）简称 PLC，即可编程控制器，是指以
计算机为基础的新型工业控制装置。
PLC 的主要特点
1、高可靠性
（1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路 与 PLC 内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 10~20ms. （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。
（7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成 表决系统,使可靠性更进一步提高。
2、丰富的 I/O 接口模块
PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；
电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业 现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送 器；电磁线圈；控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了 组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3、采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大 多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模 和功能可根据用户的需要自行组合。
4、编程简单易学
PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用 者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术 人员所理解和掌握。
5、安装简单，维修方便
PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时 只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找
故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换 模块的方法，使系统迅速恢复运行。
PLC 的功能 1、逻辑控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进(顺序)控制 5、PID 控制 6、数据控制：PLC 具有数据处理能力。
7、通信和联网 8、其它：PLC 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要 求，如：定位控制模块，CRT 模块。
五. 断电延时带直流能耗制动的星三角降压启动控制线路
整定时间：5S±1S
图为断电延时型 Y-△降压启动带直流能耗制动控制电气原理图
见图 1-1
工作原理：合上电源开关 QS。
按下 SB2→KT 线圈得电→KT 动合触点闭合→KM3 线圈得电→KM3 动断触点断开，KM2 的连锁回路，KM3 主触点闭合→电动机接成 Y 形，KM3 动合触点闭合→KM1 线圈得电→ KM1 主触点闭合, KM1 动合触点闭合自锁→电动机 M 接成 Y 形得电降压启动。
KM1 动断触点断开→KT 线圈失电（整定时间±5S 后）断开→KM3 主触点断开，切断电动
机 Y 形接法，KM3 动合触点断开，KM3 动断触点恢复闭合→KM2 线圈得电→KM2 主触 点闭合，KM2 动断触点断开，KM3 连锁回路→电动机接成△形全压运行。
KM3 动断触点断开 当按下 SB1 时，KM1 和 KM2 线圈失电解除△全压运行，同时 KM3 和 KM4 线圈得电电动 机能耗制动；放开 SB1，电动机停车和能耗制动结束。
六. 输入／输出 I/0 分配表和接线图
（1）PLC 对在断电延时型星-三角降压启动带直流能耗制动控制线路的改造 I/O 分配表
输入信号
输出信号
名称
代号
编号
名称
代号
编号
启动按钮
SB2
X0
主交流接触
KM1
Y1
器
停止按钮
SB1
X1
Y 形接触器
KM2
Y2
热继电器
FR
△形接触器
KM3
Y3
能耗制动接
KM4
Y4
触器
（2）PLC 接线图
七．梯形图设计
根据电路图的控制要求和 I/O 分配表，设计出 PLC 程序控制梯形图，如图 1-4 所示。
梯形图 图 1-4 根据 I/O 接线图和梯形图分析得出的操作步骤：
程序说明：当按下 SB2（X0）时，Y1 线圈得电并自锁，同时接通 Y2、T0,此时，KM1、KM2 得电，电动机星形启动，T0 同时开始计时，定时正整定时间（5S）到后，T0 常开触点接通 Y3，Y3 线圈得电并自锁，常闭触点断开对 T0 的联锁。此时 KM3 得电，电动机三角形全压 运转。
当按下 SB1（X1）时，Y4 线圈得电，Y4 常开触点接通，实行电动按钮，以提供直流通道。
驱动外接接触器在电动机停止交流电此时电动机完成停车与制动的过程。外部接触器接线 时，接触器间应相互联锁以防短路。
八 . 根据梯形图可以写出下列的指令表，见表 1-5 所示。
表 1—5
总结
经过两个多月的学习和工作，我终于完成了《PLC 对在断电延时型 星-三角降压启动带直流能耗制动控制线路的改造》的论文。从开始 接到论文题目到系统的实现，在到论文文章的完成，每走一步对我来 说都是新的尝试与挑战，这也是我在学习的生活中独立完成的最大项 目。在这段时间里，我学到了很多的知识也有很多的感受，我开始了 独立的学习和实验，查看相关的资料和书籍，让自己的头脑中模糊的 概念逐渐清晰，是自己非常稚嫩作品一步步完善起来，通过在图书馆
以及互联网查阅相关资料，更系统地了解了 PLC 的起源和发展过程， 并且加深了对 PLC 对改造电力拖动电路图后的运行过程、控制系统 的认识，熟悉了可编程控制器的运用。对如何使用已有知识及获取相 关资料方面的能力又有了新的提高。通过这次设计，我感受到写论文 是真真正正用心去做得一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的 过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有 所突破，希望这次的经历能让我在以后的学习生活中，工作中将会激 励我继续进步。
致谢 在写毕业设计论文期间，我很感谢的指导老师林伟雄，他的严 谨细致、一丝不苟，默默无闻的作风一直是我工作、学习中的榜样；
逝者如斯夫，不舍昼夜，两次春去春又来，岁月稍纵即逝。此时， 回头想想这段短暂的求学路，时而喜悦，时而惆怅。在这个美丽的校 园里，我听别人的故事，收获自己的成长感悟，感谢命运的安排，让 我结识了许多的良师益友，是他们教我如何品味人生，让我懂得如何 更好的生活！ “饮其流时思其源，成吾学时念吾师。”至此论文完成之际，谨 向我尊敬的班主任林伟雄老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。非常幸 运做您的学生，在这短短的三年里，聆听你孜孜不倦的教诲，感受你、 您的治学精神和乐观的生活态度，我不仅体会到知识与研究的魅力， 也学会了许多做人的道理。
11
在学习的生活中教会了我们怎样做一名合格的技能人才，今后的 发展努力方向，寻找自己的优点和缺点，从而改正自己的缺点，发挥 自己的优点和特长，拓展了自己的思维；同时在林老师的帮助下也提 高了自身的实践能力和操作能力，并对当前 PLC 对我们应用领域更 深入的了解。期间我通过翻阅和搜集大量的资料中，并懂得了如何把 自己所学 的知识融合到实际中去。为我踏上社会的我们成为技术性 人才打下良好基础。最后感谢学校领导和老师们的辛勤栽培，为我们 打下电气自动化生产设备专业知识的基础；人生处处是驿站，已是挥 手作别之时，在此，想所有帮助过我的老师们，同学们，朋友们献上 我最诚挚的谢意！正是有你们的支持和鼓励。此次毕业论文才会顺利 完成，最后我让笔墨共舞，实现你我与众不同精彩人生。
此致 敬礼
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12
13
电气自动化毕业论文
集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
题 目：DS18B20 温度测量软件的设计
专 业: 班 级: 学生姓名: 指导教师: 答辩日期:
摘要 近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展， 从 4 位、8 位单片机发展到 16 位、32 位单片机。单片机主要用于控制，它的应用 领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以 大显其能。
单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技 术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作 系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信 号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片 机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电 路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线 少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。
本设计是基于单片机 ATMAGE16 设计 的实时温度采集仪，通过本次设计，我成功的实现了利用单片机对温度的采集和测 量。
目录 1 绪论 ...... ..... ............ ........................ 3 1.1 课题背景 ............................. .............. 3 1.2 设计目的及系统功能 .............................. 4 2 ATMAGE16 特性 ................. .. ................ 5 2.1 ATMAGE16 产品特性 ............................... 5
2.2 引脚配置 ........................................ 6 3 DS18B20 的设计 ..................................... 9 3.1 总体通信流程及通信协议 ................ ......... 9 3.2 DS18B20 温度测量软件的设计 ......................11 3.3 多机通信软件的设计 .............................11 3.4 DS18B20 工作时序问题 ............. .............. 13 4 电路的设计 ........... .. ......................... 14 4.1 温度测量电路的设计 ................ ............ 14 4.2 串口通信电路的设计 .............. .............. 15 5 分布式温度采集系统设计 ............... ........... 18 6 ICCAVR 制作环境及介绍 .............. .. ........... 19 6.1 ICCAVR 介绍 ..................... .............. 19 6.2 ICCAVR 向导 .................................... 22 6.3 ICCAVR 的 IDE 环境 ................ ............ 22 结 论........... ........... ....................... 24 参考文献............................................ 25
1 绪论 自从 1976 年 Intel 公司推出第一批单片机以来，80 年代单片机技术进入快速发 展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发 展，从 4 位、8 位单片机发展到 16 位、32 位单片机。单片机主要用于控制，它的 应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都 可以大显其能。单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛：第一是家用电器业， 例如全自动洗衣机、智能玩具；第二是通讯业，包括电话、手机和 BP 机等等；第 三是仪器仪表和计算机外设制造，例如软盘、硬盘、收银机、电表。除了上述传统 领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、 集成度高、功耗低、控制功能多能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智 能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。单片机将微处 理器、存储器、定时/计数器、I/O 接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电 路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统 分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及 数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、 数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工 艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采 用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电 子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。
目前单片机 渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导
航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程 的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系 统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些 都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
1.1 课题背景
分布式温度采集系统广泛应用在使用了中央空调的大型商场、厂房、办公大楼 等大型建筑内。本课题主要用温度传感器对环境温度实施实时监测，各结点控制单 元可将有关信息上传给计算机，本课题研究主要解决的问题为分布式控制结构设 计、多单片机串行通信、温度的采集与处理。
本设计是基于单片机 ATMAGE16 设计的实时温度采集仪,采用 DS18B20 可以采集 多路温度数据(本设计只用了 2 路),同时实时显示所采集到的温度值。在传统的温 度测量系统设计中，往往采用模拟技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如引线 误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题;而其中某一环节 处理不当，就可能造成整个系统性能的下降。随着现代科学技术的飞速发展，特别 是大规模集成电路设计技术的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的 一个重要方向。美国 Dallas 半导体公司推出的数字温度传感器 DSl8B20，具有独特 的单总线接口，仅需要占用一个通用 I/O 端口即可完成与微处理器的通信;在-10～ +85℃温度范围内具有±O.01℃精度;用户可编程设定 9～12 位的分辨率。以上特性 使得 DSl8B20 非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。
1.2 设计目的及系统功能
本设计的目的是以单片机为核心设计出一个分布式温度采集系统。在传统测量 系统中，传感器与计算机接口的连接是通过若干条导线连接。当传感器数量较多 时，尤其是信号线的长距离传输时，相互容易产生干扰。一个室内多点温度测量 中，系统的接线会非常多，导线往往不易铺设，使得测量工作非常困难。采用总线 结构数字式传感器，配合单片机及 PC 机串口进行长距离数据通信，则可以很容易 解决这个问题，该系统最多可以检测 256 路温度信号，在室内多点温度测量控制中 能达到很好的效果。通过本课题设计，综合运用单片机及接口技术、微机原理、通 信协议，锻炼动手操作能力，综合运用能力，学习论文的写作方法和步骤。
设计的温度控制系统有以下功能及特点：
(a)实现在一条数据总线上接多个 DS18B20 器件；
(b)测温范围 0℃～99℃；
(c)温度显示：采用 2 个 4 位数码管,显示采样温度值；
并在电脑上一同显 示；
(d)精度±0.01℃。
2 ATMAGE16 特性 本章介绍了 ATMAGE16 的产品特性和 ATmega16 的结构。由于其先进的指令集以 及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达 1MIPS MHz，从而可以
缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
2.1 ATMAGE16 产品特性 1、 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微处理器 2、 先进的 RISC 结构 （a）131 条指令 （b）32 个 8 位通用工作寄存器 （c）全静态工作 （d）工作于 16 MHz 时性能高达 16 MIPS （e）只需两个时钟周期的硬件乘法器 （f）大多数指令执行时间为单个时钟周期 3、 非易失性程序和数据存储器 （a）16K 字节的系统内可编程 Flash 擦写寿命: 10,000 次 （b） 具有独立锁定位的可选 Boot 代码区通过片上 Boot 程序实现系统内编程 真正的同时读写操作 （c）512 字节的 EEPROM 擦写寿命: 100,000 次 （d）1K 字节的片内 SRAM （e）可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 4、 JTAG 接口( 与 IEEE 1149.1 标准兼容 ) （a）符合 JTAG 标准的边界扫描功能 （b）支持扩展的片内调试功能 （c）通过 JTAG 接口实现对 Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程 5、 外设特点 （a）两个具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时器/计数 （b）一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器/计数 （c）具有独立振荡器的实时计数器 RTC （d）四通道 PWM （e）8 路 10 位 ADC8 个单端通道 TQFP 封装的 7 个差分通道 2 个具有可编程增益 （1x, 10x, 或 200x）的差分通道 （f）面向字节的两线接口 （g） 两个可编程的串行 USART （h） 可工作于主机/从机模式 SPI 串行接口 （i） 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 （j） 片内模拟比较器 6、 特殊的处理器特点 （a）上电复位以及可编程的掉电检测 （b）片内经过标定的 RC 振荡器 （c）片内/片外中断
（d）6 种睡眠模式 : 空 ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby 、 式以扩展的 Standby 模式 7、 I/O 和封装 （a）32 个可编程的 I/O 口 （b）40 引脚 PDIP 封装 , 44 引脚 TQFP 封装,与 44 引脚 MLF 封装 8、 工作电压: （a）ATmega16L：2.7 - 5.5V （b）ATmega16：4.5 - 5.5V 9、速度等级 （a）0 - 8 MHz ATmega16L （b）0 - 16 MHz ATmega16 10、 ATmega16L 在 1 MHz, 3V, 25 C 时的功耗 （a）正常模式: 1.1 mA （b）空 : 0.35 mA （c）掉电模式: < 1 μA 2.2 引脚配置 ATmega16 是基于增强的 AVRRISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于 其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达 1MIPS MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATMAGE16 引脚分布 如图 2.1 所示。
AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。所有的寄 存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访 问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CISC 微 控制器最高至 10 倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点 16K 字节的系统内可编 程 Flash(具有同时读写的能力，即 RWW)， 图 2.1 ATMAGE16 引脚分布 AVR 内核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期 内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点 16K 字节的系统 内可编程 Flash(具有同时读写的能力，即 RWW)，512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM，32 个通用 I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的 JTAG 接口， 支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数(T/C),片内/外中 断，可编程 USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8 路 10 位具有可选差分输 入级可编程增益 (TQFP 封装 ) 的 ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时 器，一个 SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
工作于空 闲模式时 CPU 停止工作，而 USART、两 线接口、 A/D 转换器、 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模 式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电 模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于
休眠状态；ADC 噪声抑制模式时终止 CPU 和除了异步定时器与 ADC 以外所有 I/O 模块的工作，以降低 ADC 转换时的开关噪声；
Standby 模式下只有晶体或谐振振 荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快 速启动能力；扩展 Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片 是以 Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片内 ISP Flash 允许程序存储器 通过 ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于 AVR 内核之中 的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用 Flash 存 储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用 Flash 存储区时引导 Flash 区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了 RWW 操作。
通过 8 位 RISC CPU 与系统 内可编程的 Flash 集成在一个芯片内， ATmega16 成为一个功能强大的单片机， 为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
3 DS18B20 的设计
本章介绍了系统软件设计，并具体介绍了实现和调试的方法，以及分布式温度 采集系统的通信流程和 DS18B20 温度测量软件的设计思路、DS18B20 工作的时序问 题。
3.1 总体通信流程及通信协议
总体通信流程体现在 PC 机，单片机主机及各从机的通信，信号接受及发送， 这个设计中，通信协议是一个非常重要也很复杂的部分，在由 PC 机与单片机组成 的系统中，常要涉及通信问题，如果没有统一的通信协议，PC 机与单片机之间的信 息传递就无法识别。
通信协议是指通信各方事前约定规则,我们可以简单地理解为各计算机之间进 行相互会话所使用的共同语言.PC 机与单片机在进行通信时,必须使用的通信协议。
首先，在设计中自定义几个数据通信协议，如下问提到的“a”、“b”、“c”、 “d”、“g”、“h”。这些协议一旦定义，在后面的执行过程中就代表了固定的 含义，不再改变，PC 机、单片机、从机都靠识别这个协议来执行程序，发送一个字 节的数据，接受几个字节的数据，所有的数据协议全都建立在这 2 个操作方法上。
本设计中自定义“a”为 PC 机与单片机主机间的数据协议，意思为要求主机发 送一号从机的温度给 PC 机；
自定义“b”为 PC 机与单片机主机间的数据协议，意 思为要求主机发送二号从机的温度给 PC 机；
自定义“c”为从机与主机间的数据 协议，它代表从机向主机发送完四位当前采集的温度，这里一号从机和二号从机采 集的温度，都定义为“c”；
自定义“d”为 PC 机与单片机主机之间的数据协议， 意思为开始和完成命令的信号；
自定义“g”为一号从机和单片机主机之间的数据协议，意思为主机表示要采 集一号从机的温度数据，一号从机要求单片机主机准备接收；
自定义“h”为二号 从机和单片机主机之间的数据协议，意思为主机表示要采集二号从机的温度数据， 二号从机要求单片机主机准备接收。
具体流程如下：
1、PC 机向单片机主机发送“d”：这步是流程的开始，PC 机向单片机主机发送数 据协议，要求主机把接收的温度发送 给 PC 机显示；
2、单片机主机向一号从机发送“g”：
单片机主机在接收到 PC 机发送的“d”信号后，会立即向一号从机发送“g”，要 求一号从机采集温度并且将温度发回单片机主机；
3、一号从机回发“g”：
一号从机接收到单片机主机的命令后，会立即向单片机主机回发信号，要求单片机 主机做好接收准备；
4、向主机发送四位当前采集的温度，并回发发送完成标记“c”；
一号从机回发信号后，向主机发送四位采集的温度，这个温度在前文已提到标记为 “c”；
5、主机发送“h”给 2 号从机：
主机在接收到一号从机发来的“c”命令后，会立刻发送“h”信号给二号从机，表 示要采集二号从机的数据；
6、2 号从机回发“h”：
二号从机接收到单片机主机的命令后，会立即向单片机主机回发信号，要求单片机 主机做好接收准备；
7、向主机发送四位当前采集的温度，并回发发送完成标记“c”：
二号从机向单片机主机回发完信号后，向主机发送四位当前采集的温度，这个温度 标记为“c”；
8、主机发送“d”给 PC 机：
单片机主机在接收到二号从机发送来的信号后，立刻发送信号给 PC 机，表示完成 PC 机的前一指令；
9、PC 发送“a”给主机：
PC 机在接收到单片机主机发送的信号后，发送新一个指令给单片机主机，要求单片 机主机发送一号从机采集的温度数据；
10、主机将一号从机温度数据发送给 PC 机：
单片机主机接收到 PC 机的命令后将一号从机发送过来的四位当前温度数据转换成 ASCII 码后，发送给 PC 机，因为 PC 机只能读取 ASCII 码；
11、PC 机发送“b”给主机：
PC 机接收到单片机主机发送的即时温度后会立即发 送另一指令给单片机主机，要求单片机主机发送二号从机采集的温度数据；
12、主机将二号从机温度数据发送给 PC 机，发送完成后，返回（1）：
单片机主机接收到 PC 机的命令后将二号从机发送过来的四位当前温度数据同样也 转换成 ASCII 码后，发送给 PC 机。此时一个完整过程结束，将返回（1）开始另一 轮采集。
3.2 DS18B20 温度测量软件的设计 由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙 概念，因此读写时序很重要。系统对 DS18B20 的各种操作必须按协议进行。操作协 议为：初始化 DS18B20（发复位脉冲）→发 ROM 功能命令→发存储器操作命令→处 理数据。主机控制 DS18B20 完成温度转换的程序必须经过 3 个步骤：初始化、ROM 操作指令、存储器操作指令。假设单片机系统所用的晶振频率为 12MHz，根据 DS18B20 的初始化时序、写时序和读时序，分别编写 3 个子程序：INIT 为初始化子 程序，WRITE 为写（命令或数据）子程序，READ 为读数据子程序，所有的数据读写 均由最低位开始。主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量温度值，温度测量每 1s 进行一次，流程图如图 3.1 所示 。
读出温度子程 序的主要功能是读出 RAM 中的 9 个字节，在读出时需进行 CRC 校验，校验有错时不 进行温度数据的改写，其程序流程图如图 3.2 所示。
从 DS18B20 读取出的二进制 值必须先转换成十进制值，才能用于字符的显示。因为 DS18B20 的转换精度为 9～ 12 位可选，为了提高精度采用 12 位。在采用 12 位转换精度时，温度寄存器里的 值是以 0.0625 为步进的，即温度值为温度寄存器里的二进制值乘以 0.0625，就是 实际的十进制温度值。
3.3 多机通信软件的设计 ATMAGE16 单片机有串行发送缓冲器／接收缓冲器(SBUF)、串行口控制寄存器 (SCON)、特殊功能寄存器(PCON)。通过设置 SCON 可以有四种工作方式，其中工作 方式 2、3 适用于多机通信。在串行通信前，通过程序预先将各从机串行口设置为 方式 2 或方式 3，并使 SM2 和 REN(允许串行接收控制位)为 1，允许串行口中断。主 机与从机通信时，将 SM2 置 0，准备接收数据，否则维持 SM2 为 1，这样在主机发 送数据时(此时主机发送数据中第 9 位为 0)，只有地址相符的从机可接收数据，图 3.1 DS18B20 温度主程序流程图 3.2 读出温度子程序流程图 其余从机对数据信息不予理睬，从而可以实现多机通信集散型控制系统将各控 制单元分散到现场各控制点。从机主程序和串行口中断服务程序如图 3.3 所示。
高电平出现，如有则完成一个数据接收，否则继续等待。其中软件编写要严格按照 异步通信的时序进行。图 3.3 从机主程序和串行口中断服务程序 3.4 DS18B20 工 作时序问题 DS18B20 的一线工作协议流程是：初始化→ROM 操作指令→存储器操作 指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。
主机即单片机 首先发 480us---960us 的低电平，进行复位，然后释放总线，之后总线被外部上拉 电阻电阻抬高，大约等待 15—60us 之后，DS18B20 发出 60 到 240us 的低电平信 号，以示存在，至此初始化结束。
写“0“的时候，首先单片机发复位信号，然后 发“0”于是低电平持续 60us 就完成了写“0”写“1”的时候首先单片机发复位信 号，持续时间大于 1us 小于 15us 然后发“1”持续 50us 以上即可。
读时序也是主
机先发低电平，然后在 15us 内检测连接 DS18B20 的数据线的引脚，从而读得相应 值。
4 电路的设计
本章分析了分布式温度采集系统的各主要功能模块的设计与实现，具体包括温 度测量电路模块和串口通信电路模块。
4.1 温度测量电路的设计
温度测量采用 DS18B20 数字式温度传感器。由 DS18B20 构成的智能温度测量 装置由三部分组成：DS18B20 温度传感器、ATMAGE16、显示模块。产品的主要技术 指标：①测量范围：-55℃～+125℃，②测量精度：0.5℃，③反应时间≤500ms。
为了达到更高的精度，则在对 DSl8B20 测温原理进行详细分析的基础上，采取直接 读取 DSl8B20 内部暂存寄存器的方法，将 DSl8B20 的测温分辨率提高到 0.01℃～ 0.1℃，DSl8B20 内部暂存寄存器的分布如表 4-1 所列，其中第 7 字节存放的是当温 度寄存器停止增值时计数器 l 的计数剩余值，第 8 字节存放的是每度所对应的计数 值。这样，就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。
表 4-1 DS18B20 内部暂存器 序号 寄存器名称 作用 序号 寄存器名称 0 温度低字节 以 16 位补码形式存放 4、5 保存字节 1、2 1 温度高字节 6 计数器余值 2 TH/用户 字节 1 存放温度上限 7 计数器/℃ 3 HL/用户字节 2 存放温度下限 8 CRC 基于 DS18B20 的温度测量装置电路图如图 4.1 所示：图 4.1 温度测量电路 温度传感器 DS18B20 将被测环境温度转化成带符号的数字信号（以十六位补码形式，占两个字 节），传感器可置于离装置 150 米以内的任何地方，输出脚 I/O 直接与单片机的 P1.1 相连，R1 为上拉电阻，传感器采用外部电源供电。ATMAGE16 是整个装置的控 制核心，ATMAGE16 内带 1K 字节的 FlashROM,用户程序存放在这里。显示器模块由 四位一体的共阳数码管和 4 个 9012 组成。系统程序分传感器控制程序和显示器程 序两部分，传感器控制程序是按照 DS18B20 的通信协议编制。系统的工作是在程序 控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。
4.2 串口通信电路的设计 为了增加单片机多机通信的距离，该部分电路采用 RS232 标准接口，通信距离 可以达到 15 米；如果采用 RS422 或是 RS485 接口，通信距离会更远。多机通信接 口原理图见图 1 。在数据传输过程中采用的是 RS232 电平，提高了抗干扰能力。
需要在主机串行接口和从机串行接口进行电平转换：TTL-RS232-TTL。这都是用 MAX232 接口芯片实现的，具体的电路如图 4.2 所示。图 4.2 TTL-RS232-TTL 电平 转换电路 通信电路是本设计的重要组成部分,负责温度数据的采集和数据的上传。
包括单片机多机串口通信电路,PC 机与 ATMAGE16 的串口通信电路。其中主单片机 ATMAGE16 既要和从机通信,还要负责将数据通过串口发送到 PC 机上。而 ATMAGE16 单片机只有一个串行通信口，这就需要用硬件或是软件扩展一个串行通信口。本设 计采用一种用单片机普通 I/O 口和相应软件实现串行通信的方法。
5 分布式温度采集系统设计 分布式温度采集系统设计 数字式传感器一般采用单总线技术(1-WIREBUS），即在 单片机或计算机接口中只用一根导线（输入/ 输出信号线），美国 Dallas 公司最 新推出的 1-WireBus 数字式温度传感器 DS18B20，与传统的温度传感器不同，它能 够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～12 位的数字值 读数方式，可以分别在 93.75ms 和 750ms 内将温度值转化为 9 位和 12 位的数字 量，对应的可分辨温度分别为 0.5℃、0.25℃、0.125℃和 0.0625℃；为实现与 PC 机串口长距离数据通信，系统采用了 RS232 串行接口，通信距离可以达到 15m，如 果采用 RS422 或 RS485 串行接口可以达到 1000m。串口通信由 PC 机与单片机的通信 和单片机多机通信组成，每个从机负责温度的测量然后通过多机通信把温度数据发 送到主单片机上，最后 PC 机通过 VB 程序控制串口把主单片机上的所有温度数据收 集起来。系统框图如图 5.1 所示。
5.1 系统框图 6 ICCAVR 制作环境及介绍
本章介绍了 ICCAVR 的制作环境，ICCAVR 中的文件类型及其文件的扩展名、附 注和扩充，并介绍了 IAR 或其它 ANSI C 编译系统的代码转换。
6.1 ICCAVR 介 绍 本节主要介绍了 ICCAVR 文件的基本特点、类型、扩展名等。
6.1.1 ImageCraft 的 ICCAVR 介绍 ImageCraft 的 ICCAVR 是一种使用符合 ANSI 标准的 C 语言来开发微控制器(MCU)程序的一个工具,它有以下几个主要特点: ICCAVR 是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境（IDE），其可在 WINDOWS9X/NT 下工作。
源文件全部被组织到工程之中，文件的编辑和工程的构筑 也在这个环境中完成。编译错误显示在状态窗口中，并且当你用鼠标单击编译错误 时，光标会自动跳转到编辑窗口中引起错误的那一行。这个工程管理器还能直接产 生您希望得到的可以直接使用的 INTEL HEX 格式文件，INTEL HEX 格式文件可被大 多数的编程器所支持，用于下载程序到芯片中去。
ICCAVR 是一个 32 位的程序， 支持长文件名。
本论文并不介绍通用的 C 语言语法知识，仅介绍使用 ICC AVR 所 必须具备的知识。
6.1.2 ICCAVR 中的文件类型及其扩展名 文件类型是由它们的扩展名决定的，IDE 和编译器可以使用以下几种类型的文件。
输入文件：
.c 扩展名----表示是 C 语言源文件 .s 扩展名----表示是汇编语言源文件 .h 扩展名----表示是 C 语言的头文件 .prj 扩展名----表示是工程文件，这个文件保存由 IDE 所创建和修改的一个工程 的有 关信息。
.a 扩展名----库文件，它可以由几个库封装在一起。libcavr.a 是一个包含了标
准 C 的库和 AVR 特殊程序调用的基本库。如果库被引用，链接器会将其链接到您 的模块或文件中。您也可以创建或修改一个符合你需要的库。
输出文件 .s 对应每个 C 语言源文件，由编译器在编译时产生的汇编输出文件。
.o 由汇编文件汇编产生的目标文件，多个目标文件可以链接成一个可执行文件。
.hex INTEL HEX 格式文件，其中包含了程序的机器代码。
.eep INTEL HEX 格式文件，包含了 EEPROM 的初始化数据。
.cof COFF 格式输出文件，用于在 ATMEL 的 AvrStudio 环境下进行程序调试。
.lst 列表文件，在这个文件中列举出了目标代码对应的最终地址。
.mp 内存映象文件 它包含了您程序中有关符号及其所占内存大小的信息 .cmd NoICE 2.xx 调试命令文件。
.noi NoICE 3.xx 调试命令文件。
.dbg ImageCraft 调试命令文件。
6.1.3 附注和扩充 #pragma （编译附注） 这个编译器接受以下附注：
#pragma interrupt_handler <func1>:<vector number> <func2>:<vector> ... 这个附注必须在函数之前定义，它说明函数 func1、func2 是中断操作函数，所以 编译器在中断操作函数中生成中断返回指令 reti 来代替普通返回指令 ret ，并且 保存和恢复函数所使用的全部寄存器；同样编译器根据中断向量号 vector number 生成中断向量地址。
#pragma ctask <func1> <func2>... 这个附注指定了函数不 生成挥发寄存器来保存和恢复代码，它的典型应用是在 RTOS 实时操作系统中让 RTOS 核直接管理寄存器。
#pragma text:<name> 改变代码段名称，使其与命令行 选项相适应。
#pragma data:<data> 改变数据段名称，使其与命令行选项相适 应。这个附注在分配全局变量至 EEPROM 中时必须被使用。
#pragma abs_address:<address> 函数与全局数据不使用浮动定位（重定位），而是从 <address>开始分配绝对地址。这在访问中断向量和其它硬件项目时特别有用。
#pragma end_abs_address 结束绝对定位，使目标程序使用正常浮动定位。
C++ 注释 如果你选择了编译扩充(Project->Options->Compiler)，你可以在你的 源代码中使用 C ++的 // 类型的注释。
二进制常数 如果你选择了编译扩充 (Project->Options->Compiler)，你可以使用 0b<1|0>* 来指定二进制常数，例如 0b10101 等于十进制数 21。
在线汇编 你可以使用 asm("string")函数来指定在线汇编代码。
6.1.4 代码转换 IAR 或其它 ANSI C 编译系统的代码转换 IAR C 编译器作为应用于 AVR 的第一个 C 编译器，它有十分丰富的源代码。当你 从 IAR 编译系统转换到 ImageCraft 编译系统时，绝大多数符合 ANSI C 标准的程序
代码不需要转换，IAR C 中 IO 寄存器的定义与 ICCAVR 也是相同的。
中断操作描述，ICCAVR 使用 pragma 附注描述中断操作函数，而 IAR 引入了
语法扩充（interrupt 关键字），下面是一个对照：
在 ICCAVR 中：
#pragma interrupt_handler func:4 // 4 是这个中断的向量号，func 为中断处理函数名 称，ICCAVR 可以使多个中断向量共用一个中断处理函数。
在 IAR 中：
interrupt [vector_name] func() // vector_name 是某一个中断向量的名称， IAR C 的中断向量地址使用中断名称来代替，以增加程序的可读性。
扩充关键字 IAR 引入 flash 关键字将项目分配进入程序存贮空间（FLASH 存贮器），ICCAVR 使用 const 关键字来达到相同的目的。
过程调用转换在两个编译系统之间函数参 数传递使用的寄存器是不同的，这仅影响手工写的汇编函数。
在线汇编、宏等， IAR 不支持在线汇编符号，而 ICCAVR 支持在线汇编。
6.2 ICCAVR 向导 自你启 动 IDE 后，首先从 Project 菜单系统选择 Open 命令，进入\icc\examples.avr 目录并且选择并打开“led”工程，工程管理器显示在这个工程中只有一个文件 led.c。
然后从 Project 菜单中选择 Options 命令打开工程编译选项，在 "Target"标号下选择目标处理器。然后从 Project 菜单中选择 Make Project 命 令，IDE 将调用编译器编译这个工程文件，并且在状态窗口中显示所有的信息。
6.3 ICCAVR 的 IDE 环境 6.3.1 编译一个单独的文件 正常建立一个输出文件的次序是，你首先应该建立一个工程文件并且定义属于这个 工程的所有文件。然而，我们有时也需要将一个文件单独地编译为目标文件或最终 的输出文件。这时可以这样操作：从 IDE 菜单“File” 中选择“Compile File...”命令，来执行“to Object”和“to Output”中的任意一个。当你调用 这个命令时，文件应该是打开的并且在编辑窗口中可以编辑的。
编译一个文件为 目标文件（to Object），对检查语法错误和编译一个新的启动文件是很有用的。
编译一个文件为输出文件（to Output），对较小的并且是一个文件的程序较为有 用。
6.3.2 创建一个新的工程 为创建一个新的工程，从菜单“Project”中选择“New”命令，IDE 会弹出一个对 话框，在对话框中你可以指定工程的名称，这也是你的输出文件的名称。如果你使 用一些已经建立的源文件，你可在菜单“Project”中选择“AddFile(s) ”命令。
另外，你可以在菜单“File”中选择“New”命令来建立一个新的源文件来输入你 的代码，你可以在菜单“File”中选择“Save”或“Save As”命令来保存文件。
然后你可以象上面所述调用“AddFile(s)”命令将文件加入到工程中，也可在当前 编辑窗口中单击鼠标右键选择“Add to Project”将文件加入已打开的工程列表 中。通常你输出源文件在工程同一个目录中，但也可不作这样要求。
工程的编译 选项使用菜单中 “Project”中的“Options”命令。
6.3.3 工程管理 工程管理允许你将多个文件组织进同一个工程，而且定义它们的编译选项，这个特 性允许你将工程分解成许多小的模块。当你处理工程构筑时，只有一个文件被修改 和重新编译，如果一个头文件作了修改，当你编译包含这个头文件的源文件时， IDE 会自动重新编译已经改变的头文件。
一个源文件可以写成 C 或汇编格式的任 意一种。C 文件必须使用“.c”扩展名汇编文件必须使用“.s”扩展名。你可以将 任意文件放在工程列表中，例如你可以将一个工程文档文件放在工程管理窗口中， 工程管理器在构筑工程时对源文件以外的文件不予理睬。
对目标器件不同的工 程，可以在编译选项中设置有关参数。当你新建一个工程时，使用默认的编译选 项，你可以将现有编译选项设置成默认选项，也可将默认编译选项 装入现有工程中。默认编译选项保存在 default.prj 文件中。
为避免你的工程目 录混乱，你可以指定输出文件和中间文件到一个指定的目录，通常这个目录是你的 工程目录的一个子目录。
6.3.4 编辑窗口 编辑窗口是你与 IDE 交流信息的主要区域，在这个窗口中你可以修改相应的文 件。当编译存在错误时，用鼠标单击有关错误信息时，编辑器会自动将光标定位在 错误行的位置。
6.3.5 应用构筑向导 应用构筑向导是用于创建外围设备初始化代码的一个图形界面。你可以单击工具 条中的“Wizard”按钮或菜单“Tools”中的“ApplicationBuilder”命令来调用 它。
应用构筑向导使用编译选项中指定的目标 MCU 来产生相应的选项和代码。
应用构筑向导显示目标 MCU 的每一个外围设备子系统，它的使用是很显而易见 的。在这里你可以设置 MCU 的所具有的中断、内存、定时器、IO 端口、UART 、 SPI 和模拟量比较器等外围设备，并产生相应的代码，如果你需要的话，还可产生 main( )函数。
6.3.6 终端仿真 IDE 有一个内置的终端仿真器，注意它不包含任意一个 ISP（在系统编程）功能， 但它可以作为一个简单的终端，或许可以显示你的目标装置的调试信息，也可下载 一个 ASC 码文件。从 6.20 版本开始 IDE 加入了对 ISP 的支持。
结论
ATMAGE16 单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、 灵活性好。即使是非电子计算机专业人员，通过学习一些专业基础知识以后也能依 靠自己的技术力量来开发所希望的单片机应用系统。在传统的温度测量系统中，往 往采用模拟的温度传感器进行设计，必须经过 A/D 转换后才可以被微处理器识别和 处理。这样的设计方法不仅对前端模拟信号处理电路提出了更高的要求，而且不具
有数字通信和网络功能。本设计文结合 DSl8B20 的新特性和现代温度测量系统提出 的新要求，提出了基于智能数字温度传感器 DSl8820 的高精度、分布式多点温度测 量系统设计方案。该方案具有安装方便、数字化程度高、精度高、适应性强等特 点，在多种温度检测中具有广阔的应用前景。经过模块化的电路测试、软件调试和 系统组装，测温精度可以达到±0.01℃。设计出的多路远距离自动化、智能化温度 采集系统可以广泛应用于工业控制领域。本次设计只给出 2 路从机采集，根据需要 可以增加更多从机进行温度采集。
参考文献
1 何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京：北京航空航天大学出 版社.1999 2 李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社.1999 3 刘守义.单片及应用技术.西安：西安电子科技大学出版社.2002 4 潘新民.微型计算机与传感技术.北京：人民邮电出版社.1988 5 辛友顺等.单片机应用系统设计与实现.福州：福建科学技术出版社.2005 6 陈嘉庆.工业控制计算机应用 100 例.北京:微计算机信息编辑部.2002 7 王幸之.AT89 系列单片机原理与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社.2004 8 张 军.AVR 单片机应用系统开发典型实例.第一版.中国电力出版社 9 谭浩强.C 语言程序设计（第二版）.北京清华大学出版社.2005 10 马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计（第三版）.北京:北京航空航天大学出版 社.2003 11 夏路易.电路原理图与电路板设计教程 PROTEL99SE.北京：北京希望电子出版社
安徽电气工程职业技术学院
毕业论文
题目:梭式窑燃烧系统研究
系部:自动化与信息工程部
专业:电气自动化
姓名:
班级:14电气
学号:
指导教师:
教师单位:
2016年12月28 日
摘要
梭式窑燃烧系统是由燃气燃烧器(烧嘴)、燃气阀组、助燃风机、流量计、压力变送器、点火装置、燃气/空气压力检测装置、火焰监控装置等组成,确保系统在安全、合理的情况下稳定运行。由温度控制系统、燃烧控制系统、压力控制系统、故障报警系统等组成。控制系统包括电源开关、报警装置、PLC、火焰控制器、工控机、继电器等。按照预先设定的升温曲线,经PLC运算,输出信号送给电磁阀,电磁阀接受 PLC 的信号,实现电磁阀的开关,控制燃烧器的大小火以及开关时间。当检测温度与设定温度偏离时,PLC系统控制燃烧器的燃烧功率调节炉内温度。以流程图的形式将炉区所有可控设备显示在一张图上,并将有关热工参数显示在流程图上,同时指示有关设备的
运行状态。
关键词:检测装置;控制系统;PLC;继电器;流程图
目录
1、绪论 (4)
1.1 题目背景及目的 (4)
1.2 论文研究方法 (5)
1.3 论文研究内容 (5)
2、系统简介
2.1空气管路 (6)
2.2燃气管路 (6)
2.3自动控制系统 (6)
2.3.1自动控制器 (6)
2.3.2燃烧器功率调节 (6)
2.3.3压力控制系统 (7)
2.3.4控制系统概述 (7)
2.4设备功能特点 (9)
2.5技术指标 (10)
3、硬件配置 (10)
4、软件设计 (12)
4.1 系统图纸 (12)
4.2 下位机控制 (21)
4.3 上位机 (43)
4.4 通讯 (44)
5、毕业设计总结 (49)
6、参考文献 (50)
7、致谢 (50)
1 绪论
梭式窑是一种以窑车做窑底的倒焰间歇式生产的热工设备,也称车底式倒焰窑,因窑车从窑的一端进出也称抽屉窑,是国内近十年来发展迅速的窑型之一。梭式窑被广泛地使用于艺术陶瓷、日用陶瓷、建筑陶瓷、特种陶瓷、耐火材料及金属热处理行业,要求设计各种性能及不同容积的梭式窑。设计温度700--1800℃,有效容积1--180 ,并可选用氧化或还原烧成气氛;采用先进的可编程窑炉控制系统为用户完成各种产品烧成曲线;梭式窑可采用柴油、煤气、天然气及液化石油气作为燃料。
1.1 题目背景及目的
梭式窑的应用正日益广泛, 它给卫生瓷生产带来的好处是明显的。首先是生产安排非常灵活, 每一窑都可以采用不同的烧成制度, 烧制不同的产品, 很适合现在市场多变的要求; 可以随时根据销售情况决定生产, 可以生产连续窑不易生产的大件、超大件产品, 这些都是连续窑无法比拟的。但它也有许多缺点, 能耗高就是其中关键一项。随着技术水平的提高, 梭式窑的优点正得到充分的发挥, 而过去的缺点更日益成为历史。现在国外引进的梭式窑, 其能耗指标比隧道窑高不出多少, 因此应用也日益广泛, 甚至成为有些厂在小规模生产时的主要设备。但相比较而言,
国产梭式窑的性能还有点差距, 能耗当然也是其中之一。
九十年代初, 我国引进了一条瑞士尼诺的梭式窑, 该窑一定程度上代表了早
期梭式窑设计上的思路。窑底两边侧墙上共布置了5 支烧嘴, 功率较大。五个排
烟口也分布在侧墙底部, 风机排烟。烟气排出后经过热交换器加热助燃风, 烟气自身被冷却,再由风机排出。从实际应用效果来看, 效果并不理想, 除了温度均匀性较差外, 能耗也较高。同时由于换热效果不理想, 烟气得不到充分冷却, 不得不用冷却水冷却后再经风机排空。
1996 年, 天津美标公司从英国Bricesco 公司购买两座60m3梭式窑, 应该讲, 该窑代表了当今梭式窑设计上的最新思路。在窑体的两侧墙分散布置了24 支烧嘴, 采用了脉冲两侧燃烧系统, 分散式顶部自然排烟。从应用来看, 温度均匀性非常好, 烧成周期可以缩短到14 小时以下, 能耗约在1600~1800kcarlökg瓷。1997 年
上半年, 该公司的所有产品都是用这两条梭式窑烧成, 质量非常稳定。该窑并没有采用任何余热利用措施, 烟气烟囟直接排入大气, 能耗却已达到相当先进的水平。
我国的厂家自行设计制造的梭式窑大多倾向于采用余热回收利用设备, 一般用烟气通过热交换器加热助燃空气, 但总体效果并不理想。相比较而言, 从近两年引进的卫生瓷生产用梭式窑来看, 几乎都不采用余热利用设备, 而是烟气直接自然
排出, 但能耗却已大大降低。由此可见, 余热利用设备的采用对卫生瓷用梭式窑性能的影响值得我们作一个综合性评价。
1.2 论文研究方法
通过文献来获得资料,从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题,再根据功能分析法,将设备的功能特点、硬件配置、软件设计进行分析。
1.3 论文研究内容
由燃气燃烧器、燃气阀组、助燃风机、流量计、压力变送器、点火装置、燃气/空气压力检测装置、火焰监控装置等组成,确保系统在安全、合理的情况下稳定运行。由温度控制系统、燃烧控制系统、压力控制系统、故障报警系统等组成。控
制系统包括电源开关、报警装置、PLC、火焰控制器、工控机、继电器等。按照预先设定的升温曲线,经PLC运算,输出信号送给电磁阀,电磁阀接受 PLC 的信号,实现电磁阀的开关,控制燃烧器的大小火以及开关时间。当检测温度与设定温度偏离时,PLC系统控制燃烧器的燃烧功率调节炉内温度。以流程图的形式将炉区所有可控设备显示在一张图上,并将有关热工参数显示在流程图上,同时指示有关设备的运行状态。
2、系统简介
由燃气燃烧器(烧嘴)、燃气阀组、助燃风机、流量计(买方提供)、压力变送器(买方提供)、点火装置、燃气/空气压力检测装置、火焰监控装置等组成,确保系统在安全、合理的情况下稳定运行。
2.1:空气管路
空气管路配助燃风机一台,经管道送到燃烧器,管路中安装压力开关。在空气压力欠压时,紧急关闭天然气切断阀,切断气源并报警。待故障排除后,由人工在控制室重新启动,确保生产安全。风机参数为:压力 8.3KPA-7.3KPA,流量1200-1500m³/Hr
2.2:燃气管道
燃气管道在管路上设有手动球阀、高/低压力开关、燃气电磁阀,在燃气欠压/
超压、风机故障、停风等不能正常使用的情况下,安全关闭切断阀,切断气源
并报警。待故障排除后,由人工在控制室重新启动,确保生产安全。
2.3:自动控制系统
自动控制系统由温度控制系统、燃烧控制系统、压力控制系统、故障报警系统等组成。
当设备准备就绪后,开启助燃风机,助燃风由风机出口,进入燃烧系统空气管腔并通过调节阀组送入燃烧器;打开天然气进气阀门,天然气由稳压调压
阀调压至工作压力,如果压力超过设定上限,排空阀打开,使管路实现排空泻压(根据贵司需要是否增加),如果系统没有异常报警,则打开安全切断阀、燃气通过调解阀组送入燃烧器,燃烧开始;
按照预先设定的升温曲线,经PLC运算,输出信号送给电磁阀,电磁阀接受 PLC 的信号,实现电磁阀的开关,控制燃烧器的大小火以及开关时间。当检测温度与设定温度偏离时,PLC系统控制燃烧器的燃烧功率调节炉内温度
升温曲线1:室温-160℃,在160℃保温30min
160℃-290℃,在290℃度保温20min
290℃-350℃,在350℃度保温60min
350℃-416℃,在416℃度保温60min
416℃-1450℃,在1450℃度保温120min
升温曲线2:室温-416℃,在416℃保温30min
416℃-800℃,50℃/h升温
800℃-1450℃,120℃/h升温,保温120min
升温速率:
800℃以下,10-100℃/H
800℃以上,50-150℃/H
风压:压力开关,欠压报警,联琐保护。
燃气压力:压力开关,超压报警,欠压紧急切断报警,联琐保护。
控制系统包括电源开关、报警装置、PLC、火焰控制器、工控机、继电器等
控制系统能实现以下功能:
燃烧器的自动启动/停止
燃烧器故障自动停止并锁定
可以实现本地/远程控制
控制箱实现报警及复位功能
可以实现温度的调节功能
工控机界面显示:
系统总貌画面:
以流程图的形式将炉区所有可控设备显示在一张图上,并将有关热工参数显示在流程图上,同时指示有关设备的运行状态。
安全联锁画面:
以醒目的形式显示与开炉有关的各种设备和介质的工况。当条件满足后,相应的部分变为绿色。当全部条件满足时,显示开炉允许OK;否则执行停炉操作
报警总貌画面:
按报警发生的时间顺序显示和记录报警的内容、报警等级、发生时间、消失时间、确认时间。
控制回路及参数设定画面:
以棒图和数字形式显示和改变各个控制回路的参数和状态,如调节器的输入值、模拟设定值、报警设定值、调节器输出、PID参数、手动自动方式等
工艺曲线设定:
可以进行工艺曲线的设定,从数据库中选择即将入炉工件的曲线种类,画面即显示该工艺的曲线,点击启动按钮即可启动程序
2.4:设备功能特点
燃气系统:
1.1:过滤器:用于净化主管路提供的燃气,以保证系统备件的正常工作。
1.2:减压阀:用于调节主管道提供的燃气压力,满足本系统需求的燃气压力。
1.3:压力表:用于测量燃烧系统中各段得压力,以便操作人员根据压力做出判断,确保系统安全稳定运行。
1.4:高低压压力开关:用于测定系统的最高压力及最低压力,当压力高于设定最大或最小值时,系统会停止运行,确保系统安全稳定运行。
1.5:燃气电磁阀:当系统出现压力过高或过低,燃气电磁阀会迅速关闭,确保系统安全。
1.6:点火系统:采用点火电极点火,紫外线火焰检测器加测,火焰控制器控制点火1.7:空气电磁阀:控制空气流量,调节燃烧器功率
1.8:燃烧器:601NM燃烧器具有调节比大,燃烧稳定,且Nox燃烧产物低的特点。1.9:火焰检测器:火焰检测器是为了检测火焰燃烧情况,一旦火焰熄灭,会提供信号,由操作人员再次点火。
1.10:燃烧火焰控制器:用于点火装置控制和工业燃烧控制。
2.5:技术指标
系统各备件均采用安全防爆标准配置,电磁阀、安全切断阀、火焰检测器均为防爆类产品,对于非防爆的产品:火焰控制器等,我们会安装在控制室内。本燃烧系统废气、废烟排放符合CGC标准(中国国家标准)
3、系统备件配置清单
脉冲燃烧系统 电气原理图
140302203
郭翔 Y K P 16-05-008-E D 01-2
安徽电气工程职业技术学院
量 空气流量计 1
主管路空气流
量 空气压力变送器 1
主管路空气压
力 燃气压力变送器 1
主管路燃气压
力 炉压变送器 1 炉内压力 热电偶
5个测温点 支管路组装 所需材料清单另附 1
元器件现场焊
接组装 辅件 1
金属软管8根,保温棉适量,
4、软件设计
4.1系统图纸 4.2 下位机控制
进入温度采集子程序 进行复位
MBUS_CTRL 指令(初始化主设备)
mode (模式):1,输入值1将CPU 端口分配给Modbus 协议并启用该协议。输入值0将CPU 端口分配给PPI 系统协议并禁Modbus 协议。
parity (奇偶校验):0,无奇偶校验 error (错误位):MB10 (0:无错误 1:奇
偶校验选择无效 2:波特率选择无效 3:超时选择无效 4:模式选择无效)
Modbus主设备设置为9600波特,无奇偶校验。从站允许1000毫秒(1秒)的应答时间。
0.3s一个周期 0.1s采集一次
激活一条MBUS_MSG指令。
slave:"从站"参数是Modbus从站的地址。允许的范围是0到247,当前为4。
RW:0,进行读操作。
addr(地址):参数是起始的Modbus地址
count(计数字数):8字(40001~40008)。
当启用标记(M30.0)打开时,调用一条MBUS_MSG指令。"首次"参数必须仅为启用指令时的首次扫描而设置。
该指令从从站4读取(RW = 0) 8个保持寄存器。数据从Modbus从站的地址
40001 - 40008读取并复制到CPU中的VB10000- VB1008(8字)。
采集完毕复位(M30.0)回到主程序
进入温度处理子程序
集热电偶1的温度(数字量)VW1000送到VW1102然后转为实数存到VD1100
除以65535乘以1600得到热电偶的温度(摄氏度)存到VD1110
以上是热电偶2-5的温度处理,热电偶2温度存到VD1130 热电偶3温度存到VD1150 热电偶4温度存到VD1170 热电偶5温度存到VD1190
采集炉膛压力经过处理转换为炉膛压力值存到VD1210
处理子程序完毕回到主程序
初始化程序
故障复位
空气低压报警指示灯
燃气低压报警指示灯
燃气高压报警指示灯
急停指示灯
当所有状态正常时准备就绪(M12.0)
准备就绪,进行远程或就地启动助燃风机。
助燃风机启动后且准备就绪,进行远程或就地启动安全切断阀。
安全切断阀启动后,可以进行远程或就地启动1号点火,点火持续2秒。1号就地关闭
1号远程关闭
计时1秒
1秒后复位
安全切断阀启
动后,可以进行
远程或就地启
动2号点火,点
火持续2秒。
2号就地关闭
2号远程关闭
计时1秒
1秒后复位
安全切断阀
启动后,可以
进行远程或
就地启动3号
点火,点火持
续2秒。
3号就地关闭
3号远程关闭
计时1秒
1秒后复位
安全切断阀启动后,可以进行远程或就地启动4号点火,点火持续2秒4号就地关闭
4号远程关闭
计时1秒
1秒后复位
一号运行指示灯二号运行指示灯
三号运行指示灯
四号运行指示灯
空气压力转换转换成显示值(单位Kpa)
燃气压力转换转换成显示值(单位Kpa)
燃气流量转换转换成显示值(单位Kpa)
处理VD1180(32位热电偶5温度值)存到VW1408(16位)
热电偶5的温度值大于800摄氏度是启动PID调节
M1.0以相同的周期不同的占空比进行得电
M1.1以相同的周期
不同的占空比进行
得电
从PLC上电开始进行PID调节
M1.2以相同的周期不同的占空比进行得电
从PLC上电开始进行PID调节
M1.3以相同的周期不同的占空比进行得电
一号、二号、三号、四号运行时根据PID调节控制一号、二号、三号、四号点火开关如果选择升温曲线1
运行时当窑内温度:在160℃以下时把1转移给SB0,使S0.0有效
在160℃~290℃时把2转移给SB0,使S0.1有效
在290℃~350℃时把4转移给SB0,使S0.2有效
在350℃~416℃时把8转移给SB0,使S0.3有效
在416℃~1450℃时把16转移给SB0,使S0.4有效
进入升温曲线子程序
装载S0.0
热电偶检测到的温度小于160℃时,设定PID调节目标为160℃
M7.1记录大于160℃的状态
在160℃保温30分钟
激活S0.1
结束S0.0
装载S0.1
复位M7.1的状态
设定PID调节目标为290℃M7.2记录大于290℃的状态在290℃保温20分钟
激活S0.2
S0.1结束
装载S0.2
复位M7.2的状态
设定PID调节目标为350℃M7.3记录大于350℃的状态在350℃保温60
分钟
激活S0.3
S0.2结束
装载S0.3
复位M7.3的状态
设定PID调节目标为416℃M7.4记录大于416℃的状态
416℃保温60分钟
激活S0.4
S0.3结束
装载S0.4
60分钟循坏一次
1450℃以下时一小时升80℃
设定PID调节目标为上面计算所得复位M7.4的状态
M8.1记录大于416℃的状态
设定PID调节目标为1450℃
M7.5记录大于1450℃的状态
在1450℃保温120分钟
激活S0.5
结束S0.4
复位M7.5
M8.1
升温曲线1子程序结束回到主程序
如果选择的是升温曲线2
运行时当窑内温度:在416℃以下时把1转移给SB1,使S1.0有效
在416℃~800℃时把2转移给SB1,使S1.1有效
在800℃~1450℃时把4转移给SB1,使S1.2有效
进入升温曲线2子程序
416℃以下时,设定PID目标为416℃,并记录到VD1424
M7.6记录大于416℃的状态,并在416℃保温30分钟,30分钟后激活S1.1 S1.0结束
激活S1.1
以1小时周期循环
800℃以下
一
小时升50℃
复位
M7.6
设定PID调节目标为上面计算值
记录大于800℃状态,记录800℃值
激活S1.2
结束S1.1
装载S1.2
以一小时为周期循环
1450℃以下,一小时升120℃
复M7.7
设定PID调节目标为上面计算值
记录大于1450℃状态,记录1450℃值
激活S1.3
结束
S1.2 复位M8.0
升温曲线2子程序结束回到主程序
用M31.6显示升温曲线完成
确认升温曲线完成后复位
程序结束
4.3 上位机
序号对应数据对象通道类型序号对应数据对象通道类型
1 就地远程控制I2.4 3
2 点火关闭2 M21.3
2 急停输出Q0.0 3
3 点火3 M21.4
3 空气低压Q0.1 3
4 点火关闭3 M21.5
4 燃气低压Q0.2 3
5 点火4 M21.6
5 燃气高压Q0.3 3
6 点火关闭4 M21.7
6 助燃风机控制Q0.4 3
7 故障复位M22.5
7 安全阀控制Q0.5 38 升温曲线完成确定M31.5
8 点火控制输出1 Q0.6 39 升温曲线完成M31.6
9 点火控制输出2 Q0.7 40 热电偶测温值1 VDF1110
10 点火控制输出3 Q1.0 41 热电偶测温值2 VDF1130
11 点火控制输出4 Q1.1 42 热电偶测温值3 VDF1150
12 运行输出1 Q1.2 43 热电偶测温值4 VDF1170
13 运行输出2 Q1.3 44 热电偶测温值5 VDF1190
14 运行输出3 Q1.4 45 炉膛压力值VDF1210
15 运行输出4 Q1.5 46 空气压力VDF1312
16 大火控制输出1 Q1.6 47 燃气压力VDF1332
17 大火控制输出2 Q1.7 48 燃气流量VDF1352
18 大火控制输出3 Q2.0 49 温度目标值VDF1420
19 大火控制输出4 Q2.1 50 回路增益1 VDF2812
20 温度曲线选择M7.0 51 积分时间1 VDF2820
21 运中手动启停大火1 M9.0 52 微分时间1 VDF2824
22 运中手动启停大火2 M9.1 53 回路增益2 VDF3012
23 运中手动启停大火3 M9.2 54 积分时间2 VDF3020
24 运中手动启停大火4 M9.3 55 微分时间2 VDF3024
25 助燃风机启动M20.4 56 回路增益3 VDF3212
26 助燃风机关闭M20.5 57 积分时间3 VDF3220
27 安全阀启动M20.6 58 微分时间3 VDF3224
28 安全阀关闭M20.7 59 回路增益4 VDF3412
29 点火1 M21.0 60 积分时间4 VDF3420
30 点火关闭1 M21.1 61 微分时间4 VDF3424
31 点火2 M21.2
4.4 S7-200与MCGS通过以太网通讯
5.1 PLC程序设置:
(1)选择“工具”菜单下的“以太
网向导...”。
(2)打开“以太网向导”,简单介
绍CP243-1及以太网的有关信息,点
击“下一步”
(3)设置CP243-1模块的位置,如
不能确定,可以点击“读取模块”由
软件自动探测模块的位置,点击“下
一步”
“下一步”
(5)确定PLC为CP243-1分布的输
出口的起始字节地址(一般使用缺省值即可)和连接数据数,点击“下一步”。
7)选择是否需要CRC保护,如选择了此
功能,则CP243-1在每次系统重启时,
就校验S7-200中的组态信息看是否被
修改,如被改过,则停止启动,并重新
设置IP地址。
“保持活动间隔”即是上步中的探测通
信状态的时间间隔。
(8)选定CP243-1组态信息的存放地址,此地址区在用户程序中不可再用。
(9)至此,S7-200服务器端的以太网
通信已经组态完毕,如下图,给出了组
态后的信息。点击“完成”保存组态信
息。
(10)在程序调用子程序“ETH0_CTRL”
ETH0_CTRL为初始化和控制子程序,在开始时执行以太网模块检查。应当在每次扫描开始调用该子程序,且每个模块仅限使用一次该子程序。每次CPU更改为RUN(运行)时,该指令命令CP243-1以太网模块检查V组态数据区是否存在新配置。如果配置不同或CRC保护被禁用,则用新配置重设模块。
当以太网模块准备从其他指令接收命令时,CP_Ready置1。Ch_Ready的每一位对应一个指定,显示该通道的连接状态。例如,当通道0建立连接后,位0置1。Error(错
误)包含模块通信状态。5.2 MCGS设备窗口设置
(1)在设备窗口下添加(西门子S7200_CP243-以太网)
(3)增加设备通道
(4)建立好实时数据库,链接设
备通道。
此便完成了通讯的设置。
5、毕业设计总结
通过此次毕业设计,我不仅把知识融会贯通,而且丰富了大脑,同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识,开拓了视野,认识了将来电子的发展方向,使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业,他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用,又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端,毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结,能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力;是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业
毕业的时间一天一天的临近,毕业设计也接近了尾声。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结,但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了,面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低。通过这次毕业设计,我才明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。
总之,不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外,还得出一个结论:知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我们的指导老师庄克玉老师对我悉心的指导,感谢同学们给我的帮助。在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我终身受益。
6、参考文献
[1] 廖常初.PLC编程及应用[M].机械工业出版社,2005
[2] 张万忠.可编程控制器应用技术 [M].北京:化学工业出版社,2001.
[3] 齐占庆,王振臣.电气控制技术 [M].北京:机械工业出版社,2002.
[4] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用 [M].北京: 电子工业出版社,2004.
[6] 史国生.电气控制与可编程控制器技术 [M].北京:化学工业出版社,2003.
7、致谢
在本次论文设计过程中,对该论文从选题,构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模,导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神,将永远激励着我。
这三年中还得到我们学院众多老师的关心支持和帮助。在此,谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意。最后,我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅,评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。
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