徐強專業(yè)綜合設計說明書

1、吉林化工學院信息與控制工程學院專業(yè)課程設計吉林化工學院信控學院專業(yè)綜合設計說明書列管式換熱器自控設計學生學號： 07510135 學生姓名： 徐 強 專業(yè)班級： 自動0701 指導教師： 呂春蘭 職 稱： 副教授 起止日期：2010.10.312010.11.21吉林化工學院Jilin Institute of Chemical Technology目 錄第1章 專業(yè)綜合設計的目的4第2章 前言52.1 列管式換熱器自控方法分析52.2列管式換熱器工作原理6第3章 列管式換熱器工藝流程73.1 串級控制系統(tǒng)基本概念即組成結構73.2串級控制系統(tǒng)的設計83.3串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應用10第4章 相

2、關儀表選型114.1 差壓變送器114.2 電磁流量計124.3 隔膜式壓力表134.4 鎧裝熱電偶144.5 溫度變送器154.6操作臺的選擇164.7顯示器的選擇17第5章 S7-300 PLC在系統(tǒng)中的應用195.1 S7-300 PLC簡介195.2 PLC工作原理205.2.1 輸入采樣階段215.2.2 用戶程序執(zhí)行階段215.2.3 輸出刷新階段21第六章 可編程控制器（PLC）的安裝、維護和檢修226.1 PLC的安裝226.2 PLC系統(tǒng)的電源接線226.3 接地236.4輸入接線236.5 輸出接線236.6 PLC的維護和檢修24致謝25參 考 文 獻26- 14 -第1

3、章 專業(yè)綜合設計的目的本設計是學生第一次進行的綜合性專業(yè)訓練，是自動化專業(yè)的一個重要教學環(huán)節(jié)，其設計目的是進一步鞏固和加深對所學理論知識的理解，培養(yǎng)學生獨立分析和解決工程實際問題的能力，使學生對自控設計有較完整的概念，培養(yǎng)學生綜合運用所學的控制理論、儀表、控制工程等知識進行工程設計的能力，進一步提高設計計算、制圖、視圖、編寫技術文件，查閱參考文獻與資料、儀表類型選擇的能力。通過此次設計，培養(yǎng)學生樹立為社會主義建設服務的觀念。設計者應該有敢于創(chuàng)新和勇于負責的精神，從投入施工的角度來嚴肅對待自己的設計，使自己的設計能最大限度滿足生產實際需要，既經濟，又可靠。要善于利用書本知識，而又不迷信書本，要善

4、于獨立思考，反對粗心大意，草率從事以及不負責的態(tài)度；設計中應善于全面綜合的考慮各項復雜因素，有選擇性吸收前人的成果，發(fā)揮主觀能動性，大膽提出創(chuàng)造性的設計方案。第2章 前言列管式換熱器主要由殼體、管束、折流板、管板和封頭等部件組成。管束安裝在殼體內，兩端固定在管板上。封頭用螺栓與殼體兩端的法蘭相連。它的主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大、結構緊湊、傳熱效果好。結構堅固，而且可以選用的結構材料范圍廣，故適應性強、操作彈性較大。列管換熱器的構造原理、特點： 列管換熱器（又名列管式冷凝器），按材質分為碳鋼列管換熱器，不銹鋼列管換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型

5、管式換熱器，按結構分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1500m2，可根據用戶需要定制。.列管換熱器應用構造具有耐腐蝕性能好，耐溫高、導熱好、體輕、占地面積小，無毒性，不結垢，安裝維修方便，應用面廣、價格低廉等優(yōu)點一九八零年化工十多個單位的專定、學者、技術人員領導同志參加。鑒定意見認為：在填充改性，二次成型加工，專用工具焊接等方面的研制工作都是成功的。在國內是先進的，在應用石墨填充改性聚丙烯并制成換熱器方面也是首創(chuàng)的。實踐證明，效果良好，建議推廣應用。并用于同年榮獲中華人民共和國化學工業(yè)部重大成果獎。列管換熱器主要特點：1耐腐蝕性：聚丙烯具有優(yōu)良的耐化學品性，對于無機化合物，不論酸，堿、鹽溶液

6、，除強氧化性物料外，幾乎直到100都對其無破壞作用，對幾乎所有溶劑在室溫下均不溶解，一般烷、徑、醇、酚、醛、酮類等介質上均可使用。2耐溫性：聚丙烯塑料熔點為164-174，因此一般使用溫度可達110-125。3無毒性：不結垢，不污染介質，也可用于食品工業(yè)。4重量輕：對設備安裝維修極為方便。2.1 列管式換熱器自控方法分析列管式換熱器具有傳熱面積大、結構緊湊、傳熱效果好等特點，在化工企業(yè)中廣泛用于生產過程的加熱、冷卻及廢熱回收等場合。南通江山農化公司的草甘膦合成工段使用列管式換熱器用來回收變換氣的熱量以提高進飽和塔的熱水溫度，從而為合成反應提供必要的條件。換熱器循環(huán)水泵采用三相異步電機帶動，原來

7、未使用調速方式，換熱器的進水量和出水量是固定的，由于回收到的變換氣溫度波動較大，導致?lián)Q熱器出水口的溫度難以控制在規(guī)定的范圍內，給合成工段的生產質量造成了一定的影響，主要反映在草甘膦的有效含量偏差過大?；谏鲜鲈颍诖_保生產工藝要求的前提下，決定采用通用變頻器對循環(huán)水泵電機進行調速控制。變頻器則在可編程控制器的程序控制下工作，其控制信號由可編程控制器綜合氣體溫度以及出水口溫度經算法運算后給出。本文結合該變頻調速系統(tǒng)的具體應用，重點分析其中控制系統(tǒng)的結構和工作原理。圖2-1列管式換熱器工作原理示意圖2.2列管式換熱器工作原理 如圖2-1所示，變換氣作為殼程流體，入口溫度高，出口溫度低;水作為管程

8、流體，進水溫度低，出水溫度高。圖中給出了相應的溫度示意值。循環(huán)水泵電機的轉速大小直接影響到換熱器的進、出水量和出水口溫度。第3章 列管式換熱器工藝流程大多數(shù)情況下，當工藝介質較穩(wěn)定且蒸汽源壓力變化不大時，采用單回路控制就能滿足要求；實際使用中，可根據傳熱設備滯后較大的特點，控制器中引入微分作用以改善調節(jié)品質。否則當工藝介質口流量波動較大或蒸汽源壓力變化頻繁時，若單回路控制方案無法滿足工藝要求，則可以從方案著手，引入串級、前饋等復雜控制系統(tǒng)。當蒸汽閥前壓力波動較大時，可采用工藝介質出口溫度與蒸汽流量或蒸汽壓力組成的串級控制系統(tǒng)，如圖3-1所示。圖3-1 串級控制系統(tǒng)工藝圖3.1 串級控制系統(tǒng)基本

9、概念即組成結構1概念及組成串級控制系統(tǒng)-兩只調節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調節(jié)器的輸出作為另一個調節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調節(jié)器，前一個調節(jié)器的輸出作為后一個調節(jié)器的設定，后一個調節(jié)器的輸出送往調節(jié)閥。 前一個調節(jié)器稱為主調節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調節(jié)器稱為副調節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調節(jié)器、調節(jié)閥和副過程構成；主回路由主變量檢測變送、主調節(jié)器、副調節(jié)器、調節(jié)閥、副過程和主過程構成。 一次擾

10、動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內的擾動。 2串級控制系統(tǒng)的工作過程 當擾動發(fā)生時，破壞了穩(wěn)定狀態(tài)，調節(jié)器進行工作。根據擾動施加點的位置不同，分種情況進行分析： * 1）擾動作用于副回路 * 2）擾動作用于主過程 * 3）擾動同時作用于副回路和主過程 分析可以看到：在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調節(jié)器具有“粗調”的作用，主調節(jié)器具有“細調”的作用，從而使其控制品質得到進一步提高。 3. 系統(tǒng)特點及分析 * 改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質量。 * 能

11、迅速克服進入副回路的二次擾動。 * 提高了系統(tǒng)的工作頻率。 * 對負荷變化的適應性較強 4. 工程應用場合 * 應用于容量滯后較大的過程 * 應用于純時延較大的過程 * 應用于擾動變化激烈而且幅度大的過程 * 應用于參數(shù)互相關聯(lián)的過程 * 應用于非線性過程 5. 系統(tǒng)設計 * 主參數(shù)的選擇和主回路的設計 * 副參數(shù)的選擇和副回路的設計 * 控制系統(tǒng)控制參數(shù)的選擇 * 串級控制系統(tǒng)主、副調節(jié)器控制規(guī)律的選擇 * 串級控制系統(tǒng)主、副調節(jié)器正、反作用方式的確定 3.2串級控制系統(tǒng)的設計1. 主回路的設計 串級控制系統(tǒng)的主回路是定值控制，其設計單回路控制系統(tǒng)的設計類似，設計過程可以按照簡單控制系統(tǒng)設計

12、原則進行。這里主要解決串級控制系統(tǒng)中兩個回路的協(xié)調工作問題。主要包括如何選取副被控參數(shù)、確定主、副回路的原則等問題。 2. 副回路的設計 由于副回路是隨動系統(tǒng)， 對包含在其中的二次擾動具有很強的抑制能力和自適應能力，二次擾動通過主、副回路的調節(jié)對主被控量的影響很小，因此在選擇副回路時應盡可能把被控過程中變化劇烈、頻繁、幅度大的主要擾動包括在副回路中，此外要盡可能包含較多的擾動。 歸納如下。 (1) 在設計中要將主要擾動包括在副回路中。 (2) 將更多的擾動包括在副回路中。 (3) 副被控過程的滯后不能太大，以保持副回路的快速相應特性。 (4) 要將被控對象具有明顯非線性或時變特性的一部分歸于副

13、對象中。 (5) 在需要以流量實現(xiàn)精確跟蹤時，可選流量為副被控量。 在這里要注意(2)和(3)存在明顯的矛盾，將更多的擾動包括在副回路中有可能導致副回路的滯后過大，這就會影響到副回路的快速控制作用的發(fā)揮，因此，在實際系統(tǒng)的設計中要兼顧(2)和(3)的綜合。 3. 主、副回路的匹配 1) 主、副回路中包含的擾動數(shù)量、時間常數(shù)的匹配 設計中考慮使二次回路中應盡可能包含較多的擾動，同時也要注意主、副回路擾動數(shù)量的匹配問題。副回路中如果包括的擾動越多，其通道就越長，時間常數(shù)就越大，副回路控制作用就不明顯了，其快速控制的效果就會降低。如果所有的擾動都包括在副回路中，主調節(jié)器也就失去了控制作用。原則上，在

14、設計中要保證主、副回路擾動數(shù)量、時間常數(shù)之比值在310之間。比值過高，即副回路的時間常數(shù)較主回路的時間常數(shù)小得太多，副回路反應靈敏，控制作用快，但副回路中包含的擾動數(shù)量過少，對于改善系統(tǒng)的控制性能不利；比值過低，副回路的時間常數(shù)接近主回路的時間常數(shù)，甚至大于主回路的時間常數(shù)，副回路雖然對改善被控過程的動態(tài)特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及時有效地克服擾動對被控量的影響。嚴重時會出現(xiàn)主、副回路“共振”現(xiàn)象，系統(tǒng)不能正常工作。 2) 主、副調節(jié)器的控制規(guī)律的匹配、選擇 在串級控制系統(tǒng)中，主、副調節(jié)器的作用是不同的。主調節(jié)器是定值控制，副調節(jié)器是隨動控制。系統(tǒng)對二個回路的要求有所不同。

15、主回路一般要求無差，主調節(jié)器的控制規(guī)律應選取PI或PID控制規(guī)律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情況選取P控制規(guī)律而不引入 I 或 D 控制。如果引入 I 控制，會延長控制過程，減弱副回路的快速控制作用；也沒有必要引入 D控制，因為副回路采用 P控制已經起到了快速控制作用，引入D控制會使調節(jié)閥的動作過大，不利于整個系統(tǒng)的控制。 3) 主、副調節(jié)器正反作用方式的確定 一個過程控制系統(tǒng)正常工作必須保證采用的反饋是負反饋。串級控制系統(tǒng)有兩個回路，主、副調節(jié)器作用方式的確定原則是要保證兩個回路均為負反饋。確定過程是首先判定為保證內環(huán)是負反饋副調節(jié)器應選用那種作用方式，然后再確定主調節(jié)器的作

16、用方式。以圖1所示物料出口溫度與爐膛溫度串級控制系統(tǒng)為例，說明主、副調節(jié)器正反作用方式的確定。 副調節(jié)器作用方式的確定： 首先確定調節(jié)閥，出于生產工藝安全考慮，燃料調節(jié)閥應選用氣開式，這樣保證當系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調節(jié)閥損壞而處于全關狀態(tài)，防止燃料進入加熱爐，確保設備安全，調節(jié)閥的 Kv 0 。然后確定副被控過程的Ko2，當調節(jié)閥開度增大，燃料量增大，爐膛溫度上升，所以 Ko2 0 。最后確定副調節(jié)器，為保證副回路是負反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為正，所以副調節(jié)器 K 20 ，副調節(jié)器作用方式為反作用方式。 主調節(jié)器作用方式的確定： 爐膛溫度升高，物料出口溫度也升高，主被控過程 Ko1 0

17、。為保證主回路為負反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正，所以副調節(jié)器的放大系數(shù) K 1 0，主調節(jié)器作用方式為反作用方式。 3.3串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應用1. 用于克服被控過程較大的容量滯后 在過程控制系統(tǒng)中，被控過程的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等參數(shù)時，控制要求較高，如果采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產工藝的要求。利用串級控制系統(tǒng)存在二次回路而改善過程動態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率，合理構造二次回路，減小容量滯后對過程的影響，加快響應速度。在構造二次回路時，應該選擇一個滯后較小的副回路，保證快速動作的副回路。 2. 用于克服被控過程的純滯后 被控過程中存在純滯后會嚴重影響控制系統(tǒng)的動態(tài)特性

18、，使控制系統(tǒng)不能滿足生產工藝的要求。使用串級控制系統(tǒng)，在距離調節(jié)閥較近、純滯后較小的位置構成副回路，把主要擾動包含在副回路中，提高副回路對系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對主被控量的影響。改善控制系統(tǒng)的控制質量。 3. 用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動 串級控制系統(tǒng)的副回路對于回路內的擾動具有很強的抑制能力。只要在設計時把變化劇烈幅度大的擾動包含在副回路中，即可以大大削弱其對主被控量的影響。 4. 用于克服被控過程的非線性 在過程控制中，一般的被控過程都存在著一定的非線性。這會導致當負載變化時整個系統(tǒng)的特性發(fā)生變化，影響控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。單回路系統(tǒng)往往不能滿足生產工藝的要求，由于串級控制系統(tǒng)的副

19、回路是隨動控制系統(tǒng)，具有一定的自適應性，在一定程度上可以補償非線性對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。第4章 相關儀表選型4.1 差壓變送器3051智能差壓變送器是我公司引進國外先進技術和設備生產的新型變送器，關鍵元器件和零部件均采用進口，整 機經過嚴格組裝和測試，該產品具有設計先進、品種規(guī)格齊全、安裝使用簡便等特點。由于該機型外觀上完全融合了目 前國內最為流行，并被廣泛使用的兩種變送器(羅斯蒙特3051與橫河EJA)，給使用者有耳目一新的感覺。同時與傳統(tǒng)的1151、CECC等系列產品在安裝上可直接替換，故它是一些老型號產品的替代和更新產品。為適合國內自動化水平的不斷提高和發(fā)展，該系列產品除設計小巧精致外，

20、具有HART現(xiàn)場總線協(xié)議的智能化功能。圖4-1 差壓變送器使用對象，液體、氣體和蒸汽。測量范圍，00.1KPa至040MPa。精確度，0.25%，0.5%（智能型：0.1%）。穩(wěn)定性，六個月內（智能型為一年）不超過最大量程的基本誤差絕對值。輸出信號。420mA DC（特殊可為四線制，220VAC供電，010mADC輸出）。供電電源，1245VDC，一般為24VDC。負載特性，與供電電源有關,在某一電源電壓時帶負載能力,負載阻抗RL與電源電壓VS關系式為，RL50（Vs-12），指示表，指針式線性指示0100%刻度或LCD液晶式顯示。防爆，隔爆型dllBT4，本質安全型iallCT6 量程和零點

21、。外部連續(xù)可調。正負遷移，零點經過正遷移或負遷移后量程、測量范圍的上限值和下限值的絕對值，均不能超過測量范圍限的100%。（智能型：量程比15：1）最大正遷移量為最小調校量程的500%。最大負遷移量為最小調校量程的600%。溫度范圍，放大器工作溫度范圍，-29+93C（LT型為：-25+70C）。法蘭式變送器灌充高溫硅油時，-20+315C，普通硅油，-40+149C 靜壓，4、10、25、32MPa，濕度，相對濕度為595%，容積吸取量，0.16cm3 阻尼（階躍響應），充硅油時，一般在0.2s到1.67s之間連續(xù)可調為滿足用戶對小量程及精度要求較高場合差壓的測量。4.2 電磁流量計電磁流量

22、計是一種根據法拉第電磁感應定律來測量管內導電介質體積流量的感應式儀表，采用單片機嵌入式技術，實現(xiàn)數(shù)字勵磁，同時在電磁流量計上采用CAN現(xiàn)場總線。屬國內首創(chuàng)，技術達到國內領先水平。圖4-2 電磁流量計電磁流量計在滿足現(xiàn)場顯示的同時，還可以輸出420mA電流信號供記錄、調節(jié)和控制用，現(xiàn)已廣泛地應用于化工、環(huán)保、冶金、醫(yī)藥、造紙、給排水等工業(yè)技術和管理部門。采用電磁感應原理測量介質流體流速的電磁流量計。它在管道的兩側加一個磁場，被測介質流過管道就切割磁力線，在兩個檢測電極上產生感應電勢，其大小正比于流體的運動速度?？梢杂糜跍y量酸、堿、鹽溶液、水煤漿、礦漿、砂漿灰泥、紙漿、樹脂、橡膠乳、合成纖維漿和感

23、光乳膠等各種懸浮物、氣化汽和粘性物質的流量。電磁流量計密封性能好，還可用于自來水和地下水道系統(tǒng)。而且測量過程不與流體接觸，適于制藥、生物化學和食品工業(yè)。這種流量計還可檢測血液流量。它的量程比約為100:1，精度一般為1，由于這種傳感器必須保持管道內電阻和測量電路阻抗之間有一定比例關系，因此在制造上有一定困難。當被測介質的電導率約為10歐姆厘米時就開始產生困難，電導率更低時就產生原理性困難。當電導率為10歐姆厘米時，就達到導電介質和電介質之間的“分界線”，熱噪聲電平隨內阻的增大而顯著增加。電磁流量計是高精度、高可靠和使用壽命長的流量儀表，所以在設計產品結構、選材、制定工藝、生產裝配和出廠測試等過

24、程中每一個環(huán)節(jié)我們都非常細致講究，還自行設計了一套中國最先進的，專用于電磁流量計的生產設備和流量實流標定裝置，從而在軟件和硬件上都能切實保證產品長期的高質量。電磁流量計特別設計了帶背光寬溫的中文液晶顯示器，功能齊全實用、顯示直觀、操作使用方便，可以減少其他電磁流量計英文菜單所帶來的不便。另外我們獨家設計4-6多電極結構，進一步保證了測量精度并且任何時候無需接地環(huán)，減輕了儀表體積和安裝維護的麻煩。一般工業(yè)用電磁流量計被測介質流速以24m/s為宜，在特殊情況下，最低流速應不小于0.2m/s，最高應不大于 8m/s。若介質中含有固體顆粒，常用流速應小于3m/s，防止襯里和電極的過分磨擦；對于粘滯流體

25、，流速可選擇大于2m/s，較大的流速有助于自動消除電極上附著的粘滯物的作用，有利于提高測量精度。 電磁流量計的量程Q應大于預計的最大流量值，而正常的流量值以稍大于流量計滿量程刻度的50%為宜。4.3 隔膜式壓力表YM系列隔膜式壓力表適用于測量具腐蝕性、高粘度、易結晶、易凝固，溫度較高的液體、氣體或顆粒狀固體介質的壓力以及必須避免測量介質直接進入壓力儀表和防止沉淀物積累且易清洗的場合。隔膜式壓力表主要用于石油、化工、化纖、染化、制藥、制堿食品等工業(yè)部門。圖4-3 隔膜式壓力表YTP防強腐全塑隔膜式壓力表是引進日本普通隔膜壓力表先進技術的基礎上根據用戶需求開發(fā)設計的新品種。主要部件隔膜連接體采用P

26、VS聚氯乙烯材料，膜片采用PTFE聚四氟乙烯制造，儀表殼體采用NJ酚醛膜塑料，具有較好的防腐性能，適用于測量氯氣，鹽酸，硝酸等具有強烈腐蝕作用的氣體或液體的壓力。 圖4-4 隔膜式壓力表結構原理隔膜在被測介質壓力作用下產生變形，密封液被壓，形成一個相當于P的壓力，傳導至壓力儀表，顯示被測介質壓力值。4.4 鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶作為溫度測量傳感器,通常與溫度變送器、調節(jié)器及顯示儀表等配套使用,組成過程控制系統(tǒng)，用以直接測量或控制各種生產過程中0-1800范圍內的流體、蒸汽和氣體介質以及固體表面等溫度。鎧狀熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應時間快和堅固耐用等許多優(yōu)點，它和工業(yè)用裝配式熱電偶一樣，作為

27、測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調節(jié)器配套使用。圖4-5 鎧裝熱電偶鎧狀熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應時間快和堅固耐用等許多優(yōu)點，它和工業(yè)用裝配式熱電偶一樣，作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調節(jié)器配套使用，同時，亦可以作為裝配式熱電偶的感溫元件。它可以直接測量各種生產過程中從0800范圍內的液體、蒸汽和其氣體介質以及固體表面的溫度。與裝配式熱電偶相比，鎧裝熱電偶具有可彎曲、耐高壓、熱響應時間短和堅固耐用等優(yōu)點。是兩種不同成份的導體兩端經焊接，形成回路，直接測溫端叫工作端，接線端子端叫冷端，也稱參比端。當工作端和參比端存在溫差時，就會在回路中產生熱電流，接上

28、顯示儀表，儀表上就會指示出熱電偶所產生的熱電動勢的對應溫度值。鎧裝熱電偶的熱電動勢將隨著測量端溫度升高而增長，熱電動勢的大小只和熱電偶導體材質以及兩端溫差有關，和熱電極的長度、直徑無關。 鎧裝熱電偶的結構原理是，是由導體、高絕緣氧化鎂、外套1Cr18Ni9Ti不銹鋼保護管，經多次一體拉制而成。鎧裝熱電偶產品主要由接線盒、接線端子和鎧裝熱電偶組成基本結構，并配以各種安裝固定裝置組成。鎧裝熱電偶是溫度測量中應用最廣泛的溫度器件，他的主要特點就是測吻范圍寬，性能比較穩(wěn)定，同時結構簡單，動態(tài)響應好，更能夠遠傳4-20mA電信號，便于自動控制和集中控制。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應。將兩種不同的導體或

29、半導體連接成閉合回路，當兩個接點處的溫度不同時，回路中將產生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，又稱為塞貝克效應。閉合回路中產生的熱電勢有兩種電勢組成；溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同一導體的兩端因溫度不同而產生的電勢，不同的導體具有不同的電子密度，所以他們產生的電勢也不相同，而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導體相接觸時，因為他們的電子密度不同所以產生一定的電子擴散，當他們達到一定的平衡后所形成的電勢，接觸電勢的大小取決于兩種不同導體的材料性質以及他們接觸點的溫度。 國際上應用的熱電偶具有一個標準規(guī)范，國際上規(guī)定熱電偶分為八個不同的分度，分別為B，R，S，K，N，E，J和T，其測量溫度的最低可測

30、零下270攝氏度，最高可達1800攝氏度，其中B，R，S屬于鉑系列的熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個則稱為廉價金屬熱電偶。熱電偶的結構有兩種，普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護套管和接線盒等部分組成，而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲，絕緣材料和金屬保護套管三者組合裝配后，經過拉伸加工而成的一種堅實的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導線來進行傳遞，這種導線我們稱為補償導線。不同的熱電偶需要不同的補償導線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。補償導線又分為補償型和延長型兩種，延長導線的化學成分與被

31、補償?shù)臒犭娕枷嗤?，但是實際中，延長型的導線也并不是用和熱電偶相同材質的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導線代替。補償導線的與熱電偶的連線一般都是很明了，熱電偶的正極連接補償導線的紅色線，而負極則連接剩下的顏色。一般的補償導線的材質大部分都采用銅鎳合金。 由于鎧裝熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省鎧裝熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把鎧裝熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使鎧裝熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的

32、影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t00時對測溫的影響。在使用鎧裝熱電偶補償導線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導線與鎧裝熱電偶連接端的溫度不能超過100。4.5 溫度變送器溫度變送器一般為24V供電、二線制的一體化變送器。產品采用進口集成電路，將熱電阻或熱電偶的信號放大，并轉換成4-20mA或0-10mA的輸出電流,或05V的輸出電壓。其中鎧裝變送器可以直接測量氣體或液體的溫度特別適用于低溫范圍測量，克服了冷凝水對測溫所帶來的影響特點。圖4-6 溫度變送器溫度變送器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表。主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。 帶傳

33、感器的變送器通常由兩部分組成：傳感器和信號轉換器。傳感器主要是熱電偶或熱電阻；信號轉換器主要由測量單元、信號處理和轉換單元組成（由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表是標準化的，因此信號轉換器作為獨立產品時也稱為變送器），有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場總線功能。表4-1溫度變送器溫度量程范圍類型溫度范圍（）最小量程（）絕對誤差基本誤差K0130012010.2%E010008010.2%S0160058030.2%B4001800100030.2%R0160085030.2%T-20040012010.2%N0120018030.2%W0230034030.2%J0120010030.2%變

34、送器如果由兩個用來測量溫差的傳感器組成，輸出信號與溫差之間有一給定的連續(xù)函數(shù)關系。故稱為溫度變送器。變送器輸出信號與溫度變量之間有一給定的連續(xù)函數(shù)關系（通常為線性函數(shù)），早期生產的變送器其輸出信號與溫度傳感器的電阻值（或電壓值）之間呈線性函數(shù)關系。 標準化輸出信號主要為0mA10mA和4mA20mA（或1V5V）的直流電信號。不排除具有特殊規(guī)定的其他標準化輸出信號。變送器有電動單元組合儀表系列的（DDZ-型、DDZ-型和DDZ-S型）和小型化模塊式的，多功能智能型的。前者均不帶傳感器，后兩類變送器可以方便的與熱電走或熱電阻組成帶傳感器的變送器。 4.6操作臺的選擇我們選擇GHJS型PLC儀表盤

35、操作臺，這款裝置適用于發(fā)電廠、石油、化工、冶金、紡織、高層建筑等行業(yè)的配電系統(tǒng)。在自動化程度高，要求與計算機接口的場所，作為三相交流頻率為50（60）Hz額定工作電壓 380V（400V）、（660V），額定電流為4000A及以下的發(fā)、供電系統(tǒng)中的配電、電動機集中控制、無功功率補償使用的低壓成套配電裝置。1、結構特征主框架采用8MF型開口型鋼，型鋼的二側面分別有模數(shù)為20mm和100mm的9.2mm的安裝孔，內部安裝靈活方便。主框架裝配形式設計為兩種，全組裝式結構和部分（側框和橫梁）焊接式結構，供用戶選擇。裝置的各功能室相互隔離，其隔室分為功能單元室、母線室和電纜室。各室的作用相對獨立。水平主

36、母線采用柜后平置式排列方式，以增強母線抗電動力的能力，是使裝置的主電路具備高短路強度能力的基本措施。電纜隔室的設計使電纜上下進出均十分方便。2、使用條件戶內使用，使用點的海拔高度不得超過2000m。周圍空氣溫度不高于40，不低于-5。且24小時內平均溫度不得高于35。超過時，需根據實際情況降容運行。周圍空氣相對濕度為40不超過50%，在較低溫度允許有較大的相對濕度；如20時為90%，應考慮到由于溫度的變化可能會偶然產生凝露的影響。裝置安裝時與垂直面傾斜不超過50，且整組柜列相對平整符合（GBJ232-2標準）。裝置應安裝在無劇烈震動和沖擊以及不足以使電器元件受到不應有腐蝕的場所。用戶有特殊要求

37、時，可以與制造廠協(xié)商解決。3、使用條件周圍空氣溫度不高于40，不低于-5。且24小時內平均溫度不得高于35。周圍空氣相對濕度在最高溫度為40不超過50%，在較低溫度允許有較大的相對濕度；如20時為90%，但應考慮到由于溫度的變化有可能會偶然產生適度的凝露。戶內使用，使用地點的海拔高度不得超過2000m。應安裝在無劇烈震動和沖擊以及不足以使用電器元件受到腐蝕的場所。型號及其含義:G:柜式結構C:門開式A:資源電器系統(tǒng)4.7顯示器的選擇我選擇的顯示器是飛利浦 190CW7 ，外觀設計外形尺寸 438358211（寬高深）mm ，飛利浦 190CW7 顯示屏顯示屏尺寸 19英寸 ，可視區(qū)域 410.

38、4256.5mm ，分辨率1440900 60Hz ，可編程控制器（簡稱PLC）是目前工控界發(fā)展最為迅速的工業(yè)自動化控制產品，由于該類產品可靠性高，使用靈活、方便，故在國內外被廣泛的運用于自動化領域內。而常規(guī)的PLC一般僅有開關量輸入、輸出狀態(tài)指示，通常沒有模擬量數(shù)碼顯示功能。這給需要顯示PLC內部程序中運行的某些數(shù)據（如溫度、壓力、流量、速度、角度、位置、頻率、轉速、電壓、電流、功率、時間、故障代碼等）帶來不便。這也是PLC致命的弱點！解決這類問題的方法通常有如下幾種：a. 采用帶鎖存的BCD碼并行顯示器； b. 采用PLC專用模擬量輸出模塊驅動標準數(shù)字面板表；c. 采用觸摸屏的人機界面；d

39、. 采用微機系統(tǒng)組態(tài)軟件。為了顯示4位數(shù)據，a種方法至少需要占用PLC 8個晶體管輸出點。一般來講，PLC的每個輸出點平均價格至少為90元人民幣，加上4位并行顯示器，最便宜也要40元/ 每位，故需要890+440=880（元）才能滿足顯示要求。而該方式由于還不具備普通儀表特征，故實際使用還需要設計電路板、表面裝飾、考慮安裝結構等，使用不便。b方式可以將PLC的內部數(shù)據，如現(xiàn)場采集的溫度、壓力電流信號經PLC內部轉換為用電壓、電流方式表示的工程量供顯示。這種方式需要PLC配置昂貴的D/A模塊，除D/A本身存在著轉換誤差外，它還存在著如下致命缺點： 顯示信號易受干擾，特別是個位數(shù)據顯示極不穩(wěn)定，某

40、些場合的數(shù)據如：年、月、日、安全生產日等數(shù)據是不允許來回變動的。 要將PLC采集的數(shù)據、或計算值轉換為電壓輸出方式并且要符合工程量表示法較為麻煩，例如累計產品數(shù)量往往較大，而標準數(shù)字面板表顯示的最大數(shù)字是1999，又例如顯示較小的數(shù)據值時采用電壓顯示往往輸出幅值太小，象余氯值、功率因素值等，稍有干擾就導致較大的顯示誤差。 儀表的互換性差，需要定期進行儀表計量；成本高。一般標準數(shù)字面板表價格較低，但驅動它必須配置PLC模擬量輸出模塊，導致成本居高不下，影響了工程的中標率。我們知道，PLC的開關量每點成本為90元左右。而模擬量的每點價格至少在700900元左右。如果選用多塊表（象中央控制室模擬顯示

41、屏），成本明顯太高。這種方式目前已逐漸淘汰。第5章 S7-300 PLC在系統(tǒng)中的應用5.1 S7-300 PLC簡介SIMATIC S7-300是一種通用型的PLC，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其是在生產制造工程中的應用。模塊化、無風扇結構、易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，使得S7-300在各種工業(yè)領域中實施各種控制任務時，成為一種既經濟又切合實際的解決方案。圖5-1 S7-300 PLC外觀SIMATIC S7-300系列PLC是模塊化結構設計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)構成如圖7.1所示。它的主要組成部分有導軌(RACK)、電源模塊(PS)、中央處理單元

42、模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等。它通過MPI網的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7 PLC相連。S7-300是模塊化的組合結構，根據應用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機架(導軌)或多個機架上。與CPU312 IFM和CPU313配套的模塊只能安裝在一個機架上。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。CPU314/315/315-2DP最多可擴展4個機架，IM360/IM361接口模塊將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架。根據機架上模塊的類型，地址

43、可以為輸入(I)或輸出(O)。數(shù)字I/O模塊每個槽劃分為4 B(等于32個I/O點)。模擬I/O模塊每個槽劃分為16 B(等于8個模擬量通道)，每個模擬量輸入通道或輸出通道的地址總是一個字地址。S7-300由多種模塊部件組成，包括導軌（Rack）、電源模塊（PS）、CPU模塊、接口模塊（IM）、輸入輸出模塊（SM）。各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設計更加靈活，滿足不同的應用需求。PS307是西門子公司為S7-300專配的24 V DC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外(有2A、5A、10A三種)，其工作原理和各種參數(shù)都相同。PS307可安裝在S7-300的專用導軌上

44、，除了給S7-300 CPU供電外，也可給I/O模塊提供負載電源。S7-300模塊使用的電源由S7-300背板總線提供，一些模塊還需從外部負載電源供電。在組建S7-300應用系統(tǒng)時，考慮每塊模塊的電流耗量和功率損耗是非常必要的。一個實際的S7-300 PLC系統(tǒng)，確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊，所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總消耗功率之和，并且要留有30左右的裕量。當同一電源模塊既要為主機單元又要為擴展單元供電時，從主機單元到最遠一個擴展單元的線路壓降必須小于0.25 V。圖5-2 S7-300系列PLC系統(tǒng)構成框圖在實時控制系統(tǒng)中，接地是

45、抑制干擾以使系統(tǒng)可靠工作的主要方法。在設計中如能把接地和屏蔽正確地結合起來使用，則可以解決大部分干擾問題。PS307除了給CPU供電外，還給24V DC模塊提供負載電流，在一些場合，可能需要參考電位不接地的S7-300系統(tǒng)，此時應該把在CPU313/314上M端子和功能性地之間跨接線拆下。對CPU312 IFM，只能實現(xiàn)一個接地結構，參考電位和地在內部已連接好。在帶隔離的模塊結構中，控制回路的參考電位和負載回路的參考電位是隔離的。需要更換模塊時，應先解鎖前連接器，然后取下模塊。在開始安裝一個新的模塊之前，應將前連接器的上半部編碼插針從該模塊上取下來，這樣做是因為該編碼部件早已插入到已接線的前連

46、接器，如不把它取下，會阻礙前連接器插回原位置。5.2 PLC工作原理當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。5.2.1 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能

47、保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。5.2.2 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據都有可能發(fā)生變化，

48、而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用。相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。5.2.3 輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。第六章 可編程控制器（PLC）的安裝、維護和檢修6.1 PLC的安裝為保證PLC工作的可靠性，提高它的工作效率，延長其使用壽命，對使用場合、環(huán)境溫度要有一定的要求。在安裝PLC時，要滿足下列條件:1、 環(huán)境

49、溫度在050的范圍內；2、 環(huán)境相對濕度應在35-85范圍內；3、 周圍無腐蝕和易燃的氣體；4、 應避免太陽光的直接照射及液態(tài)物質的濺射；5、 應避免鐵屑及灰塵；6、 避免頻繁或連續(xù)的振動及沖擊。除滿足以上環(huán)境條件外，安裝時還應該注意以下幾點：1、 在安裝和拆卸時，PLC的所有單元必須斷電；2、 在接觸PLC前，必須事先釋放人體所帶靜電；3、 注意PLC周圍的通風和散熱；4、 嚴防導線頭、鐵屑等從通風窗掉入可編程控制器內部，造成印刷電路板短路，使其不能正常工作甚至水久損壞。5、 盡可能遠離高壓電源線和高壓設備，可編程控制器高壓設備和電源線之間應留出至少200mm的距離。小型可編程控制器外殼的4個角上，均有安裝孔。有兩種安裝方法，一是底板安裝，不同的單元有不同的安裝尺寸；另一種是DIN（德國共和標準）軌道固定。DIN軌道配套使用的安裝夾板，左右各一對。在軌道上，先裝好左右夾板，裝上PLC，然后擰緊螺釘20。6.2 PLC系統(tǒng)的電源接線PLC供電電源可采用直流24V、交流1 00V120V或200V240V的工作電源。如果電源發(fā)生故障，中斷時間少于10ms ，PLC工作不受影響。若電源中斷超過10ms或電源下降超過允許值，則PLC停止工作，所有的輸出點均同時斷開。當電