徐强专业综合设计说明书

1、吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书列管式换热器自控设计学生学号： 学生姓名： 徐 强 专业班级： 自动0701 指导教师： 吕春兰 职 称： 副教授 起止日期：2010.10.312010.11.21吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology目 录第1章 专业综合设计的目的4第2章 前言52.1 列管式换热器自控方法分析52.2列管式换热器工作原理6第3章 列管式换热器工艺流程73.1 串级控制系统基本概念即组成结构73.2串级控制系统的设计83.3串级控制系统的工业应用10第4章 相关仪表选型114.1 差压变送器114.2 电磁流量计124

2、.3 隔膜式压力表134.4 铠装热电偶144.5 温度变送器154.6操作台的选择164.7显示器的选择17第5章 S7-300 PLC在系统中的应用195.1 S7-300 PLC简介195.2 PLC工作原理205.2.1 输入采样阶段215.2.2 用户程序执行阶段215.2.3 输出刷新阶段21第六章 可编程控制器（PLC）的安装、维护和检修226.1 PLC的安装226.2 PLC系统的电源接线226.3 接地236.4输入接线236.5 输出接线236.6 PLC的维护和检修24致谢25参 考 文 献26第1章 专业综合设计的目的本设计是学生第一次进行的综合性专业训练，是自动化专

3、业的一个重要教学环节，其设计目的是进一步巩固和加深对所学理论知识的理解，培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，使学生对自控设计有较完整的概念，培养学生综合运用所学的控制理论、仪表、控制工程等知识进行工程设计的能力，进一步提高设计计算、制图、视图、编写技术文件，查阅参考文献与资料、仪表类型选择的能力。通过此次设计，培养学生树立为社会主义建设服务的观念。设计者应该有敢于创新和勇于负责的精神，从投入施工的角度来严肃对待自己的设计，使自己的设计能最大限度满足生产实际需要，既经济，又可靠。要善于利用书本知识，而又不迷信书本，要善于独立思考，反对粗心大意，草率从事以及不负责的态度；设计中应善于全面综合

4、的考虑各项复杂因素，有选择性吸收前人的成果，发挥主观能动性，大胆提出创造性的设计方案。第2章 前言列管式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。封头用螺栓与壳体两端的法兰相连。它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧凑、传热效果好。结构坚固，而且可以选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大。列管换热器的构造原理、特点： 列管换热器（又名列管式冷凝器），按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热面积1500m2，可根

5、据用户需要定制。.列管换热器应用构造具有耐腐蚀性能好，耐温高、导热好、体轻、占地面积小，无毒性，不结垢，安装维修方便，应用面广、价格低廉等优点一九八零年化工十多个单位的专定、学者、技术人员领导同志参加。鉴定意见认为：在填充改性，二次成型加工，专用工具焊接等方面的研制工作都是成功的。在国内是先进的，在应用石墨填充改性聚丙烯并制成换热器方面也是首创的。实践证明，效果良好，建议推广应用。并用于同年荣获中华人民共和国化学工业部重大成果奖。列管换热器主要特点：1耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，几乎直到100都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温

6、下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。2耐温性：聚丙烯塑料熔点为164-174，因此一般使用温度可达110-125。3无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。4重量轻：对设备安装维修极为方便。2.1 列管式换热器自控方法分析列管式换热器具有传热面积大、结构紧凑、传热效果好等特点，在化工企业中广泛用于生产过程的加热、冷却及废热回收等场合。南通江山农化公司的草甘膦合成工段使用列管式换热器用来回收变换气的热量以提高进饱和塔的热水温度，从而为合成反应提供必要的条件。换热器循环水泵采用三相异步电机带动，原来未使用调速方式，换热器的进水量和出水量是固定的，由于回收到的变换气温度波

7、动较大，导致换热器出水口的温度难以控制在规定的范围内，给合成工段的生产质量造成了一定的影响，主要反映在草甘膦的有效含量偏差过大。基于上述原因，在确保生产工艺要求的前提下，决定采用通用变频器对循环水泵电机进行调速控制。变频器则在可编程控制器的程序控制下工作，其控制信号由可编程控制器综合气体温度以及出水口温度经算法运算后给出。本文结合该变频调速系统的具体应用，重点分析其中控制系统的结构和工作原理。图2-1列管式换热器工作原理示意图2.2列管式换热器工作原理 如图2-1所示，变换气作为壳程流体，入口温度高，出口温度低;水作为管程流体，进水温度低，出水温度高。图中给出了相应的温度示意值。循环水泵电机的

8、转速大小直接影响到换热器的进、出水量和出水口温度。第3章 列管式换热器工艺流程大多数情况下，当工艺介质较稳定且蒸汽源压力变化不大时，采用单回路控制就能满足要求；实际使用中，可根据传热设备滞后较大的特点，控制器中引入微分作用以改善调节品质。否则当工艺介质口流量波动较大或蒸汽源压力变化频繁时，若单回路控制方案无法满足工艺要求，则可以从方案着手，引入串级、前馈等复杂控制系统。当蒸汽阀前压力波动较大时，可采用工艺介质出口温度与蒸汽流量或蒸汽压力组成的串级控制系统，如图3-1所示。图3-1 串级控制系统工艺图3.1 串级控制系统基本概念即组成结构1概念及组成串级控制系统-两只调节器串联起来工作，其中一个

9、调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在

10、副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。 2串级控制系统的工作过程 当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析： * 1）扰动作用于副回路 * 2）扰动作用于主过程 * 3）扰动同时作用于副回路和主过程 分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。 3. 系统特点及分析 * 改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。 * 能迅速克服进入副回路的二次扰动。 * 提高了系统的工作频率。 * 对负荷变

11、化的适应性较强 4. 工程应用场合 * 应用于容量滞后较大的过程 * 应用于纯时延较大的过程 * 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程 * 应用于参数互相关联的过程 * 应用于非线性过程 5. 系统设计 * 主参数的选择和主回路的设计 * 副参数的选择和副回路的设计 * 控制系统控制参数的选择 * 串级控制系统主、副调节器控制规律的选择 * 串级控制系统主、副调节器正、反作用方式的确定 3.2串级控制系统的设计1. 主回路的设计 串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何

12、选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题。 2. 副回路的设计 由于副回路是随动系统， 对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。 归纳如下。 (1) 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。 (2) 将更多的扰动包括在副回路中。 (3) 副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速相应特性。 (4) 要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。 (5) 在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。 在这

13、里要注意(2)和(3)存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要兼顾(2)和(3)的综合。 3. 主、副回路的匹配 1) 主、副回路中包含的扰动数量、时间常数的匹配 设计中考虑使二次回路中应尽可能包含较多的扰动，同时也要注意主、副回路扰动数量的匹配问题。副回路中如果包括的扰动越多，其通道就越长，时间常数就越大，副回路控制作用就不明显了，其快速控制的效果就会降低。如果所有的扰动都包括在副回路中，主调节器也就失去了控制作用。原则上，在设计中要保证主、副回路扰动数量、时间常数之比值在310之间。比值过高，即

14、副回路的时间常数较主回路的时间常数小得太多，副回路反应灵敏，控制作用快，但副回路中包含的扰动数量过少，对于改善系统的控制性能不利；比值过低，副回路的时间常数接近主回路的时间常数，甚至大于主回路的时间常数，副回路虽然对改善被控过程的动态特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及时有效地克服扰动对被控量的影响。严重时会出现主、副回路“共振”现象，系统不能正常工作。 2) 主、副调节器的控制规律的匹配、选择 在串级控制系统中，主、副调节器的作用是不同的。主调节器是定值控制，副调节器是随动控制。系统对二个回路的要求有所不同。主回路一般要求无差，主调节器的控制规律应选取PI或PID控制规律；副回路

15、要求起控制的快速性，可以有余差，一般情况选取P控制规律而不引入 I 或 D 控制。如果引入 I 控制，会延长控制过程，减弱副回路的快速控制作用；也没有必要引入 D控制，因为副回路采用 P控制已经起到了快速控制作用，引入D控制会使调节阀的动作过大，不利于整个系统的控制。 3) 主、副调节器正反作用方式的确定 一个过程控制系统正常工作必须保证采用的反馈是负反馈。串级控制系统有两个回路，主、副调节器作用方式的确定原则是要保证两个回路均为负反馈。确定过程是首先判定为保证内环是负反馈副调节器应选用那种作用方式，然后再确定主调节器的作用方式。以图1所示物料出口温度与炉膛温度串级控制系统为例，说明主、副调节

16、器正反作用方式的确定。 副调节器作用方式的确定： 首先确定调节阀，出于生产工艺安全考虑，燃料调节阀应选用气开式，这样保证当系统出现故障使调节阀损坏而处于全关状态，防止燃料进入加热炉，确保设备安全，调节阀的 Kv 0 。然后确定副被控过程的Ko2，当调节阀开度增大，燃料量增大，炉膛温度上升，所以 Ko2 0 。最后确定副调节器，为保证副回路是负反馈，各环节放大系数(即增益)乘积必须为正，所以副调节器 K 20 ，副调节器作用方式为反作用方式。 主调节器作用方式的确定： 炉膛温度升高，物料出口温度也升高，主被控过程 Ko1 0。为保证主回路为负反馈，各环节放大系数乘积必须为正，所以副调节器的放大系

17、数 K 1 0，主调节器作用方式为反作用方式。 3.3串级控制系统的工业应用1. 用于克服被控过程较大的容量滞后 在过程控制系统中，被控过程的容量滞后较大，特别是一些被控量是温度等参数时，控制要求较高，如果采用单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。利用串级控制系统存在二次回路而改善过程动态特性，提高系统工作频率，合理构造二次回路，减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度。在构造二次回路时，应该选择一个滞后较小的副回路，保证快速动作的副回路。 2. 用于克服被控过程的纯滞后 被控过程中存在纯滞后会严重影响控制系统的动态特性，使控制系统不能满足生产工艺的要求。使用串级控制系统，在距离调节阀较近、

18、纯滞后较小的位置构成副回路，把主要扰动包含在副回路中，提高副回路对系统的控制能力，可以减小纯滞后对主被控量的影响。改善控制系统的控制质量。 3. 用于抑制变化剧烈幅度较大的扰动 串级控制系统的副回路对于回路内的扰动具有很强的抑制能力。只要在设计时把变化剧烈幅度大的扰动包含在副回路中，即可以大大削弱其对主被控量的影响。 4. 用于克服被控过程的非线性 在过程控制中，一般的被控过程都存在着一定的非线性。这会导致当负载变化时整个系统的特性发生变化，影响控制系统的动态特性。单回路系统往往不能满足生产工艺的要求，由于串级控制系统的副回路是随动控制系统，具有一定的自适应性，在一定程度上可以补偿非线性对系统

19、动态特性的影响。第4章 相关仪表选型4.1 差压变送器3051智能差压变送器是我公司引进国外先进技术和设备生产的新型变送器，关键元器件和零部件均采用进口，整 机经过严格组装和测试，该产品具有设计先进、品种规格齐全、安装使用简便等特点。由于该机型外观上完全融合了目 前国内最为流行，并被广泛使用的两种变送器(罗斯蒙特3051与横河EJA)，给使用者有耳目一新的感觉。同时与传统的1151、CECC等系列产品在安装上可直接替换，故它是一些老型号产品的替代和更新产品。为适合国内自动化水平的不断提高和发展，该系列产品除设计小巧精致外，具有HART现场总线协议的智能化功能。图4-1 差压变送器使用对象，液体

20、、气体和蒸汽。测量范围，00.1KPa至040MPa。精确度，0.25%，0.5%（智能型：0.1%）。稳定性，六个月内（智能型为一年）不超过最大量程的基本误差绝对值。输出信号。420mA DC（特殊可为四线制，220VAC供电，010mADC输出）。供电电源，1245VDC，一般为24VDC。负载特性，与供电电源有关,在某一电源电压时带负载能力,负载阻抗RL与电源电压VS关系式为，RL50（Vs-12），指示表，指针式线性指示0100%刻度或LCD液晶式显示。防爆，隔爆型dllBT4，本质安全型iallCT6 量程和零点。外部连续可调。正负迁移，零点经过正迁移或负迁移后量程、测量范围的上限值

21、和下限值的绝对值，均不能超过测量范围限的100%。（智能型：量程比15：1）最大正迁移量为最小调校量程的500%。最大负迁移量为最小调校量程的600%。温度范围，放大器工作温度范围，-29+93C（LT型为：-25+70C）。法兰式变送器灌充高温硅油时，-20+315C，普通硅油，-40+149C 静压，4、10、25、32MPa，湿度，相对湿度为595%，容积吸取量，0.16cm3 阻尼（阶跃响应），充硅油时，一般在0.2s到1.67s之间连续可调为满足用户对小量程及精度要求较高场合差压的测量。4.2 电磁流量计电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，采

22、用单片机嵌入式技术，实现数字励磁，同时在电磁流量计上采用CAN现场总线。属国内首创，技术达到国内领先水平。图4-2 电磁流量计电磁流量计在满足现场显示的同时，还可以输出420mA电流信号供记录、调节和控制用，现已广泛地应用于化工、环保、冶金、医药、造纸、给排水等工业技术和管理部门。采用电磁感应原理测量介质流体流速的电磁流量计。它在管道的两侧加一个磁场，被测介质流过管道就切割磁力线，在两个检测电极上产生感应电势，其大小正比于流体的运动速度。可以用于测量酸、碱、盐溶液、水煤浆、矿浆、砂浆灰泥、纸浆、树脂、橡胶乳、合成纤维浆和感光乳胶等各种悬浮物、气化汽和粘性物质的流量。电磁流量计密封性能好，还可用

23、于自来水和地下水道系统。而且测量过程不与流体接触，适于制药、生物化学和食品工业。这种流量计还可检测血液流量。它的量程比约为100:1，精度一般为1，由于这种传感器必须保持管道内电阻和测量电路阻抗之间有一定比例关系，因此在制造上有一定困难。当被测介质的电导率约为10欧姆厘米时就开始产生困难，电导率更低时就产生原理性困难。当电导率为10欧姆厘米时，就达到导电介质和电介质之间的“分界线”，热噪声电平随内阻的增大而显著增加。电磁流量计是高精度、高可靠和使用寿命长的流量仪表，所以在设计产品结构、选材、制定工艺、生产装配和出厂测试等过程中每一个环节我们都非常细致讲究，还自行设计了一套中国最先进的，专用于电

24、磁流量计的生产设备和流量实流标定装置，从而在软件和硬件上都能切实保证产品长期的高质量。电磁流量计特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。另外我们独家设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。一般工业用电磁流量计被测介质流速以24m/s为宜，在特殊情况下，最低流速应不小于0.2m/s，最高应不大于 8m/s。若介质中含有固体颗粒，常用流速应小于3m/s，防止衬里和电极的过分磨擦；对于粘滞流体，流速可选择大于2m/s，较大的流速有助于自动消除电极上附着的粘滞物的作

25、用，有利于提高测量精度。 电磁流量计的量程Q应大于预计的最大流量值，而正常的流量值以稍大于流量计满量程刻度的50%为宜。4.3 隔膜式压力表YM系列隔膜式压力表适用于测量具腐蚀性、高粘度、易结晶、易凝固，温度较高的液体、气体或颗粒状固体介质的压力以及必须避免测量介质直接进入压力仪表和防止沉淀物积累且易清洗的场合。隔膜式压力表主要用于石油、化工、化纤、染化、制药、制碱食品等工业部门。图4-3 隔膜式压力表YTP防强腐全塑隔膜式压力表是引进日本普通隔膜压力表先进技术的基础上根据用户需求开发设计的新品种。主要部件隔膜连接体采用PVS聚氯乙烯材料，膜片采用PTFE聚四氟乙烯制造，仪表壳体采用NJ酚醛膜

26、塑料，具有较好的防腐性能，适用于测量氯气，盐酸，硝酸等具有强烈腐蚀作用的气体或液体的压力。 图4-4 隔膜式压力表结构原理隔膜在被测介质压力作用下产生变形，密封液被压，形成一个相当于P的压力，传导至压力仪表，显示被测介质压力值。4.4 铠装热电偶铠装热电偶作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统，用以直接测量或控制各种生产过程中0-1800范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。铠状热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，它和工业用装配式热电偶一样，作为测量温度的传感器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。图4-5

27、 铠装热电偶铠状热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，它和工业用装配式热电偶一样，作为测量温度的传感器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，同时，亦可以作为装配式热电偶的感温元件。它可以直接测量各种生产过程中从0800范围内的液体、蒸汽和其气体介质以及固体表面的温度。与装配式热电偶相比，铠装热电偶具有可弯曲、耐高压、热响应时间短和坚固耐用等优点。是两种不同成份的导体两端经焊接，形成回路，直接测温端叫工作端，接线端子端叫冷端，也称参比端。当工作端和参比端存在温差时，就会在回路中产生热电流，接上显示仪表，仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。铠装热电偶

28、的热电动势将随着测量端温度升高而增长，热电动势的大小只和热电偶导体材质以及两端温差有关，和热电极的长度、直径无关。 铠装热电偶的结构原理是，是由导体、高绝缘氧化镁、外套1Cr18Ni9Ti不锈钢保护管，经多次一体拉制而成。铠装热电偶产品主要由接线盒、接线端子和铠装热电偶组成基本结构，并配以各种安装固定装置组成。铠装热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件，他的主要特点就是测吻范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好，更能够远传4-20mA电信号，便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，这种

29、现象称为热电效应，又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成；温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势，不同的导体具有不同的电子密度，所以他们产生的电势也不相同，而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时，因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散，当他们达到一定的平衡后所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。 国际上应用的热电偶具有一个标准规范，国际上规定热电偶分为八个不同的分度，分别为B，R，S，K，N，E，J和T，其测量温度的最低可测零下270摄氏度，最高可达1800摄氏度，其中B，R，S属于铂系列的热电

30、偶，由于铂属于贵重金属，所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种，普通型和铠装型。普通性热电偶一般由热电极，绝缘管，保护套管和接线盒等部分组成，而铠装型热电偶则是将热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源，从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种，延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同，但是实际中，延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金

31、属，一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了，热电偶的正极连接补偿导线的红色线，而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。 由于铠装热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省铠装热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把铠装热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使铠装热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测

32、温的影响。在使用铠装热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与铠装热电偶连接端的温度不能超过100。4.5 温度变送器温度变送器一般为24V供电、二线制的一体化变送器。产品采用进口集成电路，将热电阻或热电偶的信号放大，并转换成4-20mA或0-10mA的输出电流,或05V的输出电压。其中铠装变送器可以直接测量气体或液体的温度特别适用于低温范围测量，克服了冷凝水对测温所带来的影响特点。图4-6 温度变送器温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。 带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热

33、电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。表4-1温度变送器温度量程范围类型温度范围（）最小量程（）绝对误差基本误差K0130012010.2%E010008010.2%S0160058030.2%B4001800100030.2%R0160085030.2%T-20040012010.2%N0120018030.2%W0230034030.2%J0120010030.2%变送器如果由两个用来测量温差的传感器组成，输出信号与温差之间有一给定的连续

34、函数关系。故称为温度变送器。变送器输出信号与温度变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数），早期生产的变送器其输出信号与温度传感器的电阻值（或电压值）之间呈线性函数关系。 标准化输出信号主要为0mA10mA和4mA20mA（或1V5V）的直流电信号。不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。变送器有电动单元组合仪表系列的（DDZ-型、DDZ-型和DDZ-S型）和小型化模块式的，多功能智能型的。前者均不带传感器，后两类变送器可以方便的与热电走或热电阻组成带传感器的变送器。 4.6操作台的选择我们选择GHJS型PLC仪表盘操作台，这款装置适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织、高层建筑等行业的配

35、电系统。在自动化程度高，要求与计算机接口的场所，作为三相交流频率为50（60）Hz额定工作电压 380V（400V）、（660V），额定电流为4000A及以下的发、供电系统中的配电、电动机集中控制、无功功率补偿使用的低压成套配电装置。1、结构特征主框架采用8MF型开口型钢，型钢的二侧面分别有模数为20mm和100mm的9.2mm的安装孔，内部安装灵活方便。主框架装配形式设计为两种，全组装式结构和部分（侧框和横梁）焊接式结构，供用户选择。装置的各功能室相互隔离，其隔室分为功能单元室、母线室和电缆室。各室的作用相对独立。水平主母线采用柜后平置式排列方式，以增强母线抗电动力的能力，是使装置的主电路具

36、备高短路强度能力的基本措施。电缆隔室的设计使电缆上下进出均十分方便。2、使用条件户内使用，使用点的海拔高度不得超过2000m。周围空气温度不高于40，不低于-5。且24小时内平均温度不得高于35。超过时，需根据实际情况降容运行。周围空气相对湿度为40不超过50%，在较低温度允许有较大的相对湿度；如20时为90%，应考虑到由于温度的变化可能会偶然产生凝露的影响。装置安装时与垂直面倾斜不超过50，且整组柜列相对平整符合（GBJ232-2标准）。装置应安装在无剧烈震动和冲击以及不足以使电器元件受到不应有腐蚀的场所。用户有特殊要求时，可以与制造厂协商解决。3、使用条件周围空气温度不高于40，不低于-5

37、。且24小时内平均温度不得高于35。周围空气相对湿度在最高温度为40不超过50%，在较低温度允许有较大的相对湿度；如20时为90%，但应考虑到由于温度的变化有可能会偶然产生适度的凝露。户内使用，使用地点的海拔高度不得超过2000m。应安装在无剧烈震动和冲击以及不足以使用电器元件受到腐蚀的场所。型号及其含义:G:柜式结构C:门开式A:资源电器系统4.7显示器的选择我选择的显示器是飞利浦 190CW7 ，外观设计外形尺寸 438358211（宽高深）mm ，飞利浦 190CW7 显示屏显示屏尺寸 19英寸 ，可视区域 410.4256.5mm ，分辨率1440900 60Hz ，可编程控制器（简称

38、PLC）是目前工控界发展最为迅速的工业自动化控制产品，由于该类产品可靠性高，使用灵活、方便，故在国内外被广泛的运用于自动化领域内。而常规的PLC一般仅有开关量输入、输出状态指示，通常没有模拟量数码显示功能。这给需要显示PLC内部程序中运行的某些数据（如温度、压力、流量、速度、角度、位置、频率、转速、电压、电流、功率、时间、故障代码等）带来不便。这也是PLC致命的弱点！解决这类问题的方法通常有如下几种：a. 采用带锁存的BCD码并行显示器； b. 采用PLC专用模拟量输出模块驱动标准数字面板表；c. 采用触摸屏的人机界面；d. 采用微机系统组态软件。为了显示4位数据，a种方法至少需要占用PLC

39、8个晶体管输出点。一般来讲，PLC的每个输出点平均价格至少为90元人民币，加上4位并行显示器，最便宜也要40元/ 每位，故需要890+440=880（元）才能满足显示要求。而该方式由于还不具备普通仪表特征，故实际使用还需要设计电路板、表面装饰、考虑安装结构等，使用不便。b方式可以将PLC的内部数据，如现场采集的温度、压力电流信号经PLC内部转换为用电压、电流方式表示的工程量供显示。这种方式需要PLC配置昂贵的D/A模块，除D/A本身存在着转换误差外，它还存在着如下致命缺点： 显示信号易受干扰，特别是个位数据显示极不稳定，某些场合的数据如：年、月、日、安全生产日等数据是不允许来回变动的。 要将P

40、LC采集的数据、或计算值转换为电压输出方式并且要符合工程量表示法较为麻烦，例如累计产品数量往往较大，而标准数字面板表显示的最大数字是1999，又例如显示较小的数据值时采用电压显示往往输出幅值太小，象余氯值、功率因素值等，稍有干扰就导致较大的显示误差。 仪表的互换性差，需要定期进行仪表计量；成本高。一般标准数字面板表价格较低，但驱动它必须配置PLC模拟量输出模块，导致成本居高不下，影响了工程的中标率。我们知道，PLC的开关量每点成本为90元左右。而模拟量的每点价格至少在700900元左右。如果选用多块表（象中央控制室模拟显示屏），成本明显太高。这种方式目前已逐渐淘汰。第5章 S7-300 PLC

41、在系统中的应用5.1 S7-300 PLC简介SIMATIC S7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。图5-1 S7-300 PLC外观SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图7.1所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。

42、它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC相连。S7-300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。与CPU312 IFM和CPU313配套的模块只能安装在一个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。根据机架上模块的类型，地址可以为输入(I)或输出(O)。数字I/O模块每个槽划分为4 B(等于32

43、个I/O点)。模拟I/O模块每个槽划分为16 B(等于8个模拟量通道)，每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输出模块（SM）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。PS307是西门子公司为S7-300专配的24 V DC电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外(有2A、5A、10A三种)，其工作原理和各种参数都相同。PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。S7-

44、300模块使用的电源由S7-300背板总线提供，一些模块还需从外部负载电源供电。在组建S7-300应用系统时，考虑每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的。一个实际的S7-300 PLC系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种智能模块等总消耗功率之和，并且要留有30左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的线路压降必须小于0.25 V。图5-2 S7-300系列PLC系统构成框图在实时控制系统中，接地是抑制干扰以使系统可靠工作的主要方法。在设计中如能把接地和屏蔽正确地结合起

45、来使用，则可以解决大部分干扰问题。PS307除了给CPU供电外，还给24V DC模块提供负载电流，在一些场合，可能需要参考电位不接地的S7-300系统，此时应该把在CPU313/314上M端子和功能性地之间跨接线拆下。对CPU312 IFM，只能实现一个接地结构，参考电位和地在内部已连接好。在带隔离的模块结构中，控制回路的参考电位和负载回路的参考电位是隔离的。需要更换模块时，应先解锁前连接器，然后取下模块。在开始安装一个新的模块之前，应将前连接器的上半部编码插针从该模块上取下来，这样做是因为该编码部件早已插入到已接线的前连接器，如不把它取下，会阻碍前连接器插回原位置。5.2 PLC工作原理当P

46、LC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。5.2.1 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。5.2.2 用户程序执行阶段在用户程

47、序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态，或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据

48、的梯形图起作用。相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。5.2.3 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第六章 可编程控制器（PLC）的安装、维护和检修6.1 PLC的安装为保证PLC工作的可靠性，提高它的工作效率，延长其使用寿命，对使用场合、环境温度要有一定的要求。在安装PLC时，要满足下列条件:1、 环境温度在050的范围内；2、 环境相对湿度应在35-85范围内；3、 周围

49、无腐蚀和易燃的气体；4、 应避免太阳光的直接照射及液态物质的溅射；5、 应避免铁屑及灰尘；6、 避免频繁或连续的振动及冲击。除满足以上环境条件外，安装时还应该注意以下几点：1、 在安装和拆卸时，PLC的所有单元必须断电；2、 在接触PLC前，必须事先释放人体所带静电；3、 注意PLC周围的通风和散热；4、 严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至水久损坏。5、 尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是底板安装，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉20。6.2 PLC系统的电源接线PLC供电电源可采用直流24V、交流1 00V120V或200V240V的工作电源。如果电源发生故障，中断时间少于10ms ，PLC工作不受影响。若电源中断超过10ms或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复