【正文】 N型熱電偶，選用其型號(hào)為WRM101。有的把它的自由端放在不變的溫度場(chǎng)中，有的使用冷端補(bǔ)償器抵消這種影響。對(duì)一般的工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，為了保護(hù)感溫元件避免受到腐蝕和磨損，總是裝在厚厚的護(hù)套里面，外觀就顯得笨大，對(duì)于溫度場(chǎng)的反應(yīng)也就遲緩得多。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無(wú)關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。隔爆式熱電偶通常應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體的場(chǎng)合，如果使用普通熱電偶極易引起氣體爆炸，則在這種場(chǎng)合必須使用隔爆熱電偶。裝配式熱電偶由感溫元件（熱電偶芯）、不銹鋼保護(hù)管、接線盒以及各種用途的固定裝置組成。熱電動(dòng)勢(shì)的大小只和熱電偶的材質(zhì)以及兩端的溫度有關(guān)，而和熱電偶的長(zhǎng)短粗細(xì)無(wú)關(guān)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室等短距離的應(yīng)用場(chǎng)合，可以直接把熱電偶信號(hào)引入PLC進(jìn)行測(cè)量。 熱電偶工業(yè)熱電偶作為測(cè)量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中不同范圍的溫度。分度號(hào)Pt100的含義為在0℃時(shí)的名義電阻值為100Ω，目前使用的一般都是這種鉑熱電阻。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，熱電阻也有鎧裝式熱電阻、裝配式熱電阻、隔爆式熱電阻等種類，與熱電偶類似。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅。作為測(cè)溫元件，它具有良好的傳感輸出特性，通常和顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)儀以及其它智能模塊或儀表配套使用，為它們提供精確的輸入值。其中鉑熱電阻的測(cè)量精度是最高的。當(dāng)電阻值變化時(shí)，二次儀表便顯示出電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。 熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度測(cè)量元件。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。50年以后，另一位德國(guó)人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計(jì)。從17世紀(jì)初伽利略發(fā)明溫度計(jì)開始，人們開始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。2．1 硬件接線圖硬件接線圖如下圖21。本系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)分為PLC的軟件和工控機(jī)的軟件設(shè)計(jì)兩部分，其中下位機(jī)使用的軟件為siemens公司的step7。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性。2 下位機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。由學(xué)校提供，模擬真實(shí)鍋爐的溫度檢測(cè)和控制模塊，可自行將0～10V模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為占空比對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱。1．4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及技術(shù)要求本系統(tǒng)應(yīng)能夠控制在設(shè)定值的177。上位機(jī)S7300PLC控制器固態(tài)繼電器電阻爐溫度傳感器圖12系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由圖12可知，溫度傳感器采集到數(shù)據(jù)后送給S7300PLC，S7300PLC通過(guò)運(yùn)算后給固態(tài)繼電器一個(gè)控制信號(hào)從而控制加熱爐的導(dǎo)通與否。其中PLC主控系統(tǒng)為加熱爐溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。PID控制器D/A固態(tài)繼電器加熱爐A/D溫度傳感器PLC主控系統(tǒng)SV— PV圖11 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本組成加熱爐溫度控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，PLC主控系統(tǒng)內(nèi)部的A/D將送進(jìn)來(lái)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為西門子S7300PLC可識(shí)別的數(shù)字量，然后 PLC將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來(lái)的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端一個(gè)控制信號(hào)控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。因此本設(shè)計(jì)選用西門子S7300PLC來(lái)控制加熱爐的溫度。另一種是基于單片機(jī)進(jìn)行PID控制，然而單片機(jī)控制的DDC 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜, 特別是涉及到邏輯控制方面更不是其長(zhǎng)處, 而PLC 在這方面卻是公認(rèn)的最佳選擇?，F(xiàn)在，我國(guó)在溫度等控制儀表業(yè)與國(guó)外還有著一定的差距。目前，我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代中后期水平。 目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 54 頁(yè) 共 54 頁(yè)基于PLC控制的鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言1．1 技術(shù)綜述自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。 溫度控制系統(tǒng)大致可分別用3種方式實(shí)現(xiàn)，一種是用儀器儀表來(lái)控制溫度，這種方法控制的精度不高。隨著PLC功能的擴(kuò)充在許多PLC控制器中都擴(kuò)充了PID控制功能。1．2 系統(tǒng)工作原理加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖11所示，它由PLC主控系統(tǒng)、固態(tài)繼電器、加熱爐、溫度傳感器等4個(gè)部分組成。既加熱爐溫度控制得到實(shí)現(xiàn)。1．3 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示。上位機(jī)是編寫PLC程序以及監(jiān)控溫度的變化。5℃的誤差范圍內(nèi)并且具有溫度上下限報(bào)警功能和故障報(bào)警功能。輸出的模擬信號(hào)也是0～10V，鍋爐外接24V直流電源?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。可編程序控制器（Programmable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用控制裝置。本章主要介紹西門子S7300系列PLC以及其它硬件的組成與選型。SB1SB2SB3SB5SB4SB6SQ1SQ224V CPU3142DP PLC COM1COM2COM3PQW305PIW288傳感器加熱管~220VFU1 圖21 硬件接線圖2．2 傳感器溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。根據(jù)美國(guó)儀器學(xué)會(huì)的調(diào)查，1990年，溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。真正把溫度變成電信號(hào)的傳感器是1821年由德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來(lái)的熱電偶傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。這里我們主要介紹熱電阻和熱電偶。熱電阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。鉑熱電阻根據(jù)使用場(chǎng)合的不同與使用溫度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。若做成一體化溫度變送器，可輸出420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或010V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，使用起來(lái)更為方便。此外，現(xiàn)在已開始采用鉻、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。鉑電阻的工作原理是，在溫度作用下，鉑熱電阻絲的電阻值隨溫度變化而變化，且電阻與溫度的關(guān)系即分度特性符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。此外還有PtPt200、Pt500和Pt1000等鉑熱電阻，Cu50、Cu100的銅熱電阻等。若配接輸出420mA、010V等標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)的溫度變送器，使用更加方便、可靠。熱電偶的工作原理是,兩種不同成份的導(dǎo)體,兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測(cè)量端也叫工作端（熱端），接線端子端也叫冷端，當(dāng)熱端和冷端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路里產(chǎn)生熱電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)；接上顯示儀表，儀表上就會(huì)指示所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)溫度值，電動(dòng)勢(shì)隨溫度升高而增長(zhǎng)。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，熱電偶有鎧裝式熱電偶、裝配式熱電偶、隔爆式熱電偶等種類。鎧裝式熱電偶比裝配式熱電偶具有外徑小、可任意彎曲、抗震性強(qiáng)等特點(diǎn)，適宜安裝在裝配式熱電偶無(wú)法安裝的場(chǎng)合，它的外保護(hù)管采用不同材料的不銹鋼管，可適合不同使用溫度的需要，內(nèi)部充滿高密度氧化絕緣體物質(zhì)，非常適合于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種細(xì)微的測(cè)溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測(cè)量快速變化的過(guò)程，如燃燒和爆炸過(guò)程等。使用熱電偶的時(shí)候，必須消除環(huán)境溫度的波動(dòng)對(duì)測(cè)量帶來(lái)的影響。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)離儀表時(shí)，還需要使用熱電勢(shì)率和熱電偶相近的導(dǎo)線來(lái)傳輸信號(hào)，這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。 2．3 PLC的基本概念可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。 S7300簡(jiǎn)介 S7300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。S7300有很高的電磁兼容性和抗振動(dòng)抗沖擊能力，有350多條指令，其編程軟件STEP7功能強(qiáng)大，可以使用多種編程語(yǔ)言。 模塊式PLC的基本結(jié)構(gòu)這里我們主要介紹的是西門子S7300，S7300屬于模塊式PLC。S7300模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。圖22是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。信號(hào)模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。開關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。功能模塊：為了增強(qiáng)PLC的功能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。接口模塊：CPU模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個(gè)機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。通信處理器：通信處理器用于PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUSDP、ASi和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。編程設(shè)備：S7300使用安裝了編程軟件STEP7