畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-PLC石灰窯工藝參數(shù)的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文) 專 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí): _ 學(xué)生姓名: _ 學(xué) 號(hào): 課 題: _石灰窯工藝參數(shù)的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師: 2011年6月8日 石灰窯工藝參數(shù)的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)采用plc可編程控制器為設(shè)計(jì)核心，當(dāng)前可編程控制器已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心裝置。我國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是鋼鐵行業(yè)對(duì)于活性石灰需求相當(dāng)大，石灰品質(zhì)的好壞直接影響著鋼鐵的質(zhì)量，因此采用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于提高煉鐵煉鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量，有十分重要的意義。石灰窯過(guò)程控制系統(tǒng)可靠、操作方便、控制及時(shí)，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。 石灰窯控制系統(tǒng)是包括碼頭上料、原料系統(tǒng)、窯頭系統(tǒng)、窯尾煙氣處理系統(tǒng)、窯預(yù)熱器系統(tǒng)、成品系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊等系統(tǒng)的基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)控制。系統(tǒng)采用三電一體化控制，主體工藝采用三電合一的控制思想，實(shí)現(xiàn)儀表、電氣及自動(dòng)控制系統(tǒng)的集成控制。系統(tǒng)采用集散型plc實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)控制，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；上位機(jī)、plc之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性；方案設(shè)計(jì)充分考慮節(jié)能降耗，減少磁干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在完成基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：石灰窯 測(cè)控系統(tǒng) plc abstract the design uses a plc programmable controller for the design of the core, the current plc electrical control system has become the most widely used heart devices. chinas current economic development, especially for the steel industry needs a large lime, lime quality have a direct impact on the quality of steel, so the use of advanced automatic control system for improving yield and quality of iron and steel, has a very important significance.lime kiln process control system is reliable, easy to operate and control in time for the enterprise has brought considerable economic and good social benefits. lime kiln control system is included dock materials, materials systems, kiln system, the kiln flue gas treatment system, kiln preheater system, the finished system, monitoring system, system network communication system based automatic control level. integrated control system using three-, three-one of the main technology used to control thought, to achieve instrumentation, electrical and automatic control system integration control.distributed plc system uses a distributed network control, to ensure stable and reliable; host computer, plc industrial ethernet communication between the structures used to ensure that the system has good open; program designed to take into account energy consumption, reduce the magnetic interference and increase system stability; the completion of basic-level automation, based on the unified planning network. keywords: lime kiln control system plc 目錄1 緒 論11.1選題意義及實(shí)現(xiàn)的控制要求11.2 plc的發(fā)展階段與發(fā)展方向21.2.1 plc的發(fā)展階段21.2.2 plc的發(fā)展方向21.3 s7-200系列微型plc的組成及性能42 硬件設(shè)計(jì)62.1總體設(shè)計(jì)62.1.1 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟62.1.2 plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)72.1.3控制方式的選擇112.2 基于s7-200的石灰窯工藝參數(shù)的測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)112.2.1側(cè)風(fēng)風(fēng)機(jī)的硬件設(shè)計(jì)122.2.2軟啟動(dòng)器的原理142.2.3溫度的測(cè)量182.2.4壓力及流量的測(cè)量與控制203軟件部分253.1 s7200 plc的概述253.1.1 s7200的硬件資源253.1.2 s7200系列plc的內(nèi)部資源293.2軟件編程293.2.1本次設(shè)計(jì)的i/o擴(kuò)展及地址編址293.2.2 系統(tǒng)的接線圖以及i/o地址分配303.2.3軟件程序324系統(tǒng)調(diào)試384.1模擬內(nèi)容及所用設(shè)備、材料儀器、儀表384.1.1 step 7-micro/win v4.0 sp3功能簡(jiǎn)介384.1.2. 系統(tǒng)運(yùn)行要求384.2 模擬過(guò)程、模擬結(jié)果39結(jié) 論40參考文獻(xiàn)41致 謝42附錄一 英文科技文獻(xiàn)翻譯43英文文獻(xiàn)43附錄二62631 緒 論1.1選題意義及實(shí)現(xiàn)的控制要求當(dāng)前可編程控制器（plc）是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還完成各種順序或定時(shí)的閉環(huán)控制功能，并且抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、體積小，能在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間、不間斷運(yùn)行、且編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級(jí)連接。本控制系統(tǒng)功能全面，操作簡(jiǎn)單實(shí)用，提高了生產(chǎn)效率，避免了由于操作人員失誤而造成的事故，對(duì)提高活性石灰生產(chǎn)的管理水平，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了很好的促進(jìn)作用。石灰窯控制系統(tǒng)是包括碼頭上料、原料系統(tǒng)、窯頭系統(tǒng)、窯尾煙氣處理系統(tǒng)、窯預(yù)熱器系統(tǒng)、成品系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊等系統(tǒng)的基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)化控制。系統(tǒng)采用三電一體化控制，主體工藝采用三電合一的控制思想，實(shí)現(xiàn)儀表、電氣及自動(dòng)控制系統(tǒng)的集成控制。系統(tǒng)采用集散型plc實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)控制，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；上位機(jī)、plc之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性；方案設(shè)計(jì)充分考慮節(jié)能降耗，減少電磁干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在完成基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)合永聯(lián)石灰窯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程，對(duì)石灰窯控制系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)配置作了系統(tǒng)描述，采用三電結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了儀表、電氣和自動(dòng)控制系統(tǒng)的集成控制，采用集散型plc實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)控制，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。1.2 plc的發(fā)展階段與發(fā)展方向1.2.1 plc的發(fā)展階段雖然plc問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通迅技術(shù)的不斷進(jìn)步，plc也迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分為三個(gè)階段:(1)早期的plc (60年代末70年代中期)早期的plc一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的plc多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時(shí)等。早期的plc的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中plc特有的編程語(yǔ)言梯形圖一直沿用至今。(2)中期的plc (70年代中期80年代中、后期) 在70年代，微處理器的出現(xiàn)使plc發(fā)生了巨大變化。美國(guó)、日本、德國(guó)等一些廠家先后開(kāi)始采用微處理器作為plc的中央處理單元(cpu )。這樣，使plc得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程i/o模塊、各種特殊功能模塊，使plc得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。(3)近期的plc (80年代中、后期至今)進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，使得各種類型的plc所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高plc的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開(kāi)發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得plc軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。 1.2.2 plc的發(fā)展方向plc是一門綜合技術(shù)，其發(fā)展與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。隨著可編程序控制器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，它本身也在不斷發(fā)展。目前plc主要朝兩個(gè)方向發(fā)展。(1)小型化方向發(fā)展目前的小型plc大都局限在開(kāi)關(guān)量的輸入輸出，而且cpu和i/o部件組裝在一個(gè)箱體內(nèi)，今后的小型plc也將增加模擬量的處理功能，而且也將有靈活的組態(tài)特性，并且能與其它機(jī)型連用。小型plc的基本特點(diǎn)是價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)可靠，適用于回路或設(shè)備的單機(jī)控制，便于“機(jī)電儀”一體化。但免不了要犧牲一些用戶使用的方便性。既要簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又要不斷增強(qiáng)功能和使用的方便性是小型plc的發(fā)展方向。(2)大型化方向發(fā)展主要包含以下幾個(gè)方面:功能不斷加強(qiáng):不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)等基本功能，還具數(shù)值運(yùn)算、模擬調(diào)節(jié)、監(jiān)控、記錄、顯示、與計(jì)算機(jī)接口、通訊等功能。網(wǎng)絡(luò)功能是plc發(fā)展的一個(gè)重要特征。各種個(gè)人計(jì)算機(jī)，圖形工作站、小型機(jī)等都可以作為plc的監(jiān)控主機(jī)或工作站，這些裝置的結(jié)合能夠提供屏幕顯示、數(shù)據(jù)采集、記錄保持、回路面板顯示等功能。大量的plc聯(lián)網(wǎng)及不同廠家生產(chǎn)的plc兼容性增加，使得分散控制或集中管理都能輕易地實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大:不僅能進(jìn)行一般的邏輯控制，還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過(guò)程控制為、遠(yuǎn)程控制等。用于過(guò)程控制的plc往往對(duì)存貯器容量及速度要求較高，為此，開(kāi)發(fā)了高速模擬量輸入模塊，專用獨(dú)立的pid控制器，多路轉(zhuǎn)換器等，使得數(shù)字技術(shù)和模擬量技術(shù)在可編程序控制器中得到統(tǒng)一。編程軟件的多樣化和高級(jí)化:采用多種編程語(yǔ)言，有面向順序語(yǔ)言和面向過(guò)程控制系統(tǒng)的流程圖語(yǔ)言;還有與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言，如basic, c及匯編語(yǔ)一言;另外還有專用的高級(jí)語(yǔ)言，例如三菱的melsap采用編譯的方法將語(yǔ)句變?yōu)樘菪螆D程序;也有采用布爾邏輯語(yǔ)言的。plc也將具有數(shù)據(jù)庫(kù)，并可實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)共享。還將不斷發(fā)展自適應(yīng)控制和專家系統(tǒng)。構(gòu)成形式的分散化和集散化:plc與i/o口分散，plc本身也可分散，分散的plc可以連用，這樣可將集中控制存在的“危險(xiǎn)集中”化為“危險(xiǎn)分散”。分散的plc與上位機(jī)結(jié)合構(gòu)成集散系統(tǒng)，分散地進(jìn)行控制，這就便于構(gòu)成多層分布式控制，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠或企業(yè)的自動(dòng)化控制和管理。1.3 s7-200系列微型plc的組成及性能s7-200系列是一種可編程序邏輯控制器(micro plc)。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求。s7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使s7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。1. s7-200 cpus7-200 cpu將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路集成在一個(gè)緊湊的外殼中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的micro plc。在下載了程序之后，s7-200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。s7-200系列plc有cpu21x和cpu22x兩代產(chǎn)品，其中cpu22x型plc有cpu221,cpu222,cpu224,和cpu226四種型號(hào)。表1-1中對(duì)cpu的一些特性作了簡(jiǎn)單比較。表1-1 s7-200的技術(shù)指標(biāo)2.s7-200擴(kuò)展模塊為了更好地滿足應(yīng)用要求，s7-200系列為您提供多種類型的擴(kuò)展模塊。您可以利用這些擴(kuò)展模塊完善cpu的功能。表1-2列出了現(xiàn)有的擴(kuò)展模塊。表1-2 s7-200擴(kuò)展模版2 硬件設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)plc是一種計(jì)算機(jī)化的高科技產(chǎn)品，價(jià)格較高，在選用plc之前，首先應(yīng)考慮是否有必要使用plc。如果被控系統(tǒng)很簡(jiǎn)單，i/o點(diǎn)數(shù)很少，控制要求也不復(fù)雜，則沒(méi)有必要使用plc。下列情況可以考慮使用plc:1、系統(tǒng)的i/o點(diǎn)數(shù)要求特別多，控制要求復(fù)雜，如果用繼電器控制，需要大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件。2、系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求特別高，繼電器控制不能滿足要求。3、由于工藝流程和產(chǎn)品品種的變化，需要經(jīng)常改變控制電路的結(jié)構(gòu)和修改多項(xiàng)控制參數(shù)。一個(gè)完整的plc應(yīng)用系統(tǒng)包含兩方面的內(nèi)容:plc控制系統(tǒng)和人機(jī)界面。plc控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)采集并完成控制功能:人機(jī)界面是人與控制系統(tǒng)進(jìn)行信息及數(shù)據(jù)交流的一個(gè)窗口。設(shè)計(jì)時(shí)，不但要熟悉plc的硬件，還要熟悉plc的軟件，以及人機(jī)界面軟件的編制方法和遵循的原則。2.1.1 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件選型及plc軟件編制兩個(gè)方面。本人在這次設(shè)計(jì)中負(fù)責(zé)硬件部分，故以下部分僅就本次硬件設(shè)計(jì)所需部分作簡(jiǎn)要介紹。（1）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 plc的硬件由plc及i/o設(shè)備構(gòu)成。plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容如下所述。1、選擇i/o設(shè)備通過(guò)輸入設(shè)備(如按鈕、操作開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)和傳感器等)可以輸入?yún)?shù)給plc控制系統(tǒng);輸出設(shè)備(如繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu))是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，i/o設(shè)備是plc與控制對(duì)象連接的惟一橋梁。2、選擇合適的plcplc是該控制系統(tǒng)的核心部件，合理選擇plc對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量是至關(guān)重要的。選擇plc應(yīng)包括機(jī)型、容量、i/o模塊和電源等的選擇。3、分配i/o點(diǎn)繪制i/o端子的連接圖，是合理分配i/o點(diǎn)的必要保證。整個(gè)硬件系統(tǒng)技術(shù)文件包括說(shuō)明書、電氣原理圖、電氣安裝圖、元器件明細(xì)表。在plc控制系統(tǒng)中這一部分圖統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎(chǔ)上增加了plc部分，因此在電氣原理圖中還應(yīng)包括plc的i/o連接圖。（2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟plc控制系統(tǒng)硬部分的基本設(shè)計(jì)步驟如下:1、深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求。如控制的基本方式，需要完成的動(dòng)作(動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必需的保護(hù)和連鎖等)，操作方式(手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、單周期和單步等)。2、根據(jù)被控對(duì)象對(duì)plc控制系統(tǒng)的功能要求和所需要的i/o信號(hào)的點(diǎn)數(shù)等，選擇合適類型的plc。如果需要網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，還須選擇網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的類型。3、根據(jù)控制要求所需的用戶i/o設(shè)備，確定plc的i/o點(diǎn)數(shù)，并設(shè)計(jì)i/o端子的接線圖。2.1.2 plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是指硬件選型。近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家提供了多種系列、功能各異的plc產(chǎn)品。plc品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、i/o點(diǎn)數(shù)、用戶程序存儲(chǔ)器容量、運(yùn)算速度、指令系統(tǒng)、編程方法和價(jià)格等各有不同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇plc，對(duì)提高plc控制系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)著重要作用。（1）plc機(jī)型的選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的plc;否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的plc。功能強(qiáng)、弱適當(dāng)對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的plc。如西門子公司的s7-200系列機(jī)或歐姆龍公司的comi。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用含有a/d轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有d/a轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔plc。如西門子公司的s7-300或s7-400。對(duì)于控制比較復(fù)雜、控制功能要求較高的工程項(xiàng)目，如要求實(shí)現(xiàn)pid運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔機(jī)或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全plc的分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。機(jī)型統(tǒng)一plc的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)體積小、價(jià)格便宜，但由于整體式結(jié)構(gòu)的plc功能有限，只適用于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個(gè)大型企業(yè)選用plc時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。同一機(jī)型的plc，其模塊可互為備用，以便備件的采購(gòu)和管理;另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn);其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)plc聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。plc的環(huán)境適應(yīng)性由于plc是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下，可靠地工作。盡管如此，每種plc都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，我們?cè)谶x用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的plc，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。鑒于本次設(shè)計(jì)主要是控制氣動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)，并且控制要求不高，所以本次設(shè)計(jì)選用西門子的s7-200。 （2）plc容量的選擇plc容量包括兩個(gè)方面:一是i/o的點(diǎn)數(shù);二是用戶存儲(chǔ)器的容量(字?jǐn)?shù))。plc容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%25%考慮裕量。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān)量i/o乘以8;對(duì)于有模擬量控制功能的plc，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱plc產(chǎn)品使用手冊(cè)。i/o點(diǎn)數(shù)應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前i/o點(diǎn)數(shù)較多的plc價(jià)格也較高，若備用的i/o點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常i/o點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%15%考慮備用量。本次設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)三種控制方式，另外，9個(gè)氣動(dòng)閥的運(yùn)行狀況要實(shí)時(shí)反饋給plc的cpu，故輸入口需要12個(gè)。在輸出部分，plc的cpu輸出的狀態(tài)量直接控制著氣動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)，另加一個(gè)自動(dòng)運(yùn)行指示燈和故障報(bào)警信號(hào)，共需11個(gè)輸出口。考慮到以后的調(diào)整和擴(kuò)充，本次設(shè)計(jì)選用s7-200的cpu226，型號(hào)6es7 216 2bd23-0xb8。該型號(hào)有24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，滿足本次設(shè)計(jì)需求。（3）選擇i/o設(shè)備正確、合理地選用各種電器元件，是控制線路安全、可靠工作的保證，也是使電氣控制設(shè)備具有一定的先進(jìn)性和良好的經(jīng)濟(jì)性的重要環(huán)節(jié)。有關(guān)常用電氣元件的選用原則在相關(guān)教材中已詳細(xì)介紹，下面就設(shè)計(jì)、使用方面簡(jiǎn)要介紹一些常用控制電器的選用依據(jù)。 按鈕、刀開(kāi)關(guān)、組合開(kāi)關(guān)及萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的選擇（1） 按鈕按鈕通常是用來(lái)短時(shí)接通或斷開(kāi)小電流控制電路的一種主令電器。其選用依據(jù)主要是根據(jù)需要的觸點(diǎn)對(duì)數(shù)、動(dòng)作要求、是否需要帶指示燈、使用場(chǎng)合以及顏色等要求。目前，按鈕產(chǎn)品有多種結(jié)構(gòu)型式、多種觸頭組合以及多種顏色，供不同使用條件選用。例如，緊急操作一般使用蘑菇形，停止按鈕通常選用紅色等。其額定電壓有交流500v、直流440v，額定電流為5a。本次設(shè)計(jì)采用的按鈕是施耐德公司的xb2ea131,該按鈕是綠色，是啟動(dòng)自動(dòng)控制的。自動(dòng)控制的停止按鈕用施耐德的xb2ea145,該按鈕是紅色的。旋鈕用來(lái)控制自動(dòng)操作的過(guò)程，選擇xb2ed21c。（2） 刀開(kāi)關(guān)刀開(kāi)關(guān)又稱為閘刀，主要用于接通和切斷長(zhǎng)期工作設(shè)備的電源及不經(jīng)常啟動(dòng)及制動(dòng)的容量小于7.5kw的異步電動(dòng)機(jī)。刀開(kāi)關(guān)選擇時(shí)，主要是根據(jù)電源種類、電壓等級(jí)、斷流容量及需要的級(jí)數(shù)。當(dāng)用刀開(kāi)關(guān)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流大于電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍。（3） 組合開(kāi)關(guān)組合開(kāi)關(guān)主要用于電源的引入，所以又叫電源隔離開(kāi)關(guān)。選用依據(jù)是電源種類、電壓等級(jí)、觸頭數(shù)量以及斷流容量。當(dāng)采用組合開(kāi)關(guān)來(lái)控制5kw以下小容量異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，其額定電流一般為電動(dòng)機(jī)額定1.5-2.5倍，接通次數(shù)小于（1520）次/h時(shí)，常用的組合開(kāi)關(guān)為hz10系列。（4） 萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)主要用于電氣控制電路的轉(zhuǎn)換、配電設(shè)備的遠(yuǎn)距離控制、電氣測(cè)量?jī)x表的轉(zhuǎn)換和微型電動(dòng)機(jī)的控制，也可用于小功率籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、換向和變速。由于它能控制多個(gè)回路，適應(yīng)復(fù)雜電路要求，故有“萬(wàn)能”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)之稱。常用的萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有l(wèi)w8、lw6、lw5、lw2等系列。 斷路器又稱空氣開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)。由于斷路器具有很好的保護(hù)作用，故在電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用中越來(lái)越多。斷路器的類型較多、有框架式、塑料外殼式、限流式、手動(dòng)操作式和電動(dòng)操作式。在選用時(shí)，主要從保護(hù)特性要求（幾段保護(hù)）、分?jǐn)嗄芰?、電網(wǎng)電壓類型、電壓等級(jí)、長(zhǎng)期工作負(fù)載的平均電流、操作頻繁程度等方面去確定它的型號(hào)。在初步確定斷路器的類型和等級(jí)后，各級(jí)保護(hù)動(dòng)作值的整定還必須注意和上、下級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)特性的協(xié)調(diào)配合，從總體上滿足系統(tǒng)對(duì)選擇性保護(hù)的要求。本次設(shè)計(jì)選用施耐德的osmc32n2c10。 繼電器的選擇繼電器的種類很多，有電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、熱與溫度繼電器等。本次設(shè)計(jì)主要是利用軟件實(shí)現(xiàn)控制要求，故對(duì)繼電器的種類要求不是很高，本次設(shè)計(jì)只用到了中間繼電器。中間繼電器實(shí)質(zhì)是一種電壓繼電器。主要用來(lái)對(duì)外部開(kāi)關(guān)量的接通能力和觸電數(shù)量進(jìn)行放大。本次設(shè)計(jì)選用的是3個(gè)rxm2ab1p7和9個(gè)rxm4ab1p7。其中rxm2ab1p7有2個(gè)觸點(diǎn)，額定電流為12a,線圈電壓為ac230v。其中rxm4ab1p7有4個(gè)觸點(diǎn)，額定電流為6a,線圈電壓為ac230v。 熔斷器的選擇選擇熔斷器的主要內(nèi)容是類型、額定電壓、熔斷器額定電流等級(jí)與熔體額定電流。依據(jù)負(fù)載保護(hù)特性、短路電流大小、各類熔斷器的適用范圍來(lái)選擇熔斷器的類型。額定電流是熔斷器選擇的關(guān)鍵，它與負(fù)載大小負(fù)載性質(zhì)密切相關(guān)。對(duì)于負(fù)載平穩(wěn)、無(wú)沖擊電流，如照明、信號(hào)、電熱電路可直接按負(fù)載額定電流選取。而對(duì)于像電動(dòng)機(jī)一類有沖擊電流的負(fù)載，熔體額定電流可按下式計(jì)算值選?。?jiǎn)闻_(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作ir =(1.52.5) in多臺(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期共用一個(gè)熔斷器保護(hù)ir =(1.52.5) inmax + in式中，inmax 容量最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流; in 除容量最大的電動(dòng)機(jī)之外，其余電動(dòng)機(jī)額定電流之和。輕載及啟動(dòng)時(shí)間短時(shí)，系數(shù)取1.5，啟動(dòng)負(fù)載較重及啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)次數(shù)較多的情況，則取2.5 。熔體額定電流的選擇還要照顧到上下級(jí)保護(hù)的配合，以滿足選擇性保護(hù)要求，使下一級(jí)熔斷器的分?jǐn)鄷r(shí)間較上一級(jí)熔斷器熔體的分?jǐn)鄷r(shí)間要小，否則將會(huì)發(fā)生越級(jí)動(dòng)作，擴(kuò)大停電范圍。本次設(shè)計(jì)選用熔體額定電流為6a的熔斷器。2.1.3 控制方式的選擇繼電接觸控制或plc控制方式均可滿足本系統(tǒng)的控制要求 。前者成本低，但硬件線路較復(fù)雜、控制箱體積大、方式選擇不靈活；后者線路簡(jiǎn)單、程序預(yù)選 綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用plc控制方式。2.2 基于s7-200的石灰窯工藝參數(shù)的測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)下圖為兩臺(tái)風(fēng)機(jī)中的某臺(tái)風(fēng)機(jī)的主電路以及控制電路圖，由于風(fēng)機(jī)電機(jī)的功率較大不能進(jìn)行直接起動(dòng)。直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為額定值的48倍，起動(dòng)矩為額定值的0.51.5倍；在定子降壓起動(dòng)方式下，起動(dòng)電流為額定值的0.50.75倍，而采用-起動(dòng)也同樣會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流。采用自偶變壓器降壓起動(dòng)同樣存在著上述的缺點(diǎn)。為此，我們采用軟啟動(dòng)器來(lái)進(jìn)行起動(dòng)。 圖21 風(fēng)機(jī)控制電路2.2.1側(cè)風(fēng)風(fēng)機(jī)的硬件設(shè)計(jì)抽風(fēng)機(jī)，是對(duì)作業(yè)環(huán)境通風(fēng)的設(shè)備。抽風(fēng)機(jī)正常工作時(shí),利用機(jī)械動(dòng)能使風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),將廠房停滯不動(dòng)的熱氣、異味、烏煙，在最短的時(shí)間內(nèi)迅速排出室外，同時(shí)把室外新鮮的空氣和室內(nèi)進(jìn)行循環(huán)交換,從而達(dá)到通風(fēng)降溫改善車間環(huán)境的目的。以下是煙氣抽風(fēng)機(jī)的電控回路的硬件設(shè)計(jì)，煙氣抽風(fēng)機(jī)是用來(lái)抽取由石灰豎窯所排放的煙氣，使其依次通過(guò)旋風(fēng)除塵器，熱交換器和布袋除塵器，從而達(dá)到除塵凈化的目的，最后再把過(guò)濾的煙氣排放到大氣中。給定的煙氣抽風(fēng)機(jī)的參數(shù)是132kw，242a，由于它的功率較大，不能直接起動(dòng)，于是需要選用軟起動(dòng)器對(duì)其實(shí)行起動(dòng)。如圖2-5所示。這里選用的是長(zhǎng)沙奧托自動(dòng)化技術(shù)有限公司的軟起動(dòng)器qb42-132型號(hào)。qb系列軟起動(dòng)器是一種以數(shù)字電路為控制核心，以可控硅為交流調(diào)壓元件，用于三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)裝置。用于電力、冶金、水泥及各工礦企業(yè)中的水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。圖2-2 側(cè)風(fēng)風(fēng)機(jī)硬件電路圖該起動(dòng)裝置從技術(shù)特性、可靠性及操作使用方面均優(yōu)越于常規(guī)的自耦變壓器降壓起動(dòng)和（星/三角）轉(zhuǎn)換起動(dòng)裝置。它克服了自耦降壓起動(dòng)設(shè)備接觸器易燒壞，體積龐大，與負(fù)載相匹配及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩很難控制等缺點(diǎn)；消除了因（星/三角）切換瞬間出現(xiàn)的高電流尖峰，避免了電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。是常規(guī)的自耦變壓器降壓起動(dòng)和（星/三角）轉(zhuǎn)換起動(dòng)裝置的理想替代產(chǎn)品。是具有軟起動(dòng)和保護(hù)為一體的高科技產(chǎn)品。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn):（1）軟起動(dòng)過(guò)程中恒電流平滑加速，避免沖擊電網(wǎng)。（2）起動(dòng)電流可根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整，以最小電流產(chǎn)生最佳轉(zhuǎn)矩。（3）減少機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)及附屬機(jī)械使用壽命。（4）降低供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)容量。（5）起動(dòng)時(shí)間可調(diào)，在該時(shí)間范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢上升。（6）具有缺相，三相不平衡，過(guò)載，過(guò)流等電機(jī)的全方位保護(hù)。（7）性能/價(jià)格比高，使用操作簡(jiǎn)單。（8）體積小，重量輕，安裝調(diào)試方便。（9）具有可控硅過(guò)熱和過(guò)電壓保護(hù)。主回路中，1/l1，3/l2，5/l3是輸入端子，連接三相電源；2/t1，4/t2，6/t3是輸出端子，連接三相電機(jī)；pe是保護(hù)接地端子；qb42-132軟起動(dòng)器對(duì)電源和電機(jī)的相序不作要求，可任意連接，僅與電機(jī)的轉(zhuǎn)向有關(guān)。在控制回路中，11（n/零線），12（l/相線）外接控制電源（ac220伏）；13，14控制軟起動(dòng)器工作，接通時(shí)起動(dòng)，斷開(kāi)時(shí)停止；15，16，17為運(yùn)行輔助觸點(diǎn)，在起動(dòng)結(jié)束后動(dòng)作，用于控制旁路接觸器，15，16為常閉，15，17為常開(kāi)，觸點(diǎn)容量為250v/2a；18，19，20為故障輔助觸點(diǎn)，在故障保護(hù)時(shí)動(dòng)作。18，19為常閉，18，20為常開(kāi)，觸點(diǎn)容量為250v/2a。在起動(dòng)時(shí)，閉合空氣開(kāi)關(guān)qf1，h11為電源指示燈燈亮，按下起動(dòng)按鈕sb12繼電器k11得電，k11常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并自鎖，13，14接通，控制軟起動(dòng)器開(kāi)始工作，起動(dòng)電機(jī)，h12起動(dòng)運(yùn)行的指示燈燈亮。當(dāng)煙氣抽風(fēng)機(jī)的電壓上升到380v，15，17閉合，起動(dòng)旁路，繼電器k21得電，k21常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，繼電器km1得電，km1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，k11失電，km1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 13，14斷開(kāi)，軟起動(dòng)器起動(dòng)結(jié)束，電機(jī)開(kāi)始正常運(yùn)行，h13運(yùn)行指示燈亮。h14為故障指示燈，當(dāng)18，20常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，即出現(xiàn)起動(dòng)故障時(shí)，h14燈亮。2.2.2軟啟動(dòng)器的原理下圖便為軟啟動(dòng)器的原理示意圖。它主要由三相交流調(diào)壓電路和控制電路構(gòu)成?；驹硎抢镁чl管的導(dǎo)通角改變輸出電壓，達(dá)到通過(guò)調(diào)壓方式來(lái)控制起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的的?？刂齐娐钒搭A(yù)定的不同的啟動(dòng)方式，通過(guò)控制主電路的反饋電流，控制其輸出電壓，可以實(shí)現(xiàn)不同的啟動(dòng)特性。最終軟啟動(dòng)器輸出全壓，電機(jī)進(jìn)行全壓運(yùn)行。由于軟啟動(dòng)器為電子調(diào)壓并對(duì)電流實(shí)時(shí)檢測(cè)，因此還具有對(duì)電動(dòng)機(jī)和軟啟動(dòng)器本身的熱保護(hù)，限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊，三相不平衡，缺相、斷相等保護(hù)功能，并能實(shí)時(shí)的檢測(cè)并顯示電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)。軟啟動(dòng)器的控制功能又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？異步電動(dòng)機(jī)在軟啟動(dòng)的過(guò)程中，軟啟動(dòng)器通過(guò)控制加到電動(dòng)機(jī)上的電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也不斷增加。一般軟啟動(dòng)器可以通過(guò)改變參數(shù)設(shè)定得到不同的啟動(dòng)特性，以滿足不同負(fù)載特性要求。圖23 軟啟動(dòng)器原理示意圖（1）斜坡升壓?jiǎn)?dòng)方式斜坡升壓?jiǎn)?dòng)特性如圖所示。此種啟動(dòng)方式一般可以設(shè)定初始電壓uq0和啟動(dòng)時(shí)間。這種啟動(dòng)方式斷開(kāi)電流反饋，屬于開(kāi)環(huán)控制。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，電壓線性逐漸增加，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定電壓。這種啟動(dòng)方式主要用于一臺(tái)軟起動(dòng)器并接多臺(tái)電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)功率遠(yuǎn)低于軟起動(dòng)器額定值的場(chǎng)合。 圖24a 斜坡升壓?jiǎn)?dòng)方式 圖24b轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制啟動(dòng)（2）轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制啟動(dòng)方式轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制曲線如圖所示。此種啟動(dòng)方式一般可以設(shè)定啟動(dòng)初始力矩，啟動(dòng)階段力矩限幅、力矩斜坡上升時(shí)間和啟動(dòng)電流限幅。這種啟動(dòng)方式引入電流反饋，通過(guò)計(jì)算間接得到負(fù)載轉(zhuǎn)矩，屬于閉環(huán)控制方式。由于控制目標(biāo)為轉(zhuǎn)矩，故軟啟動(dòng)器輸出電壓為非線性上升。圖中同時(shí)給出了啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩t，電壓u和電流i和電機(jī)轉(zhuǎn)速n的曲線，其中轉(zhuǎn)速曲線為恒加速度上升。在電機(jī)啟動(dòng)階段中，保持恒定的轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以恒加速度上升，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)。在電機(jī)啟動(dòng)的初始階段，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，當(dāng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的限幅值后保持恒定，直到啟動(dòng)完畢。在啟動(dòng)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)矩上升的速度可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況調(diào)整設(shè)定。斜坡陡，轉(zhuǎn)矩上升速率大，即加速度上升速率大，啟動(dòng)時(shí)間短。當(dāng)負(fù)載較輕或者是空載啟動(dòng)時(shí)，所需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低，可使斜坡緩和一點(diǎn)。由于在啟動(dòng)過(guò)程中，控制目標(biāo)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，即電動(dòng)機(jī)的加速度，即使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生波動(dòng)，通過(guò)控制電路自動(dòng)增大或減小軟啟動(dòng)器的輸出電壓，也可以維持轉(zhuǎn)矩設(shè)定值不變，保持啟動(dòng)的恒加速度。此種控制方式可以使電動(dòng)機(jī)以最佳的啟動(dòng)加速度、以最快的時(shí)間完成平穩(wěn)的啟動(dòng)，使應(yīng)用最多的啟動(dòng)方式。隨著軟啟動(dòng)控制方式的發(fā)展，目前它大多采用轉(zhuǎn)矩控制方式，也有采用電流控制方式，即電流斜坡控制及恒流升壓?jiǎn)?dòng)方式。此種控制方式間接控制電動(dòng)機(jī)電流來(lái)達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的，與轉(zhuǎn)矩控制方式相比啟動(dòng)效果略差，但控制相對(duì)簡(jiǎn)單。(3)電壓提升脈沖方式電壓提升脈沖啟動(dòng)特性曲線如圖2-5所示。此種啟動(dòng)特性方式一般可設(shè)定電壓提升脈沖限幅。升壓脈沖寬度一般為5個(gè)電源周波，即100ms。在啟動(dòng)的開(kāi)始階段，晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)按設(shè)定的升壓幅值啟動(dòng)，可得到較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此階段結(jié)束后，轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限流啟動(dòng)，該啟動(dòng)方法適用于重載需克服較大的靜摩擦的場(chǎng)合。 圖25 電壓提升脈沖啟動(dòng)方式接下來(lái)我們來(lái)介紹一下風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程：在整個(gè)軟啟動(dòng)器得電以后，按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)sb2，輔助繼電器k1得電以及啟動(dòng)指示燈h2亮。k1得電后并且自保，啟動(dòng)時(shí)15，16兩點(diǎn)剛開(kāi)始是閉合的，在啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束以后，15，16兩點(diǎn)斷開(kāi)，15，17兩點(diǎn)閉合，旁路的輔助繼電器k2得電并自保，k2得電以后，主電路的km得電，電動(dòng)機(jī)全壓投入運(yùn)行，且km的觸點(diǎn)全部閉合，plc檢測(cè)到電機(jī)正常運(yùn)行的信號(hào)。如果是電機(jī)在啟動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生故障，則觸點(diǎn)18，19斷開(kāi)，18與20閉合，軟啟動(dòng)器停止工作，并通知用戶，還能將故障信號(hào)送給plc。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中一旦發(fā)生過(guò)熱故障，熱繼電器fr動(dòng)作，fr位于控制電路中的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止工作。如果需要手動(dòng)停止正在工作或啟動(dòng)狀態(tài)下的軟啟動(dòng)器及電路，則只需按下sb1按鈕，整個(gè)控制電路全部失電，系統(tǒng)停止。通過(guò)軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)，我們得到一個(gè)平穩(wěn)的啟動(dòng)過(guò)程，而且能在啟動(dòng)時(shí)以及在運(yùn)行時(shí)對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，保證了整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。我們將通過(guò)其它手段對(duì)其它的參數(shù)進(jìn)行控制。2.2.3溫度的測(cè)量對(duì)于我們這個(gè)系統(tǒng)而言，溫度這個(gè)參數(shù)是無(wú)處不在的，而且整個(gè)溫度測(cè)量變送系統(tǒng)是十分重要的，它有能直接反應(yīng)我們系統(tǒng)是否處于最佳狀態(tài)的窯體各部位的溫度，也有反應(yīng)煤氣是否安全的溫度等。下面我們便來(lái)分別介紹各部分溫度的測(cè)量變送系統(tǒng)。本系統(tǒng)的溫度測(cè)送包括有窯體部分的溫度采集，煤氣傳送管道的溫度采集，空氣傳送管道的溫度采集。其中窯體部分包括有預(yù)熱帶2點(diǎn)，煅燒帶6點(diǎn)，冷卻帶2點(diǎn)，煤氣傳送管道的溫度包括：煤氣與煙氣經(jīng)熱交換前的和經(jīng)熱交換后，以及側(cè)風(fēng)的出口溫度。由于窯體部分溫度過(guò)高以及需要測(cè)量窯體內(nèi)部的溫度，這幾個(gè)點(diǎn)選擇用熱電偶，其中煅燒帶選擇用鉑10-鉑 0-1600c，s分度級(jí)，分辨率為1c的熱電偶，對(duì)于預(yù)熱帶以及冷卻帶我們選擇鎳鉻-鎳鉻，01300c，k分度級(jí)，1c分辨率的熱電偶。而其余部分的溫度，我們選取pt100,r0=100歐溫度測(cè)量范圍的熱電偶。我們分兩部分來(lái)介紹。首先我們來(lái)看看我們選擇的溫度變送器：我們選用的是由香港虹潤(rùn)精密儀器有限公司生產(chǎn)的201熱電偶/熱電阻溫度變送模塊。（1）溫度變送模塊主要特點(diǎn)小型化插裝式結(jié)構(gòu)，它將來(lái)自熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)或熱電偶的阻值變換成為與溫度成比例的隔離15v dc或420ma dc輸出信號(hào)；變送輸出與溫度對(duì)應(yīng)的量程可以通過(guò)修改變送器內(nèi)部參數(shù)更改；采用智能化設(shè)計(jì)思路，內(nèi)部采用微處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，可對(duì)各種非線性信號(hào)進(jìn)行處理。配用hrwp20sha顯示模塊，可將溫度值以數(shù)字方式直接顯示出來(lái)?？蛇x用交、直流兩種電源，變送輸出與主機(jī)隔離，具有15v dc或420ma dc輸出信號(hào)的選擇功能和斷偶保護(hù)功能。等多項(xiàng)獨(dú)特的功能，并能實(shí)現(xiàn)斷電后永久保存。(2)主要技術(shù)參數(shù)如下輸入范圍：熱電偶：b、s、k、e、t、j、wre等 熱電阻：標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻：pt100，3線連接 標(biāo)準(zhǔn)銅熱電阻：cu50，cu100，3線連接輸入范圍：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：5mv dc 標(biāo)準(zhǔn)熱電阻：20零點(diǎn)遷移：輸入量程的-100-100源電阻：500歐以下（影響值 小于0.1/150歐） 輸出： 與輸出隔離的兩路輸出第一路：15v dc或420ma dc第二路：15v dc或420ma dc精度：0.5fs1字或0.2fs1字參數(shù)設(shè)定:由hrwp20sha顯示塊進(jìn)行設(shè)定.斷偶保護(hù): 時(shí)間2s/fs響應(yīng)時(shí)間: 約500ms(時(shí)間常數(shù))約0.5hz/-3db電源:交流或直流供電 ac:90265v dc:2410濕度:5-99rh(不結(jié)露)環(huán)境溫度: 0-55(3) 外部連接 圖26 變送器原理圖以上a，b兩圖均為未與plc和數(shù)顯模塊連接的示意圖，下邊我們給出了連接了以上兩種元件的整個(gè)的示意圖。（1）plc顯示模塊變送器熱電偶 圖27 熱點(diǎn)偶變送模塊熱電偶測(cè)得的溫度經(jīng)溫度變送器變送成為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào):420ma，經(jīng)過(guò)數(shù)顯儀表在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行顯示，然后由plc的模擬量采集通道送給上位機(jī)。(2)plc數(shù)顯模塊變送器熱電阻 圖28熱電阻變送模塊同熱電偶一樣，熱電阻的溫度同樣是由變送器，數(shù)顯，plc讀入后送ipc中，以上的圖只是部分的溫度檢測(cè)與變送模塊，全部的測(cè)送請(qǐng)見(jiàn)附錄。2.2.4壓力及流量的測(cè)量與控制在整個(gè)石灰窯工藝參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)中，壓力及流量是相當(dāng)重要的，只有在壓力比較恒定的情況下才能對(duì)流量進(jìn)行有效的控制，而且對(duì)于煤氣壓力而言，更是一個(gè)必須加以嚴(yán)格控制的量。 *注：煤氣加壓站的測(cè)控系統(tǒng)不在本次設(shè)計(jì)的范圍當(dāng)中，由其他的同學(xué)來(lái)完成，所以我們假定由煤氣加壓站送來(lái)的煤氣壓力是恒定的。（1）壓力的變送：整個(gè)系統(tǒng)壓力變送包括以下四個(gè)，分別是：煤氣未經(jīng)熱交換前的壓力，煤氣經(jīng)熱交換后的壓力，側(cè)風(fēng)空氣壓力以及底風(fēng)壓力。各點(diǎn)壓力經(jīng)壓力變送器變成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)（420ma）送入plc，壓力的現(xiàn)場(chǎng)顯示則由直插式壓力表來(lái)完成。以下便是其中一個(gè)壓力變送單元的示意圖，全部的壓力變送單元請(qǐng)見(jiàn)附錄。圖29 壓力變送模塊（2）流量變送：由于對(duì)窯體溫度進(jìn)行直接的控制是比較困難的事情，溫度是一個(gè)遲滯量較大的參數(shù)，進(jìn)行流量的控制不僅可以直接影響到溫度的變化，而且相對(duì)而言也是一個(gè)比較容易，快速的控制量。流量的變送采用由節(jié)流元件所構(gòu)成的差壓流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，氣體經(jīng)過(guò)流量計(jì)孔板兩側(cè)，在孔板的兩端產(chǎn)生差壓，由流量計(jì)采集壓差進(jìn)行一定的計(jì)算，便能夠測(cè)出實(shí)際的流量的大小。下圖便是流量測(cè)量變送的示意圖。 圖210 流量變送模塊對(duì)閥門的控制需要用到的主要的器件有手自操器，伺服放大機(jī)構(gòu)等。我們先來(lái)看看手操器，手操器主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 可直接接在各種調(diào)節(jié)器之后作為備用的儀表，一旦調(diào)節(jié)失敗，可由其本身的控制器進(jìn)行手動(dòng)的操作； 手操器可作為控制器自動(dòng)跟隨輸入值進(jìn)行輸出控制（模擬量控制輸出或者開(kāi)關(guān)量控制輸出），可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)的平穩(wěn)切換； 作為控制器可隨意改變儀表的輸入信號(hào)類型，通過(guò)設(shè)定儀表的內(nèi)部參數(shù)，可以將儀表從一種輸入信號(hào)改成另外一種輸入信號(hào)，進(jìn)一步提高了儀表的多用性和可靠性； 可有兩路模擬量輸入（可任意設(shè)定），四路開(kāi)關(guān)量輸入（上、下限報(bào)警，繼電器正反轉(zhuǎn)），可適用于任何的測(cè)量控制場(chǎng)合； 可以顯示外部給定信號(hào)及閥門反饋信號(hào)的測(cè)量值； 帶串行通訊口的手操器可以于各種的串行i/o設(shè)備之間進(jìn)行通訊，方便直接進(jìn)行與上位機(jī)的聯(lián)系，便于管理；我們所選定的手操器是由香港華潤(rùn)精密儀器有限公司生產(chǎn)的hr-wp-d835型號(hào)的手操器，以下是部分的技術(shù)參數(shù)：輸入：電偶 b,s,k,e,t,j,l信號(hào)：電阻 cu50,pt100,pt100.1 電流 010ma,420ma,020ma等輸入電阻250 電壓 05v,15v,mv等輸入阻抗250k輸出：模擬量輸出 dc 010ma(負(fù)載阻抗750)，dc 420ma（負(fù)載阻抗500）信號(hào)：dc 05v（輸入阻抗250），dc15v（輸入阻抗250）開(kāi)關(guān)量輸出 : 繼電器on/off帶回差 觸點(diǎn)容量ac220v/3a,dc24v/6a（阻性負(fù)載）通訊輸出接口方式標(biāo)準(zhǔn)串行雙向通訊口：rs232,rs-485,rs-232c等。測(cè)量精度 :0.2fs或0.5fs；分辨率:1字；控制精度：1； 以下便是hr-wp-d835led的顯示面板 圖211 hr-wp-d835 顯示面板以下是手操器的工作原理：儀表可接受雙路的模擬輸入信號(hào)，送往儀表的pv和sv接線端，信號(hào)為閥位的反饋值，sv信號(hào)為外部的給定值，儀表可輸入兩路模擬量以及四路開(kāi)關(guān)量（見(jiàn)前）自動(dòng)控制狀態(tài)儀表控制輸出量跟隨sv輸出信號(hào)在模擬輸出時(shí)，直接將sv輸出在閥位控制輸出時(shí)，比較pv與sv當(dāng)pvsv+oh時(shí)，輸出反轉(zhuǎn)直到pvsv；當(dāng)pvsv-oh時(shí)，輸出正轉(zhuǎn)直到pvsv；當(dāng)pvsv時(shí)，保持原狀態(tài)手動(dòng)操作狀態(tài)儀表控制輸出量跟隨手動(dòng)設(shè)定值輸出在閥位控制輸出時(shí)，比較手動(dòng)設(shè)定值與pv當(dāng)手動(dòng)給定值vsv+oh時(shí)，輸出反轉(zhuǎn)直到手動(dòng)設(shè)定值sv；當(dāng)手動(dòng)給定值sv-oh時(shí)，輸出正轉(zhuǎn)直到手動(dòng)設(shè)定值sv；當(dāng)手動(dòng)給定值sv時(shí)，保持原狀態(tài)。閥門控制的另一個(gè)重要的機(jī)構(gòu)便是伺服放大機(jī)構(gòu)了。下圖便是伺服放大機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單的原理圖：圖212伺服放大機(jī)構(gòu)示意圖輸入端沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，伺服放大器沒(méi)有信號(hào)輸入，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定好的位置。位置發(fā)送器的輸出電流為零。當(dāng)輸入端有輸出信號(hào)時(shí)，此時(shí)輸入信號(hào)與位置發(fā)送器發(fā)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比較，若不相等，就有誤差磁勢(shì)出現(xiàn)，經(jīng)伺服放大器放大，使之有足夠的輸出功率驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，執(zhí)行器就朝著減少這個(gè)誤差磁勢(shì)的方向運(yùn)轉(zhuǎn)，直到位置反饋與輸入信號(hào)相等為止，此時(shí)，輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置上。通過(guò)伺服放大機(jī)構(gòu)與手操器的配合，在加上plc，我們便能同過(guò)許多手段來(lái)對(duì)閥門開(kāi)度大小進(jìn)行控制了。下面我們來(lái)介紹以下整個(gè)測(cè)控機(jī)構(gòu)的原理圖：圖213 流量壓力閥門控制圖plc給出位置信號(hào)，信號(hào)經(jīng)由手操器，進(jìn)入伺服放大機(jī)構(gòu)，由伺服電機(jī)拖動(dòng)電磁閥工作，并由電磁閥本身的反饋信號(hào)送回手操器進(jìn)行比較控制。手動(dòng)時(shí)，手操器隔離plc信號(hào)，直接由用戶從手操器給出信號(hào)對(duì)閥門進(jìn)行控制。3軟件部分3.1 s7200 plc的概述s7200 plc是德國(guó)西門子（siemens）公司生產(chǎn)的一種小型的plc，其許多功能能達(dá)到大，中型plc的水平，而價(jià)格卻和小型plc的一樣。因此，它一經(jīng)推出即受到了廣泛的關(guān)注。特別是s7200 cpu 22*系列（它是cpu221*的替代產(chǎn)品），由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（hmi）可以選擇，所以系統(tǒng)的集成相當(dāng)方便，并且很容易地組成plc網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它還具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件。使得在完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能控制任務(wù)。s7系列plc還有s7300和s7400系列，他們分別為中大型的plc，完全可以替代西門子早期的s 5系列plc。s7系列plc的編