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1、毕业论文（设计）题 目： 400KW真空氮化烧结炉电气控制系统的设计 中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）摘 要真空脉冲氮化炉氮化工艺是在低真空状态下进行，自动变压换气，使炉罐内每一个角落的气氛保持新鲜、活性，具有速度快，炉内气氛均匀性好。炉子密封性好、硬度高、装炉量大、加工成本低、脆性低、工艺稳定、操作简单、残余氨气经真空泵抽至密封水箱处理后排出，残余氨气与水箱中的FeSO4消除后排出，对大气不造成污染，达到节能环保型产品。本文结合电气工程自动控制方法，提出了以PLC为核心的自动控制，构建了以PLC为中心控制器分别控制各个控制系统的自动控制系统，得出了真空氮化炉的电气控制系统设计的结论。本
2、设计共分四部分，第一部分：无水指示及报警设计，第二部分：温度检测及监控设计， 第三部分：抽真空系统设计，第四部分：正反向调压的电气控制系统设计，设计中均严格按照有关标准和规程而设计关键字：氮化炉，PLC，自动控制400KW vacuum nitriding sintering furnace electrical control system designAbstractVacuum pulse nitriding furnace nitride in low vacuum condition, the automatic pressure ventilation, so that the f
3、urnace tank every corner of atmosphere fresh keeping, activity, has the advantages of fast speed, good uniformity of furnace atmosphere. The stove has good sealing property, high hardness, loading capacity of large, low processing cost, low brittleness, process stability, simple operation, residual
4、ammonia by vacuum pump to a sealing water tank is discharged after the treatment, the residual ammonia and water tank in the FeSO4eliminated after discharge, the atmosphere does not cause pollution, to achieve energy conservation and environmental protection products.This combination of electrical e
5、ngineering automatic control method, put forward to the PLC as the core of automatic control, to build a PLC as the center controller respectively controls each control system automatic control system, the vacuum nitriding furnace electrical control system design of the conclusion.The design consist
6、s of four parts, the first part: absolute indication and alarm design, part second: temperature detecting and monitoring design, part third: vacuum system design, part fourth: positive and negative voltage of the electrical control system design, design in strict accordance with the relevant standar
7、ds and rules and designBrieflyKeywords: nitriding furnace PLC automatic control目 录1绪论11.1 课题研究的背景11.2400KW真空氮化烧结炉电气控制系统的设计的目的和意义21.2.1 400KW真空氮化烧结炉电气控制系统的设计研究的目的21.2.2 400KW真空氮化烧结炉电气控制系统的设计研究的意义21.3 本设计的任务22 系统方案论证42.1 系统总体设计框架42.2 系统方案论证42.2.1 控制电路核心部分42.2.2 控制器模块部分42.2.3 无水指示报警部分62.2.4 抽真空控制部分62.2
8、.5 风机降温排风部分63 系统硬件设计73.1 可编程逻辑控制器介绍73.2 硅钼棒介绍143.3 PID介绍153.4 支路控制系统设计213.4.1 PLC控制电路213.3.2 调压模块224 系统软件设计244.1 主程序模块245电路的调试255.1硬件调试255.2 软件调试26结论27致谢28参考文献29附录1 系统原理图30附录2 程序清单30IV1 绪论1.1 课题研究的背景近年来，随着经济的发展和工业化程度的逐渐提高，氮化工业产品的重要性同益增大。研究表明，良好的氮化产品可增加约20%使用寿命，为保证产品能耐高温、耐氧化、具有使用时间长的的特点，氮化在生产设备中得到了广泛
9、的应用。随着国家“节能法的颁布实施和我国“十一五规划的要求，节约能源已纳入社会可持续发展战略的重要内容，利在当代，功在千秋。随着氮化产品规模的不断扩大，传统的技术方式下管理部门的维护成本也高速增长。因此，提高氮化加工系统氮化处理水平，在满足工业生产要求的同时，实现自控控制的智能化氮化生产，在客观上有迫切要求，也是解工业废品与能源紧张最佳选择。目前，我国大部分氮化工业已经开始采用氮化炉控制方式，已经使用以PLC为核心，辅助pid调温的全套氮化炉的氮化方式进行氮化，控制方式也趋于很大程度的智能化了，汽油以下特点：一、渗速快：保温时间：810小时，渗层深0.140.18mm,白亮层：0.0060.0
10、1mm二、表面硬度高：表面硬度可达HV10001200三、装炉量大、加工成本低，在低真空和变压的环境下完成渗氮(氮化)工艺过程，新鲜气氛可渗透到炉罐内任一角落，所以工件可以密装，使装炉量大大增加，同时，该炉密封性，保温性能好，从而显著降低处理成本。四、表面磨擦系数小。五、脆性低炉压的周期性变化，使炉内气氛的氮势产生周期的变化，在加快渗速的同时，能抑制脆性相的出现，并有助于降低脆性，有效地避免了工作工作过程出现的剥落现象。六、工艺稳定炉内气氛均匀可控，炉温均匀。七、操作简单。八、适应性广、渗层均匀即使工作的工作面在极窄的狭缝里，低真空使炉气自动扩散到罐内各处，模具狭缝处工作面也能得到所需渗层。真
11、空氮化炉用于各种工件的气体氮化，氮碳共渗，高速钢的蒸汽处理，尤其适合不锈钢活塞环，有狭缝，深孔，盲孔模具的氮化处理，目前生产中氮化已广泛应用于模具、量具、刀具等、曲轴、齿轮、气缸套、机械结构件等耐磨工件的处理，经氮化处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温的特性。所以自动控制的真空氮化炉设计迫在眉睫， S7-本文以下详细介绍基于西门子200PLC的真空氮化烧结炉电气控制系统的设计。1.2 400KW真空氮化烧结炉电气控制系统的设计的目的和意义1.2.1 400KW真空氮化烧结炉电气控制系统的设计研究的目的目前我国的真空淡化烧结炉应用范围正在越来越广，而相对的一些低端的非自动化控制的
12、真空氮化烧结炉，容易损坏而且维修费用也很高。传统的真空氮化烧结炉温度不能稳定在很小范围内，就容易造成器件的氮化不均匀，而基于西门子S7-200PLC的真空氮化烧结炉电气控制系统的设计，可以完全的避免上述问题不会造成其他的不良影响，基于西门子S7-200PLC的真空氮化烧结炉电气控制系统的设计还具有很多优点：渗速快、表面硬度高、装炉量大、加工成本低、工艺。稳定炉内气氛均匀可控，炉温均匀、操作简单、适应性广、渗层均匀。综上所述，基于西门子200PLC的真空氮化烧结炉电气控制系统的设计必将向着更安全、更环保、更节能、更高效率的方向发展。1.2.2 400KW真空氮化烧结炉电气控制系统的设计研究的意义
13、本课题的研究意义在于设计出一种真空氮化烧结炉自动控制的电气控制系统，能够有效解决现阶段真空氮化炉电气控制系统的不足，意义在于：第一，为真空氮化炉电气控制系统提供一种科学有效的方案，保证真空氮化炉的有效性与安全性；第二，有效利用电力资源，尽量避免电力资源的浪费；第三，在改善真空氮化炉质量的同时，节省人力财力物力。真空氮化烧结炉电气控制系统是实现工业现代化、科学化、智能化、节约能源的有效手段；同时也是氮化工业发展形象的象征之一，它是氮化工业形象的百年大计，必须有超前的视野，用世界的眼光、战略的思维、先进的节能控制及监控系统。真空氮化炉的现代化发展，其自动控制及自动化监控系统的启用为氮化工业发展建设
14、和管理构筑起一个新的平台。1.3 本设计的任务氮化炉采用单开门，轨道式双窑车，局部水冷结构，其中炉门及炉盖为可开启式，采用橡胶密封具有抽真空和充氮气两种工作状态。炉体外壳尺寸：564228443000mm，有效容积：4M3，最高氮气压力：0.05MPa，最高工作温度： 1550，变压器容量：400KVA 输入：380V 723A，输出：0420V 550A, 电热元件：60支918冷700热700mm硅钼棒，最大加热功率：400KW。1 无水指示及报警、温度检测、真空系统、正反向调压的电气控制系统的设计。2 PLC控制硬件设计和电器元件选择3. PLC程序的设计4. PLC程序的调试5 设计电
15、气控制柜电气元器件安装布置图2 系统方案论证2.1 系统总体设计框架本系统西门子S7-200为控制核心。整个系统硬件框图如下图所示。氮化烧结炉控制面板 硅钼棒 220V温度传感器控制信号 反馈信号EM232EM231S7-200 硬件配置图2.2 系统方案论证2.2.1 控制电路核心部分采用西门子S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。而且S7-200系列具有极高的性能/价格比。 S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的
16、内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力 。2.2.2 控制器模块部分本论文采用输入/输出混合模块EM231和模拟量输出扩展模块EM232。输入/输出混合模块EM231共分为3产品：4AI、2路热电阻输入和4路热电偶输入。其中前者是普通的模拟量模块，可以用来连接标准的电流和电压信号；后两种是专门为特定的物理量输入到PLC而设计的模块。热电阻和热电偶可以直接连接到模块上而不需要使用变送器对其进行标准电流或电压信号的转换，模块上具有热电阻和热电偶型号选择开关，热电偶模块还具有冷锻补偿功能。模拟量输出扩展模块EM232只有一种2路模拟量输出的扩展模块产品。它们的实物图如下：EM231EM232根据这两
17、个PLC的I/O扩展模块的功能及性质来判断，可以进行有效的温度调节控制，故可以使用这两种模块进行温度的调控。2.2.3 无水指示报警部分采用液位开关、电铃和红绿两个指示灯，来实现无水指示的报警及消除，以液位开关来控制PLC的输入端供电从而控制冷却水流的循环，用电铃和红灯来进行无水报警与指示，绿灯显示正常冷却水循环。本文设计的无水指示报警部分安全有效防止在无冷却水循环的情况下进行作业，而造成重大生产事故。无水指示和正常生产的组成形成最有安全性的保护，同时具有电铃报警提示，来减少不正常的工作中的大意操作带来的危险事件的发生，所以该方案的设计是可行的，对生产起到了保护作用的同时也达到了设计的要求。2
18、.2.4 抽真空控制部分采用真空泵进行抽取真空氮化烧结炉内的空气，从而实现真空氮化烧结炉内的真空状态，保证在高浓度中进行氮化。真空泵具有抽真空的作用，能有效的实现真空淡化烧结炉的真空状态，通过PLC进行控制，实现自动化的进行，为下一步的氮化做好准备工作，该部分利用真空泵进行的抽空气来实现真空状态可行。2.2.5 风机降温排风部分本论文利用风机和冷却水循环进行降温来实现真空氮化烧结炉的外部降温，风机的工作是在真空氮化烧结炉工作的时候伴随着真空氮化烧结炉而进行工作的来实现全面的工作降温。对外部环境也起到了维持环境温度的作用。3 系统硬件设计3.1 可编程逻辑控制器介绍可编程逻辑控制器（Progra
19、mmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机,可编程逻辑控制器。其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直
20、接连接到交流电网上去 二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，
21、直到停止运行。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 三、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 四、输入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 五、功能模块 如计数、定位等功能模块。
22、 六、通信模块 工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，可编程逻辑控制器即输入采样、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，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1、输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器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映象区中的相应的单元内。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
23、证在任何情况下，该输入均能被读入。 2、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器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。 即，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
24、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。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 3、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器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，才是可编程
25、逻辑控制器的真正输出。 功能特点:可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。 一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。 二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。 发展历史起源1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求； 1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编
26、程逻辑控制器PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。 1969年，美国研制出世界第一台PDP-14； 1971年，日本研制出第一台DCS-8； 1973年，德国研制出第一台PLC； 1974年，中国研制出第一台PLC。 发展20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来
27、后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长
28、率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 选型规则在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备
29、应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。 1、输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时
30、应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 2、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/
31、O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 3、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 1、运算功能 简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还
32、具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 2、控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器
33、、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 3、通信功能 大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式
34、： 1）、PC为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程逻辑控制器网络； 2）、1台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络； 3）、可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网； 4）、专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。 为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、）通信处理器。 4、编程功能 离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，
35、编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，
36、如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 5、诊断功能 可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 6、处理速度 可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则可编程逻辑控制器将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度
37、与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，可编程逻辑控制器接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.2ms/K。 4、可编程逻辑控制器的类型 可编程逻辑控制器按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型可编程逻辑控制器的I/O点数固定，因此用户选
38、择的余地较小，用于小型控制系统；模块型可编程逻辑控制器提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。3.2 硅钼棒介绍硅钼棒电热元件是一种以二硅化钼为基础制成的耐高温、抗氧化、低老化的电阻发热元件。在高温氧化性气氛下使用时，硅钼棒电热元件表面生成一层光亮致密的石英（SiO2）玻璃膜，能够保护硅钼棒内层不再氧化，因此硅钼棒元件具有独特的高温抗氧化性。 在氧化气氛下、最高使用温度为1800，硅钼棒电热元件的电阻随着温度升高而迅速增加，当温度不变时电阻值稳定。在正常情况下元件电阻不随使用时间的长短而发生变化，因此，新旧硅钼棒电热
39、元件可以混合使用。 根据加热设备装置的结构、工作气氛和温度，对电热元件的表面负荷进行正确地选择，是硅钼棒电热元件的使用寿命的关键。3.3 PID介绍PID（Proportional Integral Derivative）控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。它不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。工作基理：由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目的，控制作用就必须不断的进行。若扰动出现使得现场控制对象值(以
40、下简称被控参数)发生变化，现场检测元件就会将这种变化采集后经变送器送至PID 控制器的输入端，并与其给定值(以下简称SP 值)进行比较得到偏差值(以下简称e 值)，调节器按此偏差并以我们预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使现场控制对象值发生改变，并趋向于给定值(SP 值)，以达到控制目的 ，如图 1 所示，其实PID 的实质就是对偏差（e 值）进行比例、积分、微分运算，根据运算结果控制执行部件的过程。控制系统原理图PID 控制器的控制规律可以描述为：(1)比例（P）控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制不能消除稳态误差。比例
41、放大系数的加大，会引起系统的不稳定。积分（I）控制的作用是：只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。微分（D）控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。根据不同的被控对象的控制特性，又可以分为P、PI、PD、PID 等不同的控制模型。系统分类：1）开环控制系统开环控制系统（open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（
42、controller）的输入没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2）闭环控制系统闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（ Negative Feedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。 3）阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的
43、响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性（stability），一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来（Steady-state error）描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 PID调节方法：PID是工业生产中最常用的一种控制方式，PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一，PID 适用于需要进行高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。 PID参数自整定控制仪
44、可选择外给定（或阀位）控制功能。可 取代伺服放大器直接驱动执行机构（如阀门等）。PID外给定（或阀位）控制仪可自动跟随外部给定值（或阀位反馈值）进行控制输出（模拟量控制输出或继电器正转、反转控制输出）。可实现自动/手动无扰动切换。手动切换至自动时，采用逼近法计算，以实现手动/自动的平稳切换。PID外给定（或阀位）控制仪可同时显示测量信号及阀位反馈 信号。 PID光柱显示控制仪集数字仪表与模拟仪表于一体，可对测量 值及控制目标值进行数字量显示（双LED数码显示），并同时对测量值及控制目标值进行相对模拟量显示（ 双光柱显示）， 显示方式为双LED数码显示+双光柱模拟量显示，使测量值的显示更为清晰直
45、观。 PID参数自整定控制仪可随意改变仪表的输入信号类型。采用 最新无跳线技术，只需设定仪表内部参数，即可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号。 PID参数自整定控制仪可选择带有一路模拟量控制输出（或开 关量控制输出、继电器和可控硅正转、反转控制）及一路模拟量变送输出，可适用于各种测量控制场合。 PID参数自整定控制仪支持多机通讯，具有多种标准串行双向 通讯功能，可选择多种通讯方式，如RS-232、RS-485、RS-42等，通讯波特率3009600bps 仪表内部参数自由设定。可与各种带串行输入输出的设备（如电脑、可编程控制器、PLC 等）进行通讯，构成管理系统。PID控制器参数的工程整定
46、，各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照： 温度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s 压力P: P=3070%,T=24180s, 液位L: P=2080%,T=60300s, 流量F: P=40100%,T=660s。 原理和特点：在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验
47、和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着
