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1、恒温控制系统摘 要随着计算机技术、通信技术、自动控制技术以及各种智能技术的迅速发展，高可靠性可编程控制器(PLC)出现，使得现代工业控制系统的设计开发周期短，可靠性高，成本低。本文结合恒温控制系统的特点，提出控制系统的总体设计方案，采用PLC和检测仪表完成系统硬件设计；编写PLC控制程序和监控组态界面，实现温度采集与显示，实现了温度在线监测和控制。并采用工业以太网，实现现场控制单元与上位机进行信息交换，并能与企业内部联网。关键词：自动检测；PLC；温度；监控组态ABSTRACTWith computer technology, communication technology, automat
2、ic control technology, as well as the rapid development of smart technology, high reliability, programmable logic controller (PLC) the emergence of modern industrial control systems makes the design of a short development cycle, high reliability and cost reduction . In this paper, the characteristic
3、s of constant temperature control system, the control system design program, PLC and instrumentation used to complete system hardware design; PLC control procedures to prepare and monitor the configuration interface, collection and display temperature to achieve a temperature-line monitoring and con
4、trol. And the use of Industrial Ethernet, the realization of the scene control unit and host computer exchange of information and networking and the enterprise.Keywords: Automatic detection；PLC；Temperature；Monitoring configuration目 录第一章 绪 论11.1选题背景11.1.1PLC控制技术与继电器控制技术的区别11.1.2PLC控制技术和通用计算机控制技术的区别11
5、.1.3PLC控制技术与单片机控制技术的区别21.2本课题研究现状21.3 本文主要的研究工作3第二章 恒温控制系统的硬件设计42.1恒温控制系统的组成42.2恒温控制系统总体设计方案52.3 PID控制原理62.4可编程序控制器介绍72.5PLC的选型92.6模拟量模块选择102.7其他硬件选择112.8系统供电接线图162.9PLC硬件接线图17第三章 恒温控制系统软件设计213.1STEP7Micro/Win32 编程软件介绍213.2I/O地址分配223.3系统主程序243.4PID控制算法程序263.5标度转换273.6数码显示283.7人机界面29第四章 结论31参考文献32致 谢
6、33附录 系统各部分程序34主程序34标度变换程序38PID参数设定程序40PID输出中断程序41数显程序42第一章 绪 论1.1选题背景随着计算机技术、通信技术、自动控制技术，以及各种智能技术的迅速发展，出现了多种实用的控制技术，如继电器控制技术、计算机控制技术、单片机控制技术及PLC控制技术等，每种控制技术有各自的优缺点和应用领域。1.1.1PLC控制技术与继电器控制技术的区别在PLC的编程语言中，梯形图是用得最多的语言。PLC的梯形图与继电器控制线路图比较相似，信号的输入/输出形式及控制功能也相同，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处，主要体现在以下几个方面。（1）控制逻辑：继电器控
7、制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触头的串联或并联以及时间继电器的延时等组合成控制逻辑。其缺点是接线复杂，增加或改变功能都非常困难，继电器触头数目也有限。而PLC利用其内部存储器，以程序方式将控制逻辑存储在内存中，通过改变程序就可以很方便的改变控制逻辑，另外，软继电器触头数一般都非常多，因此PLC控制逻辑的灵活性和扩展性都很好。（2）控制速度：继电器控制是通过继电器机械触头的动作来实现，触头的开闭动作一般在几十毫秒数量级。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制逻辑，一般一条指令的执行时间在微秒数量级。（3）限时控制：继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，但其定时精度不高，
8、易受环境影响，调整比较困难。PLC使用半导体集成电路定时器，定时精度高，定时范围可从0.001s到若干分钟，通过编写程序来进行定时控制，非常方便。（4）计数控制：继电器控制逻辑一般不具备计数的功能，而PLC能通过程序方便的实现计数功能。（5）可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量的机械触头，触头开闭时产生的电弧容易损坏触点，因此可靠性和可维护性都比较差。而PLC采用无触点的半导体电路来代替继电器触点，因而不存在上述缺陷。PLC还带有自检功能，为现场的调试和维护提供了方便。（6）价格：继电器控制逻辑多使用机械开关、继电器等，功能简单，价格比较便宜。而PLC多使用集成电路，价格相对比较昂贵。1
9、.1.2PLC控制技术和通用计算机控制技术的区别PLC是专门为工业控制环境而设计的，而通用计算机是专门为科学计算和数据处理等而设计的，两者采用的都是计算机结构，但两者设计的出发点不同，因此也存在许多的差异，主要体现在以下几个方面。（1）应用范围：通用计算机除了应用在控制领域外，还大量应用在科学计算、数据处理、计算机通信等方面。而PLC主要用于工业控制领域。（2）使用环境：通用计算机对环境要求高。而PLC能适用于环境差的工业现场。（3）程序设计：通用计算机具有丰富的程序设计语言，如汇编语言、C语言等，能实现复杂的应用，对编程者要求高。而PLC能提供的编程语言少，逻辑简单，容易学习和使用。（4）运
10、算速度和存储容量：随着各种电子技术的发展，通用计算机运算速度越来越快，一般在微秒级，存储容量也在增大。而PLC相对通用计算机运算速度要慢，其编程的软件少，编程简短，内存容量也很小。（5）价格：通用计算机功能多，硬件复杂，而PLC相对功能单一，因此在价格上一般PLC要比通用计算机便宜。1.1.3PLC控制技术与单片机控制技术的区别单片机控制技术一般用于数据采集和工业控制，单片机在配置上比通用计算机简单，价格上相对便宜，但它和通用计算机一样，也不是专门为工业现场控制所设计的。与通用计算机一样，单片机编程复杂、不易掌握，需要处理大量I/O接口，其输出口驱动负载能力较弱，要驱动工业负载需要复杂的外围电
11、路。单片机控制技术的突出优点在于它具有较强的数据处理能力，但工业控制过程要处理的是大量的开关量，因而运用在工业现场控制中单片机的长处得不到发挥，其可靠性也远不如PLC。一般单片机控制技术仅使用于比较简单的工业控制过程和数据处理能力要求比较高的场合。PLC控制技术与单片机控制技术相比较而言，更适合于工业现场过程控制，但其数据处理能力不如后者。所以二者各有所长，不能互相替代。由此可见，随着PLC的成本降低及数据处理能力的增强，在工业现场控制方面，PLC控制技术面对其他的控制技术的挑战将会一直具有自身的优势。因此，掌握PLC控制技术对于工业控制技术人员来说是必不可少的技能之一。1.2本课题研究现状在
12、人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。目前，国内外恒温控制系统的应用技术已发展的比较成熟，大多数是使用单片机和PLC对温度进行控制，但随着PLC、工业网络及监控组态软件的迅
13、速发展，在工业生产过程中基于PLC的恒温控制系统开始占据了主导地位。基于PLC的恒温控制系统在工业生产过程中充分体现了一下优点：（1）采用光电隔离、RC滤波器等屏蔽措施具有较高的抗干扰能力和可靠性；（2）针对不同的工业现场信号有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接；（3）采用模块化结构；（4）编程简单，易于实现；（5）系统设计、安装、调试方便；（6）维修方便，维修工作量小；（7）投产周期及成本比较低。本设计基于一个PLC的恒温控制监控系统，达到温度的实时控制与显示。该系统克服传统的位式调节器和PID调节器超调大的缺点,充分发挥PLC控制灵活、编程方便、适应性强和FameView的实时
14、显示的优点,提高了控制的精确度。而且该系统操作简单、工作稳定可靠、实用性强并有良好的组态监控界面,能远程控制，适应了当前现代化工业的需要,适用范围广,其经济效益很好。在工业生产中,常用闭环控制方式控制温度、流量等连续变化的模拟量,PID控制是常见的一种控制方式。在使用模拟量控制器的模拟控制系统和使用计算机(包括PLC)的数字控制系统中得到了广泛的应用。可编程序控制器(PLC)是以微处理器为基础,综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术，可以构成不同的控制系统,将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体,实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制系统。本文针对恒温水箱温控系统的要求,
15、以PLC为温度控制系统的核心,利用PID控制算法实现系统的恒温控制。1.3 本文主要的研究工作本文介绍恒温控制系统的工作原理设计，结合系统特点设计一套基于S7-200PLC的温度控制系统。主要研究内容如下：（1）分析恒温控制系统的工艺流程，提出控制系统的总体设计方案。（2）采用PLC和检测仪表完成系统硬件设计；编写PLC控制程序，实现温度采集与显示。（3）采用FameView监控组态软件设计恒温系统监控界面，实时显示各个温度的大小和变化曲线，实现温度在线监测和控制。（4）采用工业以太网，实现现场控制单元与上位机进行信息交换，并能与企业内部联网。第二章 恒温控制系统的硬件设计2.1恒温控制系统的
16、组成恒温控制装置结构如图21所示，它包括控制恒温水箱、冷却风扇电动机、搅拌电动机、储水箱、电加热装置（功率为1.5W，温度范围为4060.C）、测温装置、液位检测、流量检测以及电磁阀门等。电加热器加热恒温水箱水温，搅拌器使恒温水箱中的水上下水温均匀，两个液位检测传感器用于测量缺水和溢出状态，三个温度传感器分别测量恒温水箱中水的温度、入口温度及储水箱中水的温度，水泵用来使系统内的水循环流动，三个电磁阀门用来使水进入储水箱或冷却器中，水的流量采用流量计检测，水的冷却采用风扇进行冷却。恒温水箱中水温、入水口水温、储水箱中水温、水的流速和加热器功率分别用数显仪表显示。阀门、搅拌器及冷却器工作状态用指示
17、灯指示。图2-1 恒温控制装置结构图控制系统设计要求：要求系统有手动和自动两种方式；温度范围：2060温度超限进行报警；水温与设定值之差小于5，采用PID调节；水温高于设定值510进冷水；水温高于设定值10以上时，采用进冷水与风冷同时进行的方法实现降温控制；对温度，流量进行检测并显示；进水时无流量，加热时水温无变化能进行报警。2.2恒温控制系统总体设计方案根据恒温控制系统的要求，本设计由S7-200PLC作为中央处理单元，Fameview作为监控组态软件，实现恒温控制系统实时监控。系统由硬件和软件两部分软件构成。要完成整个系统的要求就应该由软件与硬件共同来发挥作用和相互组合协调工作；本设计由工
18、控机作为上位机对整个系统进行监控，PLC等其他元件作为下位机完成具体控制要求，上位机与下位机之间的通信通过以太网的联接来达到通信的状态要求，以便更好的完成对系统的监控。PLC以太网工控PC机电机启动与停及显示电磁阀的开与关及显示系统的开与关温度数据参数变送器下位机上位机液位开关检测变送器流量参数数显仪表图2-2 系统总体结构上位机由工控机构成，工控机上采用Fameview组态软件，控制对现场设备的启/停、运行状况的实时监控，设备相关数据的记录，设备故障和异常情况的处理。PLC组成下位机现场控制单元，采集现场设备的数据。检测元件有温度检测元件和液位检测元件，对现场设备进行实时检测，并将检测数据传
19、送至PLC与数显表。显示电路实现现场温度的实时监控。PLC根据输入与反馈信号的偏差进行PID计算，输出控制信号给加温控制电路，对温度进行PID控制。2.3 PID控制原理在工程实际中，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
20、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
21、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，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制，在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就
22、应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。按照实际温度和设定温度偏差的比例、积分和微分产生控制作用（简称PID控制），是温度控制中应用最广泛的一种控制形式，实际运行效果和理论分析表明，这种控制规律在相当多的工业生产过程中能得到比较满意的结果。每个温度由一个热敏电阻检测，用PID的输出值来控制电阻
23、炉通断，从而控制的温度。温度控制原理如图2-3所示。PID控制器 +-加热装置温度变送器检测值被控参数给定值图2-3温度控制原理图2.4可编程序控制器介绍可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中
24、是继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资金的严重浪费。美国的数字设备公司(DEC)中标，并在1969年研制出了第一台可编程序控制器(PDP-14)。其后，美国的MOD工CON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC-8控制器，1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功。我国在1974年开始研制可编程序控制器。可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等
25、高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。从控制功能来分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。第一阶段，从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单。第二阶段，从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段，在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同
26、时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器(PLC )，后者被称为单回路或多回路控制器。第三阶段，从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是PLC通信功能实现阶段。与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布式的通信网络体系。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。第四阶段，从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。由于开放系统的提出，使PLC也得到了
27、较大的发展。主要表现在通信系统的开放，使各制造企业的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语言等。PLC的工作原理分为以下几个过程：（1）初始化：PLC上电后，首先进行系统初始化，清除内部继电器区，复定时器等。（2）CPU自诊断：PLC在每个扫描周期都要进入CPU自诊断，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查；定期复位监控定时器等，以确保系统可靠运行。（3）通信信息处理：在每个通信信息处理扫描阶段，进行PLC之间
28、以及PLC与计算机之间的信息交换；PLC与其他带微处理器的只能装置通信，例如，只能I/O模块；在多处理器系统中，CPU还要与数字处理器（DPU）交换信息（4）与外部设备交换信息：PLC与外部设备连接时，在每个扫描周期内都要与外部设备交换信息。这些外部设备有编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机等。（5）执行用户程序：PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要执行用户程序。执行用户程序时，是以扫描的方式按顺序逐句扫描处理的，扫描一条执行一条，并把运算结果保存在输入输出映像区对应位中。（6）输入、输出信息处理：PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要进入输入、输出信息处理。以扫描的方式把外部输入的信号
29、存入输入映像区；将运算处理好的结果存入输出映像区，直到传送到外部被控设备。PLC周而复始地巡回扫描，执行上述整个过程，直至停机。PLC的特点有：可靠性高、抗干扰能力强；通用性强，灵活性好，功能齐编程简单，使用方便；模块化结构；安装简便，调试方便；可以进行网络通信；体积小，能耗低等。2.5PLC的选型合理选择PLC对于提高PLC控制系统的性价比起着重要作用，PLC的选择应包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等几个方面。在恒温控制系统中，经过调研、分析，选择了西门子公司生产的S7-200系列PLC作为系统的控制器。S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种整体式小
30、型可编程控制器。S7-200系列PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选则的扩展模块，可以十分方便的组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLCPLC网络和微机PLC网络，从而完成规模更大的工程。因此本人选用的是德国SIEMENS公司的S7-200型号的可编程序控制器产品。S7-200的STEP7-Micro/WIN32编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控、使得PLC的编程更加方便、快捷。即S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU22
31、4和CPU226四种,四种CPU的外部结构大体相同。CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数
32、控制的微型控制器。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz
33、高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。根据控制要求本设计有系统开关、上下液位开关搅拌电机开关等开关量要转变为数字量作为CPU226的输入量，其中流量检测量与温度检测量作为模拟量输入输入到CPU226；同时系统中的电机及指示灯、温度显示等作为数字量输出量，电机热控制信号作为模拟量输出。而在已有的S7200的CP
34、U中没有可以单独满足系统要求的型号，不管选用哪种型号都需要对其输入输出端口进行扩展。为了使系统设计的尽量简单、方便、实用，本设计选用CPU226。CPU226拥有24个数字输入端口和16个数字输出端口，因此只需要对其扩展4个模拟输入端和一个模拟输出端口。PLC的系统组成如图2-4所示。图2-4 系统结构模块图2.6模拟量模块选择西门子S7200提供有EM231、EM232以及EM235三种模拟扩展模块。EM231可扩展4路模拟量输入通道，A/D转换时间为25s，12位；EM231还有专门的热电偶、热电阻模块是为CPU222，CPU224，CPU226设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连
35、接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。EM232可扩展2路模拟量输出通道。EM235可扩展3路模拟量输入通道和1路量输出通道。按照输入输出端口点数我们应当用EM235对CPU进行扩展。EM235能够接受电压或者电流信号，如果EM235剩了AI点来接PT100，而且EM235的AO点没有占用，可以直接采用EM235。把EM235的输出AO点当作一个恒流源，把此恒流源接到PT100上，PT100的四线做两线接到EM235。具体程序中间的转换一定要算仔细，不然采集值就容易算错。电流不能过大，否则容易损坏PT100。这种接法比较浪费，
36、用EM231模块比较好。经济实惠，编程方便PT100温度传感器检测到的模拟信号通过变送器进行信号转换后送传给EM321。EM231具有4个模拟量输入通道。刚好满足本设计模拟量输入要求。再通过EM232与电阻加热器连接，将检测到的流量信号送到CPU，进而对CPU226的模拟输出量进行了扩展。因此本设计采用EM231对CPU226进行4路模拟量输入模块扩展，采用EM232对CPU226进行1路模拟量输出量扩展。2.7其他硬件选择本设计可以分为核心处理系统、温度监控系统、伺服系统、数码显示装置四大组成部分。对于除了核心处理系统之外的硬件选择，可以按照个大部分归类选择。(1)温度监控部分温度监控部分组
37、成有温度传感器，变送器，信号隔离器；温度传感器：两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在540微伏之间。温度传感器是五花八门的各种
38、传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计
39、、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6300K范围内的温度。PT100温度传感器可以适应大部分温度检测要求，性能良好。PT100，又叫铂电阻，热电
40、阻，是一种温度传感器，铂电阻温度系数为0.0039，0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。采用不锈钢外壳封装，内部填充导热材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，适用于精密仪器、恒温设备、流体管道等温度的测量，非常经济实用。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200400）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。本设计中将此感器安装在恒温水箱以及回流管等各个部位，对水温进行监测。并且将检测结果反馈到主机，再由主机做出相应动作。本设计选用PT100温度传感器。温度变送器是通过确认阻值的不同计算出当前的温度,再根据热电阻的量程变送输
41、出对应的标准 信号值 (4-20mA）即： 温度变化热电阻阻值变化温度变送器进行计算输出420mA信号再通过确认变送器输出的电流大小就可以知道当前的温度值。WRZ系列一体化温度变送器是热电阻、热电偶与变送器的完美结合，以十分简捷的方式把-2001300的温度信号转换为标准420mA电流信号实现对温度精确测量与控制。WRZ温度变送器可与显示仪、控制系统、记录仪等调节器配套使用，并被广泛应用于石油、化工、发电医药、纺织、锅炉等工业领域。本设计采用WRZ系列一体化温度变送器。信号隔离器，在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安
42、级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。隔离器又名信号隔离器,是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出。输入输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。是工业控制系统中重
43、要组成部分。在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离的变送器（部分设备可以做到），也可以使用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器RZG2100有以下优点： 绝大部分情况，采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越 信号隔离器应用灵活，而且它还有型号转换和 信号分配功能，使用起来更加方便。 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式，通道间相互完全独立，构成系统的配置、日常维护更加方便。输出电流0-10mA；0-20mA；所以本设计选用RZG2100隔离变送器。(2) 伺服系统伺服系
44、统由液位开关、搅拌电机、电加热装置、风扇电机、流量检测计和电磁阀构成。液位开关，当浮球因浮力作用而上下运动时，接线盒内的磁簧开关受到臂端磁铁影响，而作NC接点与NO接点之互换。同样地原理运用在微动开关装置上，微动开关前之磁铁和臂端磁铁作互斥运动而推压微动开关，造成NC和NO动作。具有耐高、低温，耐酸、碱等优良性能。本设计选用EA-L200型浮球液位开关。搅拌电机，当系统对恒温水箱加水、放水或者加热时，都应当启动搅拌电机使水箱内水的温度保持均匀。由于恒温水箱容量不大，所以选择小功率搅拌电机。本设计选用20V 60W调速搅拌电机。电加热装置，加热电阻器是利用电阻通电发热加热指定物体的电器.工作原理
45、是利用电阻通电产生热量.但是加热电阻器有温控电路、传感器等。当水箱内的水被检测出低于要求水温时，启动电加热装置对水箱内的水进行加热，直到达到控制要求水温。本设计选用功率为1.5W的加热电阻器，温度范围为20100加热电阻。风扇电机，当水箱内水温过高，水箱放水经过回流管，由安装在回流管的风扇电机对回流管中的水进行吹风降温后，再回流到恒温水箱中。本设计选用220V 60W风扇电机。流量检测计，差压式流量计(以下简称DPF或流量计)是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。DPF由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以
46、检测件的型式对DPF分类，如孔扳流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。差压计既可用于测量流量参数，也可测量其他参数(如压力、物位、密度等)。本设计通过流量计对水流进行检测，进而控制。传统的一体化差压式流量计只是简单的将节流器件好差压变送器装在一起，但仍要单独安装变送器/流量积算仪，因此不能算是真正的多参数变送器，V10F差压式流量计可同时测量压力、温度的复合式传感器，并带有流量计算的补偿计算功能。一台多参数变送器可替代差压、压力、温度、积算仪
47、表。可直接输出质量或体积流量。V10F差压式流量计具有以下优点。可根据不同的应用选择不同的节流器件；宽量程比，精度高；即时即用，无需标定；多参数同时显示输出；通过现场总线提供远程操作；预测式故障诊断；DCS和PLC的理想选择；采购和安装费用低。标准供电，DC24V。输出信号为420mA。本设计选用V10F差压式流量计。电磁阀，电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活
48、塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。Z3CF三位常开电磁阀电压规格为AC220V.DC24V，具有微启，全开和关闭三种流量；控制精度高参数要求平稳，动作开关时间短。本设计选用Z3CF三位常开电磁阀。（3）数码显示装置数码显示装置有许多种，HLP2型数码显示表PLC专用数显表可通过两个PLC输出端口接收所有PLC发出的数据。可以再PLC程序中任意指定的数据，如数量、时间、温度、压力等通过计数器、计时器、数据寄存器等将数据送入指定的显示缓冲区内，经子程序通过两个输出端口送出编码至PLC外部的数显表上。采用两线串行传输方式，只用两个PLC输出端口就可以完成复杂的数据传送。而且多表共用时只需N+1个输出端口。节省了PLC的输出端口（这对平均每个输出端口上百元的PLC来说，无疑是节省了大量资金）
