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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 基于组态王-PLC的轮胎硫化温度、压力控制系统设计摘 要 近年来，随着我国汽车工业的发展，与之处于同一产业链的轮胎工业也得到了相应的提高，轮胎呈现出种类数目不断增多与剂型不断丰富的局面。轮胎硫化过程是轮胎制造过程中的一道重要工序，其硫化效果是影响轮胎质量的关键因数之一。 在轮胎硫化过程中温度和压力是两个重要指标。轮胎硫化控制系统，分为上位机和下位机，上位机采用的是国内的一个比较流行的组态王软件。组态王可以实现在线监控。组态项目中制作了曲线画面、报表画面、报警画面和参数监控画面，用户可方便地查询PLC的运行情况、数据采集和在线控制。下位机采用PLC控制。
2、PLC可独立的实现对两套硫化系统的控制。硫化中的温度数据有铂热电阻Pt100采集来后，经EM231转换，再送到CPU224。压力数据有压力表采集后，经EM235，送CPU224。 关键字：温度压力控制 ；可编程控制器 ；PID ；组态王；Tire curing temperature and pressure control system based on kingView-PLCAbstractIn recent years, as Chinas automobile industry developing, with the same chain in the tire industry
3、has also been a corresponding increase in tire showing a growing number of types of formulations enriched with the situation. Tire vulcanizing tire manufacturing process is an important step in the process, and the curing effect is the key factor affecting the quality of the tire.Temperature and pre
4、ssure in the tire curing process are two important indicators. Tire curing control system is divided into upper and lower machine, and the PC uses a more popular domestic Configuration software-KingView. KingView can be achieved online monitoring. Project produced a curve configuration screens, repo
5、rts screen, alarm screen and parameter monitoring screen,and users can easily check the operation of the PLC, data acquisition and online controlling. Lower position machine uses PLC controling. PLC can achieve independent controlling of two vulcanization system. Vulcanization temperature data are c
6、ollected to platinum RTD Pt100, through EM231 conversion,and it then can sent to the CPU224. Gauge pressure data are collected, through EM235, sending to CPU224.Key words: Temperature and pressure control; programmable controller; PID; kingview;III目 录摘 要IAbstractII第一章 轮胎硫化的概述11.1 轮胎硫化的背景11.2 轮胎硫化的工艺
7、要求11.2.1 技术参数和硫化曲线11.3 轮胎硫化的方式、方法及步骤21.3.1 轮胎硫化的方法21.3.2 轮胎硫化的方式21.3.3 轮胎硫化的步骤31.4 硫化过程的主要问题4第二章 系统的总设计及人机界面62.1 系统总原理图62.2 人机界面介绍62.2.1 人机界面概述62.2.2 人机界面定义72.2.3 人机界面产品的组合及工作原理72.2.4 人机界面产品的特点7第三章 硬件配置83.1 设备生产线要求83.2 实验配置83.2.1 西门子 S7-20083.3 可编程控制器PLC概述83.3.1 PLC特点93.4 PLC的结构103.4.1 CPU的构成103.4.2
8、 I/O模块103.4.3 电池模块113.4.4 传感器113.5 硬件电路133.6 伺服放大器DFC-1100153.6.1 概述153.6.2 主要技术参数163.6.3 工作原理与机构163.7 手操器DFD-0500173.8 电动执行机构DKZ5500M183.8.1 执行机构主要组成部件183.8.2 位置定位器19第四章 PID控制算法描述204.1 PID调节程序设计204.1.1 PID控制算法204.1.2 PID在PLC中的回路指令22第五章 下位机PLC程序设计255.1 软件编程环境255.1.1 STEP 7Micro/WIN32软件介绍255.1.2 安装ST
9、EP 7Micro/WIN32软件255.1.3 系统参数设置265.2 程序设计275.2.1 设计思路275.2.2 I/O模块分配表275.2.3 内存地址分配285.2.4 程序流程图295.3 软件仿真32第六章 上位机主控画面设计346.1 组态王软件概述346.2 组态王画面的建立356.2.1 创建项目356.3 组态王软件报警组376.4 组态王报表输出386.5 组态王曲线显示39总结41参考文献42附录A：43致谢57第一章 轮胎硫化的概述1.1 轮胎硫化的背景 轮胎硫化是轮胎加工生产过程中很重要的一部分，橡胶在未硫化之前，分子之间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能
10、，实用价值不大。当橡胶进行硫化以后，经热处理或其他方式能使橡胶分子之间产生交联，形成三维网状结构，从而使其性能大大改善，尤其是橡胶的定伸应力、弹性、硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大大提高12。1.2 轮胎硫化的工艺要求1.2.1 技术参数和硫化曲线主要技术参数：1、 工业类型：轮胎2、 硫化控制过程：全自动3、 使用条件：电压：220V15%；工频：50Hz；环境温度：0-55工艺要求：（1） 温度控制精度为1（0-160） （2） 蒸汽压力控制精度O.02Mpa（3）测温输入点为9点，即罐体上，中，下各三点（4）罐体上、下的温度差超过输入的设定值时，自动排放灌底冷凝水，保证硫化罐体内
11、的温度平衡性、均匀性。（5）当温度达不到要求时，根据公式自动计算等效硫化时间，自动进行等效硫化。等效硫化公式(其中硫化温度系数可调)公式如下: （1.1） 1一温度为 t1的硫化时间 2 一温度为 t2的硫化时间K-硫化温度系数(该系数根据产品不同为可变值) 图1.1 温度压力曲线表1.1 时间表时间段1升温段1时间段2保温段1时间段3升温段2时间段4保温段2时间段5升温段3时间段6保温段3时间段7降压段1时间段8保压段1时间段9降压段21.3 轮胎硫化的方式、方法及步骤1.3.1 轮胎硫化的方法传统控制方法:传统控制硫化过程的方法是定时控制，这种方法是假定橡胶硫化的过程中模柜内温度和压力保持
12、恒定，但是由于锅炉蒸汽压力波动以及蒸汽在管道中传输温度递减等因素的影响，硫化温度很不稳定。这样生产出的轮胎，经常出现过硫化和欠硫化现象，另外工人的劳动强度大，资源浪费严重。现代控制方法:现代控制硫化过程的方法是根据蒸汽管道内的温度实时调整硫化时间的等效硫化控制12。1.3.2 轮胎硫化的方式硫化工艺过程根据硫化介质的不同而有明显的区别，硫化介质主要给硫化过程提供温度和压力，硫化中，内温和外温通常不为同一热源，外温介质一般为蒸汽，内温介质一般分为“过热水，“高温蒸汽”，“蒸汽气”和“热氮”四种。国内轮胎厂家一般采用“过热水”和“蒸汽”作为内温介质。下面简要介绍四种内温硫化方式的基本步骤及优缺点。
13、(1)过热水硫化。首先采用低压蒸气使轮胎定型，然后利用高压过热水进行硫化，硫化中温度一般为170-180度，内压一般在2.2-2.6兆帕。它的优点是，硫化效果比较均匀，外观合格率较高，过热水性质稳定，不存在温度衰减等问题;缺点是，硫化温度低，时间长，效率低，设备不易于安装和维护。(2)高温蒸汽硫化。该方式直接将高压饱和蒸汽通入胶囊中，内压一般为1.6-1.9兆帕，内温一般为190-210度。优点是，时间短，硫化效率高，饱和蒸汽使硫化中能耗降低，削减了设各投资；缺点是，对轮胎生产中其它工序的设各和装置有严格的要求，硫化中，内压偏低，容易造成局部压力不足。 (3)蒸汽/氮气硫化。首先向胶囊中通入低
14、压氮气或蒸汽进行定型，然后在通入190-210度高压饱和蒸汽之后，再向胶囊中通入2.0-2.6兆帕高纯氮气进行增压硫化。优点是，与全蒸汽硫化方式相比，减少了蒸汽耗费，降低了能源消耗，增加了胶囊寿命，提高了合格率。(4)热氮硫化。将经过提纯和干燥后的氮气电加热至180度左右之后，再用压缩机将其加压至3.0兆帕，通过专用循环装置使其在胶囊内循环。目前，后两种硫化方式较前两种有明显的优势和更少,一阔一市场前景。但在实际应用中，它们都有一些共同的问题需要考虑，如气体泄露、温差、温度下降等，其硫化工艺也尚存在一些不完善的地方，有待进一步从理论和实际两个方面着手改进。硫化工艺过程取决硫化介质，而硫化介质的
15、选取必须综合考虑两个方面的因素，一是对轮胎各项物理机械性能的保证，如抓着力,耐久性能和外观质量等;二是要求能在生产过程中降低成本，提高生产效率，减少能耗和环境污染11。1.3.3 轮胎硫化的步骤各轮胎公司采用的硫化步骤不尽相同，但主要由以下步骤组成：(1)通高温饱和蒸汽(2)充填水(看情况而定)(3)通过热水(4)热水回收(5)通冷却水(看情况而定)(6)主排(7)抽真空(8)开模第3步可采用3种方式:循环、半循环或不循环，需根据实际情况进行选取。第4步可采用两种方式:用高压蒸汽把胶囊中的过热水赶回除氧器或设置一热水回收罐。第6和7步可采用单路或双路。第8步的开模压力一般设置为0.03MPa。
16、全蒸汽硫化一般有两种方式:高温蒸汽进加热排或高温蒸汽进，然后主排，再排真空；高温蒸汽进加热排，然后低压蒸汽进，再主排，抽真空。其中热排是为了把胶囊中的冷凝水排出。充氮气硫化还需要增加两个步骤，即放气(排出胶囊下部的低温氮气)和查漏(关闭所有阀门，看内压有无下降，以观察有无阀门泄漏)。由于主排时间的长短直接影响到硫化效率，因此主排管径的设定和走向以及辅助措施(如安装排空管)对主排的效果至关重要。抽真空可采用蒸汽或动力水，只需将胶囊从胎里脱出并适当收缩，以便轮胎能轻松取出即可。若抽真空过度，胶囊会紧贴中心机构，上环下降时容易夹破胶囊（B型硫化机）。1.4 硫化过程的主要问题 目前，轮胎生产的硫化过
17、程面临着两个主要问题。（1）如何提高轮胎内部各点硫化程度的均匀性。由于橡胶是热的不良导体，硫化中，靠近热源的轮胎表面温度变化较快，而内部温度变化较慢，造成了轮胎内外硫化程度的不均匀。同时，轮胎内部各部分的组成材料是不同的。其中，胎冠是整个轮胎温度最高、厚度较大的部位，主要包括气密层、胎体和钢教带束层等儿个部分，各部分材料的物性差别很大；胎肩是轮胎中厚度最大的部位，其组成材料种类较多，传热过程很复杂，最容易“欠硫”胎侧是轮胎中最薄弱的部位，它最易“过硫”。（2）如何准确确定轮胎的硫化时间。硫化中，外界条件一般存在一定的波动，它对轮胎的硫化效应影响很大。常规硫化时间采用固定周期法，不考虑硫化过程边
18、界条件的波动情况，每个轮胎的硫化周期都是同一设定值，硫化时间整定按系统参数变化最坏的情况进行，采取“宁过勿欠”的方针，这必然导致多数情况下轮胎过硫，从而影响产品质量和硫化效率。 对于问题（1）通过国内外学者的大量研究，一般从两方面来解决，一方面通过制定新的材料配方，使硫化过程中轮胎内部各区域的温度上升速度基本一致；另一方面，通过在硫化前对轮胎进行预热，使硫化开始时，轮胎内部保持较高的温度，从而加快轮胎内部各点的硫化速度，以达到硫化程度的内外均4。 对于问题（2）需将固定周期修改为可变周期，每个轮胎的硫化时间需根据外界条件的波动而动态确定。第二章 系统的总设计及人机界面硫化是轮胎生产过程中的一个
19、重要环节。温度和压力是本轮胎硫化的两个重要因素。本系统上位机是组态画面，硫化过程中，上位机完成数据传递，绘制图形，数据存储，产量统计等功能。本系统采用接在一个计算机上的两台PLC 可独立的实现对两套硫化系统的控制。硫化中的温度数据有热电阻Pt100采集来后，经EM231转换，再送到CPU224。压力数据由扩散硅式压力变送器采集后，经EM235转换，送CPU224。2.1 系统总原理图图2.1 设计原理框图2.2 人机界面介绍2.2.1 人机界面概述 随着社会的进步，工业自动化技术迅猛发展，控制系统功能越来越强大，控制过程也变得越来越复杂，系统操作最大透明化已经成为一种需要。人机界面（HMI H
20、uman Machine Interface）以其美观易懂、操作人性化等显著特点，正好满足这种需求而得到广泛的应用。2.2.2 人机界面定义人机界面是指连接可编程控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。2.2.3 人机界面产品的组合及工作原理人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分
21、别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如组态王等）。用户必须先使用组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行18。2.2.4 人机界面产品的特点(1) 系统运行过程清晰化控制过程可以动态地显示在HMI设备上。例如：硫化罐加热、降压的通断可以通过指示灯亮灭来显示，硫化罐的温度、压力的大小可以用实时曲线来显示等等，使整个控制系统变得形象易懂，也更加清晰。(2) 系统操作简单化操作员可以通过监控界面来控制过程。可从监控界面上启
22、动和停止系统、设定温度上下限、设定时间、设置PID参数等。(3) 显示报警控制过程达到临界状态或系统运行错误时会自动触发报警，例如:当硫化罐温度超出温度上下限时自动触发报警。(4) 数据归档HMI系统可以记录过程变量值和报警信息并归档。例如：通过归档数据，您可以查看过去一段时间的系统运行情况，过程变量等。(5) 报表系统HMI系统可以输出报警和过程值报表。例如，您可以在生产某一轮班结束时打印输出生产数据。第三章 硬件配置3.1 设备生产线要求设备要满足硫化时间、温度、压力曲线，硫化曲线中各段时间及温度可调。数据与曲线可同时显示在上位机上，并可同时实现现场控制和远程控制。上位机采用组态王组态软件
23、制作并完成工艺监视界面、设定值输入、报表输出和趋势曲线显示。下位机则用了PLC S7-200实现对硫化温度、压力的自动化控制。整个硫化过程的数据以报表形式生成、存储。3.2 实验配置3.2.1 西门子 S7-200S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。本论文采用的是CUP224。它具有24个输入点和16个输出点23。S7-200系列的基本单元如表3.1所示。表3.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型 号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU221640S7-200CPU2
24、22862个扩展模块S7-200CPU22414107个扩展模块S7-200CPU224XP24167个扩展模块S7-200CPU22624167个扩展模块3.3 可编程控制器PLC概述 可编程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪七十至八十年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller），为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编
25、程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了1。自20世纪60年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用, 尤其近20年来计算机和信息技术的飞速发展,不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格, 使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步, 也使PLC的广泛应用成为可能。下面通过两组数据(引自工控网)说明PLC的应用现状。PLC 在冶金行业的市场将持续增加2003 年中国的工业出现了快速增长, 工业产值同比增长在12%以上, 而且中国的最大钢铁出口对象美国在2003 年下半年取消了钢铁附加税, 中国钢材对其出口也将迅速回升。这些有利因素刺激了中国冶金
26、行业的投资。据调查, 中国冶金行业对设备的投资同比增长接近50%。冶金设备的大量增长带动了PLC在该行业的增长, 2003年PLC 在冶金行业的市场达到216亿元, 2004 年有望达到3亿元10。3.3.1 PLC特点（1）实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。 基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。（2）高可靠性所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms。各模块均采用屏
27、蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的元器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、I/O模块冗余，使可靠性更进一步提高。（3）系统配置简单灵活 控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合3。3.4 PLC的结构从结构上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/0板、显示而
28、板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。3.4.1 CPU的构成 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后冉按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之
29、间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模14。3.4.2 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输
30、出部分(I/0)完成的。I/0模块集成了PLC的I/0电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块3。开关量是指只有开和关(或I和O)两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下: 开关量:按电压水平分，有220VAC, 110VAC, 24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量:按信号类型分，有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等，按精度分，
31、有12 bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制2。 3.4.3 电池模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有:交流电源( 220VAC或110VAC)，直流电源(常用的为24VDC)。 3.4.4 传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工
32、业测温，而且被制成标准的基准仪。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，大量 用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 单晶硅材料在受外力作用产生微小应变时（一般在400微应变），其内原子结构的
33、电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化（G因子突变）。用此材料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、扩散，沿单晶硅片上的特点晶向，制成应变电阻，构成惠斯凳电桥，利用硅材料的弹性力学特性，在同一切硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。给传感器匹配一放大电路及相关部件，使之输出一个标准信号，就组成了一台完整的变送器22。(1)热电阻模块EM231RTD传感器检测到温度转换成0-41mv的电压信号，系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里，我们选用
34、了西门子EM231 RTD模拟量输入模块。技术参数：表3.2 EN231RTD模拟量输入点4输入类型差分输入电压（单极性）电压（双极性）电流010V，15V5V,2.5V020mA模数转换时间小于250uS模拟量输入响应1.5ms共模抑制40dB，DC to 60Hz共模电压信号电压+共模电压（必须=12V）双极性，全量程范围-32000+32000单极性，全量程范围032000输入阻抗最大输入电压=10M30VDC最大输入电流32mA分辨率12位A/D转换器EM231接线模块用户可以直接将EM231 CN热电阻模块接到S7-200模块上，或者用户可用扩展接线方式。使用屏蔽线可达到最好的抗噪性
35、。如果用户使用屏蔽线，应将屏蔽接到信号连接器的1至4针接地点上。连接地点与电源连接器的3至7针共地。如果有的热电阻输入通道没有使用，用户应将一个电阻器与没用的通道输入相连，以防止由于浮地输入信号产生的误差，影响有效通道的错误显示。用户需将电源连到电源连接器的1和2针上。用户必须将电源连接器的3连到附近的机壳地。用户可用三种方式将热电阻模块与传感器相连。精度最高的是4线，精度最低的是2线，建议只有在用户应用中不在乎接线误差时才用2线。本设计选用的是4线。(2)压力采集模块EM235CN EM235具有四路模拟量输入和一路模拟量输出功耗2W，重量为186克。它的输入信号是不同量程的电压或电流。其电
36、压、电流的量程由开关设定。EM235有一路模拟量输出，其输出可以是电压，也可以是电流。LED指示灯亮表示无故障。灯灭表示无24VDC电源输入。对电源的要求，输入为+5VDC时，输入电流为3mA；当输入为+24VDC时，输入电流为60mA(输出20mA)。模数转换时间250us，输入阻抗大于等于10M ，最大输入电压30VDC，最大输入电流32mA。分辨率12位A/D转换器。输出信号范围，电压范围正负10V，电流输出0-20mA，稳定时间，电压输出l00us，电流输出2mA。EM235具有以下特点：(1)良好的适应性，可适用于较复杂的控制场合。(2)能直接与传感器、执行器相连，12位分辨率与多种
37、输入、输入范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，例如：EM235模块可直接与PT100热电阻相连。(3)灵活性，当实际变化时，PLC可以相应的进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。3.5 硬件电路 硬件电路由两部分组成，即数据采集部分和执行部分。数据采集部分是由传感器、信号调理模块和数据传输总线组成。传感器包括温度传感器铂热电阻传感器，压力传感器扩散硅式差压变送器。信号调理模块有热电阻调理模块和压力采集调理模块,数据传输总线为RS232，RS485串行通信总线。执行部分是由伺服放大器、手操器和电动执行机构组成。伺服放大器对S7-200PLC输出的微弱信号进行放大，手操器可以进行手自
38、动一切换，电动执行机构最终对控制阀动作。其中控制阀包括进气阀和排气阀。本设计一共设计九个采集点。八个温度采集点，一个压力采集点。其中温度采集选用的是八只铂热电阻，这样就需要有四个铂热电阻调理模块。每个铂热电阻模块有两个采集通道。温度采集与输出分别占用八个模拟采集通道和八个模拟输出通道；压力采集选用扩散硅式差压变送器，其采集输出的就是1-20mA的标准电信号。图3.1 CPU224图3.2 温度模块图3.3 压力模块 图3.4 硬件连线图3.6 伺服放大器DFC-11003.6.1 概述伺服放大器也叫伺服驱动器，是用来控制伺服电机的一种控制器。DFC-1100型系列伺服放大器是电动执行机构的配套
39、装置，也是工业工程控制自动调节系统的核心部件之一。它与电动执行机构配合，广泛用于电力、冶金、化工等工业过程自动化调节系统本伺服采用固态继电器做功率输出部件，体积小，耐振动，可靠性高，DFC-1200型产品还具有信号断失保护功能，可提高系统运行的安全性。3.6.2 主要技术参数1、 输入信号（1）DFC-110型：0-10mA DC（2）DFC-1100型：4-20mA DC（3）DFC-1200型：4-20mA DC（带断信号保护）2、 输入电阻（1）DFC-100型：200（2）DFC-1100型：250（3）DFC-2100型：2503、 死区可调节范围：1%-3%4、 额定负载电流：5A
40、(交流有效值)5、 断信号识别：2mA,DC(仅对DFC-1200)6、 工作电源：220V，50Hz7、 使用环境：温度：0-50 相对温度：0(且超过死区)时，伺服放大器有正向输出，当Ic-IfO(且超过死区)时，伺服放电器有反向输出，当Ic-If=0(或不超过死区)时，伺服放大器无输出。伺服放大器接线端子如下图:图3.5 DFC-110接线端子排列图3.7 手操器DFD-0500DFD-05型电动操作器是DDZ-II型电动单元组合仪表中的一个辅助单元。DFD-0500型电动操作器是DDZ-III型电动单元组合仪表中的一个辅助单元。DFD-05或DFD-0500适用于DDZ-II, DDZ
41、-III型变送器和调节器与电动执行器组成的自动调节系统中，应用DFD-05, DFD-0500可以使执行机构工作在自动调节、手动控制和就地操作三种工作状态。与PID调机器或PI调节器配合使用，可实现调节系统由“手动”到“自动”或由“自动”到“手动”的无干扰切换。操作器本身具有手动控制和自动调节工作状态的显示。1、 电流指示：DFD-05（0-10mA）,DFD-0500（4-20mA），指示表刻度误差正负2.5%。2、 输出跟踪电压：DFD-05 0-10VDC，DFD-0500 1-5VDC。3、 反馈回路电阻：200欧4、 供电电源：220V 50Hz5、 能对系统实现手动、自动无干扰切换
42、。6、 工作状态：转换开关触头额定电压为220V电流5A。7、 手动状态：操作开关触头额定电压 220V电流5A。8、 工作状态：（1） 环境温度（-10-40摄氏度） （2） 相对温度=80%（3） 周围腐蚀性气体及导电尘埃（4） 应用场所应无剧烈震荡和冲击3.8 电动执行机构DKZ5500M调节型电动执行机构主要由执行机构和位置定位器两大部分组成。在结构及安装方式上分为整体式和分立式。 整体式比例调节型:即执行机构与位置定位器GAMX-T组成一个整体，整机现场安装使用。 分立式比例调节型:实际是远控型机构与位置定位器分开安装，执行机构安装在现场，位置定位器则在室内或其它地方安装，远控型执行
43、机构也可单独使用。3.8.1 执行机构主要组成部件 执行机构主要有电动机、减速机、位置发送器等组成。 1、电动机:伺服电动机采用鼠笼式二相交流伺服电动机，由于转子电阻大，具有较大的宿动转矩和软的机械特性，伺服电动机内装有制动器，用来限制电动机在断电后转子和减速器的输出轴的惯性惰走及负载反作用力矩的影响，是减速器的输出轴准确地停在相应的位置上。 2、减速器:为使执行机构输出杆距有规定的输出推力及全行程时间配备了减速器装置，它是由机械传动和手动操纵机构组成。 二相伺服电动机通过涡轮副使滚珠螺母转动，因而螺杆产生轴向位移带动输出杆在导槽内上下移动。机架上装有限位块，可实现行程两端的机械限位。当进行就
44、地手操时，只需将手轮向外拉出，使Z1、 Z2脱开，以防止手轮转动。 3、位置发送器 (1)行程限制机构:行程限制机构借助于两个凸轮板，分别作用于正、反向的微动开关(如需用可增至四个开关)来控制执行机构的行程。 凸轮板装在一个凸轮机构中，由一套减速装置驱动。减速装置与减速器传动轴相连，通过调整凸轮板的位置可限定执行机构的行程。行程调整极为方便，只需用改锥先向下按动后再转动，是凸轮板转到所需限位位置即可。 (2)位置传感器:采用高精度、长寿命的导电塑料电位器作为位置传感元件。它与行程控制机构轴相连。其阻值1千欧姆，功率4W，线性精度0.2%，寿命可达5干万次。电位器的电阻变化值一般作为位置反馈信号
45、，也可作位置指示信号。 (3)电流变换器:分立式执行机构采用WF-02型位发模块，用以与导电塑料电位器等位置传感器组成高性能的位置发送器。该模块集电源变压器、直流稳压源、恒流源等于一体，用阻燃换氧灌封。较之普通位置发送器起防氧化、耐腐蚀，抗震动等性能大为提高。采用可调恒流恒压元器件作为功率输出，使之具有较好的温度和恒流性能，调零调满方便，且II ( 0-10mA) , III (4-20mA 。带负载能力为750 (4-20mA) , 1K(0-10mA)整体式执行机构中的电流变换器与位置定位器GAMX-T设计在一起，其电流输出只作位置指示信号。3.8.2 位置定位器位置定位器实质上是一个接受调节单元或计算机送来的模拟量信号与位置反馈信号综合比较后进行放大输出的一种多功能大功率放大器。它与执行机构相连，以控制执行机构按要求准确定位。 分立式位置定位器型号DFC-1100, DFC-1200,其中DFC-1200型具有信号断失保护功能。它是由输入隔离级、磁放大电路、功率输