基于PLC的多路温度控制系统的设计(48页).doc

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1、-基于PLC的多路温度控制系统的设计-第 37 页分类号 S624.4+4 单位代码 11395 密 级 学 号 1105230151 学生毕业设计（论文）题 目基于PLC的多路温度控制系统的设计作 者院 (系)能源工程学院专 业电气工程及其自动化 指导教师蒋晓雁答辩日期 2015年 5 月 23 日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过

2、的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘要随着科学技术的不断进步和社会飞速发展，温度成为了我们生活中不可替代的参数之一。温度的控制方法也开始多种多样，从而使温度控制更加智能化。系统以微处理器为核心，实现温度的自动调节。PLC本身优异的性能使得该系统经济、高效、稳定且维护方便，对现代温度控制有巨大的意义。本设计是基于西门子S7-200的多路温度控制系统。主要介绍了可编程控制器（PLC）及PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、产生、特点、基本结构、工作原理、硬件知

3、识及PLC控制系统等相关知识。系统以PLC控制为核心，用热电阻阻值的变化反映检测现场温度的变化，通过EM 235将温度相对于热电阻电阻值的变化转变为电流或电压的变化，再将电压或电流信号送给PLC进行可编程控制，通过外围设备实施对检测温度的反馈控制。关键词：PLC； S7-200； 温度控制；EM 235；The Design of the Multi-channel TemperatureControl System Based on PLCABSTRACTAlong with the constant progress of science and technology and the so

4、cial rapid development, the temperature is one of the irreplaceable parameters in our life. The methods of temperature control become varied gradually and more smarter. This system is based on PLC to realize the automatic adjustment. The superior performance of PLC makes the system economic, efficie

5、nt, stable and convenient. It is great significance to modern temperature control.This design is based on Siemens S7-200 multi-multichannel temperature control system. Mainly introduced the programmable controller (PLC) and the basic knowledge of PLC control system, including the definition, formati

6、on, characteristics of PLC, basic structure, working principle, hardware and PLC control system and other related knowledge. In the PLC control as the core, with thermal resistance tolerance changes reflect the change of temperature detection field, through the EM 235 temperature resistance value re

7、lative to the thermal resistance changes into the change of the current or voltage, then the current or voltage signal to the PLC programmable control, through peripheral equipment to detect temperature feedback control. Keywords: PLC; S7-200; temperature control; EM 235 目录摘要IABSTRACTII1 引言11.1课题研究意

8、义11.2 课题研究背景11.3 国内外发展状况21.4 设计内容及目的22 PLC基础52.1 PLC（可编程控制器）基础52.1.1 PLC的概述52.1.2 PLC的定义52.1.3 PLC控制系统的特点52.1.4 PLC的主要组成62.1.5 PLC的工作方式72.2 PLC的种类及型号的确定82.2.1 PLC的种类82.2.2 PLC型号的选择92.2.3 西门子S7-200系列PLC简介92.3 PLC控制系统设计的基本原则和步骤102.3.1 PLC控制系统设计的基本原则102.3.2 PLC程序设计的一般步骤103 硬件设备的介绍和选型133.1 传感技术133.2 热电阻

9、133.2.1 热电阻测温原理133.2.2 热电阻的种类133.2.3 热电阻测温系统的组成143.2.4 两种常见的热电阻143.3 热电偶143.3.1 热电偶的特点153.3.2 热电偶测温基本原理153.3.3 热电偶的结构形式153.3.4 热电偶的主要型号153.4 温度测量传感器型号确定173.5 EM 235模拟量输入输出模块173.6 可控硅加热装置183.7 PLC系统接线图184 PLC控制系统及软件的设计214.1 PLC控制器的设计214.1.1控制系统数学模型的建立214.2 PID控制及参数整定214.3 编程软件STEP7-Micro/WIN 概述244.3.

10、1 STEP7-Micro/WIN 简单介绍244.3.2 计算机与PLC的通信244.4 程序设计254.4.1 程序设计思路254.4.2 PID指令向导254.4.3 控制程序及分析304.4.4 系统仿真355 组态编程395.1 组态变量的建立及设备连接395.1.1 新建项目395.2 创建组态画面425.2.1 新建主画面425.2.2 新建PID参数设定窗口435.2.3 新建数据表库435.2.4 新建实时曲线445.2.5 新建历史曲线445.2.6 新建报警窗口456 系统检测476.1 启动组态王476.2 实时曲线观察476.3 分析历史趋势曲线486.4 查看数据报

11、表506.5 系统稳定性测试51结论53致谢55参考文献571 引言1.1 课题研究意义温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标温度是十分重要的，近年来，温度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温度的测控芯片也相应的登上历史舞台，在工业、农业等各领域中广泛使用。1.2 课题研究背景随着电子技术的高速发展,超大规模集成电路的广泛应用以及制造工艺的进一步提高，PLC被广泛应用于国防、科技、工农业等领域。而温度又是工业对象中主要的被控参数之一，在各个企业中被广泛应用。伴随着技术的与日俱增，各行各业对温度控制系统的要求也在不

12、断提高,已达到设备与环境、生产流程的安全要求。智能多路温度控制系统是解决多点温度控制问题的不可缺少的设备。它综合采用自动控制原理、温度传感器原理、模拟电子技术、数字控制技术和组态软件等，满足并解决现实生活中的多路温度控制要求，同时有效地减小误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。从日常生活角度，空调、电冰箱、微波炉、烤箱等家用电器的温度参数控制都给生活提供了很大便利，满足了对于温度的需求；从工农业角度，现代温室大棚、工业恒温控制箱等均对温度参数的要求至关重要，因此对温度的精确测量及精确控制是使得国防、生产的重要先决条件。可编程控制器（PLC）是一种工业控制计算机，是继承计算机

13、、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。本设计正是基于此，针对各种公共场合，达到对温度的良好控制，从实用的角度出发，以PLC为核心，组成一个集温度的采集、处理、控制、监测为一身的闭环控制系统。该系统运行情况良好且经济可靠，能利用最少的资源对不同温度进行高精度的测量，信息性能可靠、操作便利。多路温度控制系统的广泛应用，已大大降低了劳动成本，提高劳动效率，简化了设计，优化了产品质量与性能。而采用PLC设计的多路温度控制系统，可进行温度检测、温度监测、温度

14、控制，对于提高生产效率、节约能源、资源都有着非常重要的作用1。 1.3 国内外发展状况在我国以信息化技术带动现代生产力发展的今天，工业温度控制的技术正在不断提高，使温度控制技术得到了前所未有的迅猛发展。目前世界各国使用较多的有基于PLC的温度控制系统，基于单片机的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），基于工控机（IPC）的温度控制系统，现场总线控制系统（FCS）等。在温度测控系统研究方面，国外起步较早，始于20世纪70年代。采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行记录、指示与温度控制，80年代末出现了分布式控制系统。随着技术的进步，目前正在开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制

15、系统。目前世界各国的温度控制技术发展迅速，一些国家在目前已实现自动化的基础上正朝着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度控制技术起步较晚，始于20世纪80年代。目前，国内在温室自动控制方面的研究已经实现一些成绩，并能够综合控制在一定面积内的各种环境因子。我国的工程技术人员在吸取了国外温度控制技术的基础上，探索了室内温度微机控制技术。我国温度测控技术涉及计算机应用，在总体上正在消化吸收、从简单应用阶段向实用化、综合型应用阶段过渡和发展2。在国内，随着现代科技的发展，电子计算机已经用于控制温度。控制系统由中央控制装置、传感器、终端控制设备等组成。先编制出最适合环境条件的程序表，存储于计算机的记

16、忆装置中，电子计算机根据程序表进行确认、修正参数，并将指令发送给终端控制系统。终端控制设备向中央控制装置发送检测信息，根据中央控制装置的指令控制输出信号，从而使电器机械设备执行动作，实现锅炉温度的调节。该系统可自动控制加热、降温、通风。1.4 设计内容及目的本课题是设计一个以PLC CPU 226为核心的温度控制系统，PT100型热电阻将检测到的实际锅炉水温转化为电流信号，经过EM 235模拟量输入输出模块转化成数字信号并送到PLC的寄存器中进行PID调节，PID控制器输出转化为010mA的电流信号输入控制可控硅电压调整器或触发板改变可控硅管导通角的大小来调节输出功率，从而调节电热丝的加热。P

17、LC和组态王连接，实现了系统的实时监控。本设计的主要内容分为两部分：硬件部分和软件部分。（1）硬件部分为热电阻型号的选择、PLC的选择。本课题PLC采用西门子S7-200系列PLC，EM 235模拟量输入输出模块、可控硅加热装置及组态软件来实现运行、加热、停止等功能。（2）软件部分则是对梯形图代码的编程，开环系统的仿真、以及使用组态王对系统进行实时温度监控的过程。整体设计方案如图1-1:西门子EM 235模块温度条件温度测量传感器外围设备对温度条件进行反馈控制西门子EM 235模块组态软件PLC图1-1 控制系统框图2 PLC基础2.1 PLC（可编程控制器）基础2.1.1 PLC的概述PLC

18、是英文Programmable Logic Controller的缩写，意为可编程序逻辑控制器。世界上第一台PLC于1969年由美国数字设备公司（DEC）研制成功，随着技术的发展，PLC的功能大大增强，不仅仅限于逻辑控制，因此美国电气制造协会（NEMA）于1980年对它重命名，称为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC，但由于PC容易与个人计算机（Personal Computer，PC）混淆，故人们仍习惯将PLC当做可编程控制器的缩写3。2.1.2 PLC的定义由于可编程序控制器一直在发展中，至今尚未对其下最后的定义。目前，国际电工委员会（IEC）对PLC

19、最新定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用而设计的工业控制器。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。可编程序及相关设备都应按照易于与工业控制系统集成、易于扩展其功能的原则设计3。2.1.3 PLC控制系统的特点现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。它主要有以下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强为了适应工业应用要求，PLC从硬件和软件方面采用了大量的技术措施，以便能在恶劣环境下长时间可靠运行，现在大多数PLC的平均无故障运行时

20、间可达几十万小时。（2）通用性强，控制程序可变，使用方便PLC可利用齐全的各种硬件装置来组成各种控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，无需大量改变PLC的硬件设备，只需要改程序就可以满足要求。（3）功能强，适应范围广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入/输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能，既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。（4）编程简单，易学易用目前大多数PLC采用梯形图编程方式，梯形图语言的编程与编程符号和表达方式与继电器控制电路原理图非常接近

21、，这样使大多数工厂企业电气技术人员非常容易接受和掌握4。（5）系统设计，调试和维修方便PLC用软件来取代继电气控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计安装接线工作量大为减少。另外，PLC的用户程序可以通过计算机在实验室仿真调试，减少了现场的调试工作量。此外，由于PLC结构模块化及很强的自我诊断能力，维修也极为方便。由于PLC的技术指标是由使用者提出的，因此它在工业中的应用具有其他工业控制设备难以兼具的独一无二的特性，是最贴切工业生产需求的控制装置。2.1.4 PLC的主要组成（1）中央处理单元CPUCPU又称为中央处理器，它是PLC的控制中心，它通过总线（包括数据总

22、线、地址总线和控制总线）与存储器和各种接口连接，以控制他们有条不紊地工作。CPU的性能对PLC工作速度和效率有很大的影响，故大型PLC通常采用高性能的CPU。CPU的主要功能如下：a. 接收通信接口送来的程序和信息，并将他们存入存储器。b. 采用循环检测（即扫描检测）方式不断检测输入接口送来的状态信息，以判断输入设备的输入状态。c. 逐条运行存储器中的程序，并进行各种运算，再将运算结果存储下来，然后通过输出接口输出，以对输出设备进行有关的控制。d. 监测和诊断内部各电路的工作状态。（2）存储器、存储空间的分配存储器的功能是存储程序和数据。PLC通常配有ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）

23、两种存储器，ROM用来存储系统程序，RAM用来存储用户程序和程序运行时产生的数据。（3）输入/输出接口输入/输出接口又称为I/O接口或I/O模块，是PLC与外围设备之间的连接部件。PLC通过输入接口检测输入设备的状态，以此作为对输出设备控制的依据，同时PLC又通过输出接口对输出设备进行控制。PLC的I/O接口能接受的输入和输出信号的个数成为PLC的I/O点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。 a. 输入接口PLC的输入接口分为数字量输入接口和模拟量输入接口，数字量输入接口用于接收“1、0”数字信号或开关通断信号，又称为开关量输入接口；模拟量输入接口用于接收模拟量信号。b. 输出接口PLC

24、的输出接口也分为数字量输出接口和模拟量输出接口。模拟量输出接口通常采用D-A转换电路，将数字量转换成模拟量。（4）通信接口PLC配有通信接口，PLC可通过通信接口与编程器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。（5）扩展接口为了提升PLC的性能，增强PLC的控制功能，可以通过扩展接口给PLC增接一些专用模拟模块。（6）电源PLC一般采用开关电源供电，与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。PLC的电源对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。有些PLC还可以通过端子往外提供直流24V稳压电源5。2.1.5 PLC的工作方式PLC是一种由程序控

25、制运行的设备，其工作方式与微型计算机不同，微型计算机运行到结束指令时，程序运行结束。PLC运行程序时，会按顺序依次逐条执行存储器中的程序指令，当执行完最后的指令后，并不会马上停止，而是又重新开始再次执行存储器中的程序，如此周而复始，PLC的这种工作方式称为循环扫描方式。2.2 PLC的种类及型号的确定2.2.1 PLC的种类目前PLC的主要品牌有：美国AB，ABB，松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士等。下面对三菱、西门子、欧姆龙及松下PLC做一简单介绍：（1）三菱FX系列PLC简介及型号说明：三菱FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F

26、2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。他们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。（2）西门子PLC的特点及历史德国西门子（SIEMENS）公司的PLC在我国的应用也很广泛，在印刷生产线、化工、冶金等诸多领域都有广泛应用。西门子公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200等。S7系列PLC体积小、速度快、具有网络通信能力，功能性强，可靠性高等优势。

27、S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。西门子SIMATIC系列PLC，诞生于1958年，经历了C3,S3,S5,S7系列，已成为应用非常广泛的可编程控制器。a. 西门子公司的产品最早是1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际上是带有简单操作接口的二进制控制器。b. 1979年，S3系统被SIMATIC S5所取代，该系统广泛地使用了微处理器。c. 20世纪80年代初，S5系统进一步升级U系列PLC，较常用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U。d. 1994

28、年4月，S7系列诞生，它具有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，其机型为：S7-200、300、400。e. 1996年，在过程控制领域中，西门子公司又提出PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网络）及控调技术融为一体。f. 西门子公司提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自动化系统，将PLC技术溶于全部自动化领域。由最初发展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市场，停止生产，

29、而S7系列PLC发展成为了西门子自动化系统的控制核心，而TDC系统沿用SIMADYN D技术内核，是对S7系列产品的进一步升级，它是西门子自动化系统最尖端，功能最强的可编程控制器。（3）欧姆龙PLC简介欧姆龙PLC是一种功能完善的紧凑型PLC，能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以Windows环境下高效的软件开发能力。欧姆龙PLC也能用于包装系统，并支持 HACCP（寄生脉冲分析关键控制点）过程处理标准。（4）松下PLC FP1产品规格及性能介绍FP1是日本松下电工生产的小型PLC，该产品有C14、C16、C24

30、、C40、C56、C72多种规格，形成系列化。虽然是小型机，但其性价比却很高，特别适合于中小企业。2.2.2 PLC型号的选择鉴于上述对各型号PLC的简要介绍以及对本系统要求的分析，本次设计的控制系统需要继电器型的PLC，我选择了德国西门子S7-200系列PLC，CPU选用CPU 226 AC/DC/继电器。S7-200系列PLC是西门子公司新推出的一种小型PLC。它以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已成为当代各种小型控制工程的理想控制器。无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。S7-200 PLC包含了一个单独的CPU和

31、各种可选的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点上到几百点。S7-200 PLC可以方便地组成微机-PLC网络和PLC-PLC网络，从而完成更大规模的工程。S7-200的编程软件STEP7-Micro/WIN32可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC的编程更加简洁、容易。可以说，S7-200可以完成各种小规模控制系统的要求。2.2.3 西门子S7-200系列PLC简介S7-200系列是S7系列中的小型PLC，常用在小型自动化设备中。根据使用的CPU模块不同，S7-200系列PLC可分为CPU221、CPU222、CPU224、CPU22

32、6等类型，除CPU221无法扩展外，其他类型都可以通过增加扩展模块来增加功能。各规范见下表：表2.1 S7-200系列PLC的技术规范技术规范CPU221CPU222CPU224CPU 224XCPU226集成的数字量输入/输出6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出24入/16出可连接的扩展模块数量，最大不可扩展2个7个7个7个最大可扩展的数字量输入/输出不可扩展78点168点168点248点最大可扩展的模拟量输入/输出不可扩展10点35点38点35点用户程序区4KB4KB8KB12KB16KB数据存储区2KB2KB8KB10KB10KB本论文采用的是CUP226。它具有24输入/1

33、6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。26K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。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端子排亦可容易地整体拆卸，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功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。2.3 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 2.3.1 PLC控制系统设计的基本原则（1）充分发挥PLC功能，最大限度

34、地满足被控对象的控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。（3）保证控制系统安全可靠。（4）应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充6。 2.3.2 PLC程序设计的一般步骤（1）绘制系统的功能图。（2）设计梯形图程序。（3）根据梯形图编写指令表程序。（4）对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能10。PLC控制系统的设计步骤如图2-1：图2-1 PLC控制系统的设计步骤3 硬件设备的介绍和选型3.1 传感技术

35、要想对温度测量传感器进行恰当的选型，首先对传感技术进行简要介绍。传感技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础技术。中华人名共和国国家标准GB7665-1987对传感器（transducer/sensor）的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件或响应的被测量转换成适于传感器或被测量的电信号部分”。对生产过程的监控首先离不开采集设备工作信息，因此选用合适的传感器至关重要，如果把计算机看作是自动化系统的“大脑”，信道看作是“神经网络”的话，那么传

36、感器就是自动化系统的“五官”。无法对现场数据进行准确、可靠、实时测量，监控也就无从谈起了。3.2 热电阻3.2.1 热电阻测温原理热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大部分由纯金属材料制成，应用最多的是铂和铜，而现在也逐渐开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。3.2.2 热电阻的种类热电阻有精通型、铠装热电阻、端面热电阻、隔爆型热电阻等类型，下面对这四种做一简单介绍：（1）精通型热电阻从热电阻的测温原理可知，热电阻阻值的变化值直接反应被测量温度的变化，因此，热电阻的引线等各种导线的电阻会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线

37、制。（2）铠装热电阻铠装热电阻是一种温度传感器，利用物质在温度变化时，其电阻值也变化这一原理来测量温度。当阻值发生变化时，工作仪表便显示出与阻值相对应的温度值。它比装配式铂电阻直径小，且易弯曲，适宜安装在要求快速反应、管道狭窄和微型化等特殊场合。并可对-200600温度范围内的固体、液体和气体进行自动检测，并且可直接用铜导线和二次仪表相连接使用，又由于它具有良好的电输出特性，可为调节器、记录仪、扫描器、显示仪、电脑以及数据记录仪提供精确的输入值。（3）端面热电阻端面热电阻的感温元件由特殊的电阻丝材缠绕制成，紧贴于温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能够快速和正确地反映被测端面的实际温度，适用于

38、测量机件的端面温度。（4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，在其内部充入爆炸性混合气体，使受到火花或电弧等因素影响而发生的爆炸局限在接线盒内。隔爆型热电阻可用于BlaB3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。3.2.3 热电阻测温系统的组成热电阻测温系统一般由连接导线、热电阻和显示仪表等组成。必须注意以下两点：（1）热电阻和显示仪表的分度号必须一致；（2）为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。3.2.4 两种常见的热电阻（1）PT100型热电阻（铂电阻）PT100型热电阻的温度范围为 -200850，金属铂材料的优点是化学稳定性好、能耐高温，容易制得纯铂，又因其电阻率大

39、，可用较少材料制成电阻，此外其测温范围大。但其缺点：在还原介质中，特别是在高温下很容易被从氧化物中还原出来的蒸汽所玷污，使铂丝变脆，并改变电阻与温度之间的关系。（2）CU50型热电阻（铜电阻）CU50型热电阻温度范围为 -50150，铜热电阻的价格便宜，线性度好，工业上在-50+150范围内使用较多。铜热电阻怕潮湿，易被腐蚀，熔点亦低。3.3 热电偶3.3.1 热电偶的特点热电偶是工业最常用的温度检测元件之一，其优点：（1）测量精度高。热电偶直接与被测对象接触，不易受中间介质的影响。（2）测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最

40、高可达到+2800。其构造简单、使用方便。3.3.2 热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，使其构成一个闭合回路。当导体A和B的两个连接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热点效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。3.3.3 热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：（1）热电偶的两个热电极必须焊接牢固；（2）两个热电极之间应很好地绝缘，防止短路；（3）补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；（4）保护套管应保证热电极与有害介质之间充分隔离。3.3.4 热电偶的主要型号（1）K型热电偶镍铬（

41、镍硅（镍铝）热电偶）K型热电偶其抗氧化性较强，可测量01300的介质温度，适宜在氧化性气体和惰性气体中使用，短期使用温度为1200，长期使用温度为1000，其热电势与温度的关系近似成线性，是目前使用量最大的热电偶。然而，它不适宜在真空、含硫、碳及氧化还原交替的环境下裸丝使用；当氧分压较低时，镍铬极中的铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响较小，因此，多采用金属制保护管。（2）S型热电偶（铂铑10铂热电偶）该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂，其特点是：a. 热电性稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气体中连续使用，长期使用温度最高可达1400；b. 精度高，在所有热电偶

42、中准确度等级最高，通常用作标准或测量较高温c. 使用范围较广，互换性及均匀性好；d. 微分热电势较小，因而灵敏度较低；e. 价格较贵且机械强度低，不适宜在还原性气体或含有金属蒸汽的条件下使用。（3）E型热电偶（镍铬铜镍（康铜）热电偶）E型热电偶为一种较新产品，正极为镍铬合金，负极为铜镍合金（康铜）。其最大特点是在常用的热电偶中热电势最大，即灵敏度最高；它虽然没有K型热电偶应用广泛，但在要求灵敏度高、热导率低、可容许大电阻的条件下，常常被选用；使用中的限制条件与型相同，但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。（4）N型热电偶（镍铬硅镍硅热电偶）该热电偶的主要特点：在1300以下抗氧化能力强，短期热

43、循环复现性及长期稳定性好，耐核辐射、耐低温。在4001300范围内，型热电偶的热电特性的线性比K型偶要好；但在-200400范围内的非线性误差较大。同时，材料较硬难于加工。（5）J型热电偶（铁康铜热电偶）该热电偶的正极为纯铁，负极为康铜（铜镍合金），其特点是价格低廉,适用于真空或惰性气氛中，温度范围-200800。但常用温度只在500以下，因为超过这个温度后，铁热电极的氧化速率会加快。该热电偶能耐氢气及一氧化碳的腐蚀，但不能在500以上含硫的气氛中使用。（6）T型热电偶（铜铜镍热电偶）该热电偶的正极为纯铜，负极为铜镍合金（康铜），其特点是：价格便宜，且在贱金属热电偶中，它的准确性最高、热电极的

44、均匀性好，温度范围-200350。因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故不能在超过300的氧化性气氛中使用，在-200300范围内，其灵敏度比较高。（7）R型热电偶（铂铑13铂热电偶）该热电偶的正极为含13%的铂铑合金，负极为纯铂，同S 型热电偶相比，它的电势率大约在15%左右，其它性能几乎相同，这种热电偶在日本作为高温热电偶用得最多，而在中国，则用得较少。3.4 温度测量传感器型号确定综合上述所列工作条件、热电阻与热电偶的优缺点对比，并考虑到本课题所研究的控制对象锅炉的温度（空气湿度较高）。我选择了PT100型热电阻。铂电阻精度高，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小。热电阻和

45、热电偶相比，热电偶需要补偿导线但热电阻不需要，热电偶冷端容易受到周围环境温度变化的影响，而这一因素对热电阻来说是不存在的，而且热电阻比热电偶价格低。又因为金属铂材料化学稳定性好、耐高温，容易制得纯铂，其电阻率(mm2/m)大，可用较少材料制成电阻。3.5 EM 235模拟量输入输出模块EM 235模块是组合了强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ST）单片集成变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC420mA（通过250电阻转换DC 15V或通过500电阻 转换DC210V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示

46、仪表）。CPU通过此模块可以采集于本模块相连接现场的模拟信号，比如：电阻值、压力、流量等。可接受电流、电压信号，也可连接两线制变送器。EM 235有4路模拟量输入通道，同时还包括一路模拟量输出通道，输出电压、电流信号用于连续的控制。简易的原理：电阻值-mA/mV/V-调理-隔离-模拟数字转换（ADC）-CPU读取（数字量）-CPU输出信号（数字量）-数字模拟转换（DAC）-mA/V输出（模拟量）表3.1所示为如何选择单/双极性（开关6）、增益（开关4和5）和衰减（开关1、2和3）。下表中，ON为接通，OFF为断开。表3.1 EM 235模拟量输入范围和分辨率的开关表单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mV12.5VOFFONOFFONOF