可乐原液稀释控制系统毕业论文.doc

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 摘 要可乐原液稀释控制系统的工艺是用一定的热水去稀释可乐原液，使混合液达到一定的温度，以满足后续发酵工艺的要求。本课题主要针对可乐原液稀释控制系统，提出了基于pid调节的plc控制系统，并用触摸屏显示混合液的实测温度，流量和电动控制阀门开度。本系统是一个带负反馈的闭环系统，pid控制的输入是被测温度和设定温度的偏差，温度传感器将测得的温度经过a/d模块送给plc处理，pid控制的输出经过d/a模块后送给电动控制阀作为其输入信号，来改变阀的开度，通过改变阀的开度来改变热水的流量，从而改变混合液的温度，直到达到设定温度。然后利用触摸屏来显示混合液的实测温度，流量以及电动控制阀的开度。本课题的重点是实现对可乐混合液的温度控制，其采用的是pid调节控制温度。先确定一个和系统相近的控制系统，并且在matlab的smulink环境仿真，用临界振荡法求得该系统的pid各调节参数，再根据系统响应不断调节pid的控制参数，直到得到一组合适的调节时间和超调量。将这组pid的控制参数应用到不同的控制系统下，去检验这组控制参数的通用性。通用性良好则采用这组参数作为本系统的pid控制参数。关键词：plc；a/d；d/a； pid调节；温度控制；触摸屏；abstractsome hot water is to used to dilute the cola liquid in the technology of coke liquid dilution control system , so that the mixture reaches a certain temperature in order to meet the requirements of the follow-up fermentation technology. the issue is focused on coke liquid dilution control system,and the plc control system which is based on pid regulation is proposed ,using touch screen displayed the measured temperature,flow of the mixture, and electric control valve opening . this system is a closed-loop system with negative feedback, pid control input is the deviation of the measured temperature and set temperature , the temperature sensor sends the measured temperature through the a / d modules to give pl processing c, pid control output through the d / a module to give electric control valve as its input signal, to change the valve opening, by changing the valve opening to change the water flow, thus changing the temperature of the mixture, until reaching the set temperature. then using the touch screen to display the measured temperature ,flow of the mixture, and electric control valve opening. the focus of this issue is to realize the temperature control of the cola mixture ,and using the pid regulation to control temperature. first to identify a similar control system, and simulate in matlabs smulink environment, obtained the pid adjustment parameters by critical oscillation, and then continuously adjust the the control parameters of pid , until get a suitable settling time and overshoot. then this group of pid control parameters applied to different control systems, to examine this set of control parameterss versatility. if the universal is good, then use this set of parameters as the pid control parameters of the system. keywords:：plc；a/d；d/a；temperature control；pid regulation ；touch screen； 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 ii 目录1 引言11.1 本课题研究的背景11.2温度控制系统的发展状况11.3 本课题研究的内容和目标31.3.1研究内容31.3.2研究目标32 可乐原液稀释控制系统的简介及控制方案的分析42.1 可乐原液稀释控制系统的简介42.2 控制方案要求52.2 控制系统的方案论证与选择52.3 系统方案63 系统控制模块的硬件设计73.1 主控模块的选取73.1.1 fx2n系列产品的描述73.2 特殊功能模块fx2n-4a/d的选取83.2.1 fx2n-4ad的技术指标83.2.2 fx2n-4ad的缓冲寄存器bfm83.3特殊功能模块fx2n-4da的选取93.2.1 fx2n-4da的技术指标93.2.2 fx2n-4da的缓冲寄存器bfm93.4 触摸屏的选取103.4.1触摸屏的选取103.5 温度传感器的选取113.6 流量变送器的选择123.7 电动调节阀的选择143.8电磁的选择153.9 按钮开关的选择173.10 指示灯的选择174软件设计电路184.1 系统描述184.1.1 系统的编程语言的描述184.1.1 系统的i/o地址表184.2 程序流程图描述194.3 各种数据转换关系214.3.1测量温度与plc内部可识别数据之间的转换关系214.3.2测量流量与plc内部可识别数据之间的转换关系224.3.3电动控制阀的开度与plc内部可识别数据之间的转换关系234.4 pid控制参数的确定244.41 pid控制算法描述244.4.2pid控制参数的确定254.5 系统干扰的处理304.6 plc控制系统中的各pid参数的确定304.7 系统软件程序315 系统调试运行及问题分析325.1触摸屏模块的设计325.1.1主控画面325.1.2 自动画面335.1.3 手动画面335.2梯形图的仿真345.3系统仿真346 结论36谢 辞37参考文献38附录一：电气安装图39附录二：梯形图40附录二：程序指令图44 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第46页 共46页 1 引言1.1 本课题研究的背景本课题主要针对可乐原液稀释控制系统，提出了基于pid调节的plc控制系统，并用触摸屏显示混合液的实测温度，流量和电动控制阀门开度。本课题的重点是实现对可乐混合液的温度控制。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。在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。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。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（plc）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，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。 目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（dcs）。但就其控制策略而言，占统治地位的 仍然是常规的pid控制。pid结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。pid的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。触摸屏作为人机界面（hmi）是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与plc相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在触摸屏上的操作元件上进行。plc可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ascii字符等方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。1.2温度控制系统的发展状况温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动 来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得 到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于plc 的温度控制系统，基于工控机（ipc）的温度控制系统，集散型温度控制系统（dcs），现场总线控制系统（fcs）等。 单片机的发展历史虽不长，但它凭着体积小，成本低，功能强大和可靠性高等特点，已经在许多领域得到了广泛的应用。单片机已经由开始的4位机发展到32位机，其性能进一步得到改善。基于单片机的温度控制系统运行稳定，工作精度高。但相对其他温度系统而言，单片机响应速度慢、中断源少，不利于在复杂的，高要求的系统中使用。 plc是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。plc可靠性高、抗干扰能力强、编程简单，易于被工程人员掌握和使用，目前在工业领域上被广泛应用。相对于 ipc，dcs，fsc等系统而言，plc是具有成本上的优势。因此，plc占领着很大的市场份额，其前景也很有前途。 工控机（ipc）即工业用个人计算机。ipc的性能可靠、软件丰富、价格低廉，应用日趋广泛。它能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘，防电 磁辐射。过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控，一般较难达到满意的结果，原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统。影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的pid为基础的常规仪表控制，已很难达到最佳状态。而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离pid，选择性pid。 参数自整定等各种灵活算法，以及“模糊判断”功能，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的。在工业锅炉温度检测控制系统中采用控机工可大大改善了对 锅炉的监控品质，提高了平均热效率。但如果单独采用工控机作为控制系统，又有易干扰和可靠性差的缺点。 集散型温度控制系统（dcs）是一种功能上分散，管理上集中上集中的新型控制系统。与常规仪表相比具有丰富的监控、协调管理功能等特点。dcs的关键是通 信。也可以说数据公路是分散控制系统dcs的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全 性。基本dcs的温度控制系统提供了生产的自动化水平和管理水平，能减少操作人员的劳动强度，有助于提高系统的效率。但dcs在设备配置上要求网 络、控制器、电源甚至模件等都为冗余结构，支持无扰切换和带电插拔，由于设计上的高要求，导致dcs成本太高。 现场总线控制系统（fcs）综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段的系统。其优势在于网络化、分散化控制。基 于总线控制系统（fcs）的温度控制系统具有高精度，高智能，便于管理等特点，fcs系统由于信息处理现场化，能直接执行传感、控制、报警和计算功能。而且它可以对现场装置(含变送器、执行器等)进行远程诊断、维护和组态，这是其他系统无法达到的。但是，fcs还没有完全成熟，它才刚刚进入实用化的 现阶段，另一方面，目前现场总线的国际标准共有12种之多，这给fsc的广泛应用添加了很大的阻力。 各种温度系统都有自己的优缺点，用户需要根据实际需要选择系统配置，当然，在实际运用中，为了达到更好的控制系统，可以采取多个系统的集成，做到互补长短。 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。 成熟产品主要以“点位”控制及常规的pid控制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞 后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。1.3 本课题研究的内容和目标1.3.1研究内容本论文主要是利用plc fx2n-64mr基本模块、a/d模块、d/a模块, 采用pid控制技术做一个温度控制系统，并且用matlab软件实现仿真。具体有以下几方面的内容：第一章，对plc系统应用的背景进行了阐述，并介绍当前温度控制系统的发展状况。第二章，对可乐原液稀释控制进行简单介绍，提出控制方案并进行分析。第三章，介绍了控制系统设计所采用的硬件连接、以及器件的选取。第四章，介绍了本论文设计程序的设计思想和步骤，以及其中用到的一些算法技巧和思想，包括pid控制、pid在plc中的使用方法以及pid的参数整定方法。 第五章，系统调试运行及运行分析。第六章，总结。1.3.2研究目标本研究的目标是在可乐原液稀释控制系统中通过plc的程序设定、运用pid调节实现对混合液的温度控制，利用触摸屏实现对混合液的实际温度和流量、阀门开度的显示；通过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。2 可乐原液稀释控制系统的简介及控制方案的分析2.1 可乐原液稀释控制系统的简介热水热水阀电动控制阀热水可乐原液原液阀混合液温度传感器流量传感器（电磁阀2）（电磁阀1）图2-1可乐原液稀释控制系统装置示意图如上图2-1所示为可乐原液稀释控制系统装置示意图。该系统主要是在可乐原液中掺入一定流量的热水，使混合液能够达到要求的温度，以满足后续发酵工艺的要求。热水的流量是通过电气调节阀的开度来改变的。根据温度传感器检测到的混合液的实际温度和系统要求温度的温度差，通过控制器来改变调节阀的开度即改变热水的流量，温度差大，则调节阀的开度大，温度差小，则调节阀的开度小，这样直到混合液的温度达到要求的温度。已知热水管道的口径为100mm，原液管道的口径为150mm。热水的最大供应流量为120 m3/h，原液的最大供应流量为180 m3/h。2.2 控制方案要求设计可乐原液稀释控制系统时，有如下要求：a. 能按可乐原液稀释控制系统的工艺要求，实现对混合液温度的自动控制；b. 应包括自动程序和手动程序；c. 用matlab软件对控制系统进行仿真。2.2 控制系统的方案论证与选择（1）方案一：利用基于plc的pid调节来实现对可乐混合液的温度控制。本方案是通过温度传感器检测到混合液的温度，然后经过a/d转换，将检测到的模拟信号转换为plc可以识别的数字信号，然后通过将测得温度信号和系统要求的温度比较，得到温度差，将温度差作为pid调节的输入信号，将经pid调节后输出的数字信号经d/a转换后得到的模拟信号传给电器调节阀，通过改变阀的开度来改变热水的流量，从而改变混合液的温度使之达到要求。优点：pid控制简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。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。（2）方案二：利用基于plc的比例调节来实现对可乐混合液的温度控制。同方案一相比，本方案基本相同，只是在采用p调节来是对可乐混合液的温度控制。特点：控制及时，反应灵敏，偏差越大，控制力度大但是控制结果仍存在余差，精确度不高。（3）方案三 利用基于plc的比例积分调节来实现对可乐混合液的温度控制。同方案一和方案二相比，本方案基本相同，只是在采用pi调节来是对可乐混合液的温度控制。特点：可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。（4）方案比较通过对以上的三个方案的比较，本系统选择方案一为佳。因为虽然p、i、d各有自己的优点和缺点，但是只有它们在一起使用的时候才可以互相制约，只有合理地选取pid值，就可以获得较高的控制质量。采用pid调节简单易懂，方便快速，稳定性强，灵敏度高。2.3 系统方案根据课题的设计要求，本系统的分析与设计主要从两个方面出发：一是要以三菱fx2n系列的plc产品为核心设计其电气控制电路，完成设计课题所要求实现的各种功能；二是要从性能和成本方面出发，设计的系统功能要尽可能完善，元件要尽可能少和便宜，即系统的性价比要尽可能高。根据要求得出了系统方案结构图，如图2-2所示：fx2n-64mrplca/d转换a/d转换流量传感器并温度传感器并d/a转换调节阀pc机触摸屏图2-2 系统方案结构图从系统方案结构图可知，本可乐原液稀释控制系统是以plc作为主控模块，各电气控制阀以及显示装置等设计为它的外围装置。3 系统控制模块的硬件设计3.1 主控模块的选取本系统已经确定使用plc编程语言，plc有许多系列，不同的系列有不同的编程语言。使用范围比较广的有西门子s7系列，欧姆龙c系列，松下，lg，三菱fx2n等系列。基于学校实验室提供的设备是三菱公司的fx2n系列的产品，本设计中应用了三菱公司fx2n-64mr的基本模块。3.1.1 fx2n系列产品的描述本系统采用三菱fx2n系列plc作为主控模块。fx2n系列是plc fx家族中最先进的系列，由于fx2n系列具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，所以它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 系统选用fx2n系列plc的原因是，与其他类型plc相比，fx2n系列plc 具有以下技术特点：（1） fx2n系列plc采用一体化箱体结构，其基本单元将cpu，存储器，i/o接口及其电源等都集成在一个模块内，结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便。（2） fx2n是fx系列中功能最强，运行速度最快的plc。fx2n基本指令执行时间高达0.08微秒，比fx2快4倍，超过了许多大中型plc。（3） fx2n的用户存储器容量可扩展到16kb，其i/o点数最大可扩展到256点。（4） fx2n有多种特殊功能模块，如模拟量i/o模块，高数计数器模块，脉冲输出模块，位置控制模块，rs-232c/rs-422/rs-485串行通信模块或功能扩展块，模拟定时器扩展板等。使用这些特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制，位置控制和联网通信等功能。（5） fx2n有3000多点辅助继电器，1000点状态继电器，200多点定时器，200点16为加计数器，35点32为加/减计数器，8000多点16位数据寄存器，128点跳步指针以及15点中断指针。（6） fx2n有128中功能指令，具有中断输入处理，修改输入滤波器常数，数学运算，浮点数运算，数据检索，数据排序，pid运算，开平方，三角函数运算，脉冲输出，脉宽调制，acl码输出，串行数据传送，校验码一起比较触点等功能指令。（7） fx2n还有矩阵输入，10键输入，16键输入，数字开关，方向开关以及七段显示器扫描显示等方便指令。3.2 特殊功能模块fx2n-4a/d的选取由系统方案图中可以看出，由于主控模块fx2n-64mr只能识别数字量，然后通过数字量的变化来控制相应的电气控制阀的动作。故本系统需要模拟量输入模块，将温度传感器和流量传感器的电量信号转换为数字信号，供plc控制。随着plc应用范围的扩大，各plc制造厂家在提供plc主机性能的同时，还开发了专门用途的功能模块，以满足各种工业控制的特定需要。同样的，fx2n系列plc有多种专用功能模块，使fx2n系列plc的应用更加方便和有效。本系统选用的特殊功能模块为fx2n-4ad，以此模块来进行模数转换。3.2.1 fx2n-4ad的技术指标fx2n-4ad 为12为高精度模拟量输入模块，具有4输入a/d转换通道，输入信号类型可以是电压（-10+10v）、电流（-20+20ma），每个通道都可以独立的制定为电压输入或电流输入。fx2n系列plc最多可以连接8台fx2n-4ad。3.2.2 fx2n-4ad的缓冲寄存器bfm模拟量输入模块fx2n-4ad的缓冲寄存器bfm是特殊功能模块工作设定及与主机通信用的数据中介单元，是from/to指令读和写的操作目标。fx2n-4ad的缓冲寄存器区由32个16位的寄存器组成，编号为bfm#0#31，在本课题中只用到#0，#1，#3，#5，#7，#29，#30，因此只对这几个存储空间做详细介绍。表3-1 fx2n-4ad模块部分bfm分配表bfm编号内容说明#0（*）通道初始化，用4位16位数字hxxxx表示，4位数字从右至左分别控制1，2，3，4这四个通道每位数字取值范围为03，其含义如下：0表示输入范围为-10+10v1表示输入范围为+4ma+20ma2表示输入范围为-20+20ma3表示通道关闭缺省值为h0000#1（*）通道1采样次数设置采样次数是用于得到平均值，其设置范围为14096，缺省值为8#3（*）通道3#5通道1平均值存放单元根据#1#4缓冲寄存器的采样次数，分别得出的每个通道的平均值#7通道3#29错误状态表示本模块的出错类型#30识别码 k2010固定为k2010,可用from读出识别码来确认此模块注意：带（*）的缓冲寄存器可用to指令写入，其他可用from指令读出。3.3特殊功能模块fx2n-4da的选取由系统方案图中可以看出，由于主控模块fx2n-64mr只能识别和操作数字量，通过其输出控制电动控制阀，而电动控制阀的输入信号是模拟量。故本系统需要模拟量输出模块，将基本模块输出的数字信号转换为电量信号，作为电动控制阀的输入信号。本系统选用的特殊功能模块为fx2n-4da，以此模块来进行数模转换。3.2.1 fx2n-4da的技术指标fx2n-4da为12为高精度模拟量输出模块，具有4输出d/a转换通道，输出信号类型可以是电压（-10+10v）、电流（0+20ma）和电流（+4+20ma），每个通道都可以独立的制定为电压输出或电流输出。fx2n系列plc最多可以连接8台fx2n-4da。3.2.2 fx2n-4da的缓冲寄存器bfm模拟量输出模块fx2n-4da的缓冲寄存器bfm是特殊功能模块工作设定及与主机通信用的数据中介单元，是from/to指令读和写的操作目标。fx2n-4ad的缓冲寄存器区由32个16位的寄存器组成，编号为bfm#0#31，在本课题中只用到#0，#1，#29，#30，因此只对这几个存储空间做详细介绍。表3-2 fx2n-4da模块部分bfm分配表bfm内容*#0(e)模拟量输出模式选择 默认值=h0000*#1ch1输出数据*#2ch2输出数据*#3ch3输出数据*#4ch4输出数据#29出错信息#30识别码k3020注：带*号的bfm缓冲寄存器可用to指令将数据写入。带e表示数据写入到eeprom中，具有断电记忆。3.4 触摸屏的选取由系统方案图可知，系统采用的输入输出装置是触摸屏，作为人机交互界面。触摸屏简称got，它与fx系列plc的程序连接器连接，可以一边观看画面对plc的各软元件监视以及数据的变化，一边进行显示。显示画面分为用户制作内容和got预置内容。预置的画面有多种功能。3.4.1触摸屏的选取经过搜寻资料，对触摸屏进行比较，最终选取了三菱产品a956wgot作为本系统的触摸屏。此触摸屏的相关简介如下：比6的显示器大1.5倍，工业用第一台宽幅7显示器。作为标准的小型快亲记忆体卡介面，可以使用市场上买得到的小型快闪记忆体卡。配方功能，可方便地设定包括机器工和条件在内的初始值。256色显示，实现了多色清晰显示。维护功能，改善可维护性，并降低运行成本。网路监控功能。系统监视功能。 如下表3-3所示为其产品规格。表3-3：a956wgot的产品规格型号名称:a956wgot-tbd*2电源电压: 24v dc显示设备 :tft彩色显示器 显示颜色:256色 亮度(cd/m2): 300(8档亮度调整)显示角度(反差度):右和左：65度；上：40度； 下：65度 ：解析度(点) :480234可设置的触摸开关数目：450(15行30列)用户记忆体容量: 1mb(最大可 到9mb)外部尺寸(mm): 215w133h70.8d面板宽度(mm):65.8面板切割尺寸(mm):205.5+10w123.5+10h3.5 温度传感器的选取通过在书本和网上大量的查找相关温度传感器的知识和产品，在对各公司产品的型号和价格认真分析后，决定在本课题中采用西安新敏电子科技有限公司生产的wj100r温度wj100r变送器。温度变送器：wj100r温度变送器采用高精度线性放大电路，并选用高精度的元器件，使产品具有灵敏度高，稳定性好，准确度高和使用寿命长等优点。 应用场合： wj100r广泛应用在工业温度测量、暖通空调、档案室、生产车间、仓库、机房、通风管道、楼宇自控、工地等测量的场合。传感器直流电压或电流输出，可以直接配接二次仪表。 wj100r温度变送器采用防水变送外壳，可以工作在露天或湿度较大的场所（如山洞、冷库等），同时对于温度极低的环境如-40，wj100r可采用国际大厂军工级元器件，可以稳定地工作在上述极寒冷的温度下，很好地弥补了一般温度变送器不能用于低温环境的不足。其技术参数主要有： 工作电源： 1、24vdc， 2、12vdc （05v电压输出时） 3、24vac 4、12vac（05v电压输出时） 温度测量范围： -200600 (最大有效测量范围) 湿度参数：测量准确度： 0.1% f.s ，0.25% f.s，0.5%f.s 工作温度： -4080（军工级性能，仅限wj100r） 有效测量范围： 590%rh(无凝露) 测量稳定性：通常状态下，漂移不大于 1%rh 输入信号： pt100 输入线阻：50 负载电阻： 500（电流输出），3k（电压输出） 环境温度： -2080 变送器外壳：乳白色 防水型abs 835933mm表3-4 wj100r温度变送器型号表wj100r温度变送器wj100r口s口p口型号wj100r口 选择温度范围1050220603-40804010050150603007其它注明s口选择信号输出类型1420ma（默认）205vdc3010vdcp口准确度10.1(i)根据具体情况选择其型号。由于本系统中温度传感器所测的温度范围为0100，则选用温度变送器的型号为wj100r4s1p1。即选择的测量的温度范围为0100，选择的输出类型420ma，与a/d模块的420ma的输入对应。3.6 流量变送器的选择经过在书本和网上大量的查找流量传感器相关的知识和产品，在对各公司的产品的型号和价格认真分析后，决定在本课题中采用江苏瑞红仪表有限公司生产的hr-lwg型涡轮流量传感器。hr-lwg型涡轮流量传感器是一种精密流量测量仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的计量、控制系统。配备有卫生接头的涡轮流量传感器可以应用于制药行业。 一体化涡轮流量计结构为防爆设计，可以显示流量总量，瞬时流量和流量满度百分比。电池采用长效锂电池， 单功能积算表电池使用寿命可达5年以上，多功能显示表电池使用寿命也可达到12个月以上。 其特点如下： 1具有体积小、重量轻、显示读数直观、清晰。 2可靠性高、不受外界电源影响、抗雷击。3安装（拆卸）简单，利于维护，方便清洗。基本参数与技术性能：(1)基本参数：见表3-5lwg型流量传感器基本参数表表3-5lwg型流量传感器基本参数表lwg说明类型lwg基本型，+12v供电，脉冲输出，高电平8v低电平0.8vlwgya420ma两线制电流输出，远传変送型lwgyb电池供电现场显示型lwgyc现场显示/420ma 两线制电流输出公称通径44mm，普通涡轮流量范围0.040.25m3/h宽量程涡轮为0.040.4m3/h66mm，普通涡轮流量范围0.10.6m3/h宽量程涡轮为0.060.6m3/h1010mm，普通涡轮流量范围0.21.2m3/h宽量程涡轮为0.151.5m3/h1515mm，普通涡轮流量范围0.66m3/h宽量程涡轮为0.48m3/h2525mm，普通涡轮流量范围110m3/h宽量程涡轮为0.510m3/h4040mm，普通涡轮流量范围220m3/h宽量程涡轮为120m3/h5050mm，普通涡轮流量范围440m3/h宽量程涡轮为240m3/h8080mm，普通涡轮流量范围10100m3/h宽量程涡轮为5100m3/h100100mm，普通涡轮流量范围20200m3/h宽量程涡轮为10200m3/h150150mm，普通涡轮流量范围30300m3/h宽量程涡轮为15300m3/h200200mm，普通涡轮流量范围80800m3/h宽量程涡轮为40800m3/h防爆无标记，为非防爆型b防爆型精度等级a精度0.5级b精度1级涡轮类型a宽量程涡轮b普通涡轮dn4dn40口径的传感器为螺纹连接，最大工作压力为6.3mpa；dn50dn200口径的传感器为法兰连接, 最大工作压力为2.5mpa； (2) 介质温度：-20120。 (3) 环境温度：-2055。(4) 供电电源：电压：12v10%, 电流：10ma。 (5) 输出电压幅值：高电平8v，低电平0.8v。(6) 传输距离：传感器至显示仪表的距离可达1000m根据本系统的具体情况以及现有的试验设备，选择流量变送器的型号为lwgya150bbb，即选择的变送器为420ma两线制电流输出，远传変送型，,公称通径为150mm，防爆型，精度等级为1级，普通涡轮，即其普通涡轮流量范围为30300m3/h。这样流量变送器的输出和4a/d模块的420ma的输入对应。3.7 电动调节阀的选择电动调节阀接受来自调节器的电流信号，将其转换为阀门开度。电动调节阀有别于电磁阀。电磁阀是利用电磁铁的吸合和释放，对阀门进行通、断两种状态的控制，而电动调节阀是用电动机对阀门开度进行连续的调节。电动调节阀也是由执行机构和阀门两部分组成的。阀门主要由阀体、阀座，阀芯、阀杆等部件组成。阀杆上部与执行机构相连，下部与阀芯相连。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，被控介质的流量也相应地改变，从而达到控制工艺参数的目的。电动执行机构根据配用的阀门的不同要求，有直行程、角行程和多转式三种输出方式。电动执行机构一般采用随动系统的方案组成，如下图3-1所示：伺服放大器电动机减速器阀位置发信器输入电流信号图3-1动执行机构框图从调节器来的信号通过伺服放大器驱动伺服电动机，经减速器带动调节阀，同时经位置发信器将阀杆行程反馈给伺服放大器，组成位置随动系统。依靠位置负反馈，保证输入信号准确的转换为阀杆的行程。经过在书本和网上大量的查找相关电动调节阀的知识和产品，在对各公司产品的型号和价格的分析后，决定在本课题中采用深圳东泽阀门有限公司生产的zazn型电动双座调节阀。器件概述：zazn型电动双座调节阀，接受来自调节仪表的直流电流信号，改变被调介质流量，使被控工艺参数保持在给定值。广泛应用于电力、冶金、化工、石油、轻纺、制药、造纸等工业部门的生产自动化控制。 本系列产品公称通径由20至200mm，公称压力有1.0、1.6、4.0、6.4mpa，使用温度范围由-250450，接受信号为010ma.dc或420ma.dc。电动双座调节阀适用于压差较大场合。按阀内件密封部分材质分又有金属-金属和非金属-金属密封两种，后者阀关闭时泄漏量可达到级(零泄漏)标准。按填料不同可分为一般填料密封和波纹管密封两种，前者用于一般场合，而后者用于不允许外漏的特殊场合，流量特性为线性或等百分比。配用不同的执行机构可分为普通型和电子型两种。多种多样品种规格可供选择。器件特点：阀体按流体力学原理设计的等截面低流阻流道，额定流量系数增大30。可调节范围大，固有可调比为50，流量特性有直线和等百分比。电动双座调节阀不平衡力小，阀稳定性好，使用压差大。调节切断型采用软密封结构阀芯，达级泄漏标准(零泄漏)。伺服放大器采用深度动态负反馈，可提高自动调节精度。电动操作器有多种形式，可适用于420ma.dc或010ma.dc。电子型电动调节阀可直接由电流信号控制阀门开度，无需伺服放大器。波纹管密封型调节阀对移动的阀杆形成完全的密封，堵绝流体外漏。器件资料：阀体、阀盖：ht200、zg230-450 zg1cr18ni9ti阀芯、阀杆：1cr18ni9ti、司钛莱合金堆焊增强聚四氟乙烯填料：聚四氟乙烯、柔性石墨衬套：2cr13垫片：橡胶石棉板、1cr18ni9ti石棉缠绕垫片波纹管：1cr18ni9ti根据本系统的具体情况，选择电动调节阀的型号。由于电动调节阀是放在热水管中的，其通经要和热水管道的相匹配,则选择调节阀的通经为100mm。为了和a/d模块的输入通道的模式1即420ma相匹配，则选择接受信号为420ma.dc的方式。3.8电磁的选择电磁阀主要由电磁铁和阀两部分组成。它是利用线圈通电后产生的电磁力来驱动阀芯运动，将阀开启或关闭。电磁阀的特点是结构紧凑，尺寸小、质量小、价廉、可靠性高、维护方便。另外，它的密封良好，工作流体介质不会渗漏到阀外。它被广泛应用于手工艺流程管路和自动控制系统之中。经过在书本和网上大量的查找相关电磁阀的知识和产品，经过对各公司的产品的型号和价格的分析，决定在本课题中采用巨良阀业生产的zcs大通经膜片式电磁阀。zcs大通经膜片式电磁阀的技术参数如下表所示：表3-6 zcs大通经膜片式电磁阀的技术参数操作方式常闭通电打开、断电关闭常开通电关闭、断电打开（型号后加“k”表示）参数型号zcs介质温度60使用介质水、柴油、空气等常温液体和气体通经（mm）1520253240506580100125150200250300350连接尺寸（g）1/23/411-1/41-1/22压力（mpa）0.030.80.10.80.150.8功率ac：15w、dc：20wac：20w、dc：30w电压偏差允许波动10%材料阀体黄铜、铸铁密封丁晴橡胶nbr环境温度-2060连接方式内螺纹。法兰电气连接接线盒电缆插座，防护等级ip65使用电压ac：220v 50hz、dc：24v 其余根据要求特殊选配bzcs防爆电磁阀zcs-f用于易燃易爆场合，防爆等级：diibt4法兰连接安装提示优先采用线圈竖直向上，亦可根据需要安装备注dn200300完全打开或关闭，至少需要0.07mpa该调节阀的特点是：先到膜片式；膜片结构，密封性好；介质洁净度要求较低；通用性强，价格实惠。根据系统的具体情况选择电磁阀，则在热水管道中的电磁阀1选择的公称通径为100mm，常闭型，使用电压为24 v dc。在原液管道中的电磁阀2选择的公称通径为150mm,常闭型，使用电压为24 v dc。由上可得电磁阀1和电磁阀2在dc24v下的功率为均为30w。由于fx2n的继电器型输出的最大感性负载为80v*a，最大电阻负载是2a/1点、8a/4点共享、8a/8点共享，这个负载承受能力远大于本系统所选两个电磁阀的功率，则电磁阀可直接接在plc的输出端，不需要接触器来间接启动。3.9 按钮开关的选择作为系统若要求按钮的信号，plc控制可由按钮来控制，触点分为常开触点（动合触点）和常闭触点（动断触点）两种。可采用zb2-be101c系列通用型按钮。由于本系统有触摸屏来控制，故可省略掉部分按钮。 3.10 指示灯的选择为了更好的监视系统的运行，可在系统中加入指示灯，由指示灯的状态来判断系统是否正常运行。由于本系统采用的是触摸屏来控制，则可以忽略掉指示灯的实际选型。直接用触摸屏上的指示灯显示即可。4 软件设计电路软件部分是用来配合硬件电路，控制后面电路的响应，以实现设计预定