PLC课程学习情境设计三

3恒温控制装置设计制作任务分析一、控制对象说明用PLC设计制作恒温控制装置，温度检测用热电偶连接模拟量扩展模块，温度调节用功率调节模块控制加热器什么是热电偶？有什么功能？特性？2Sxjdxy-dzdqgcx任务分析二、控制要求1.采用温度闭环控制2.采用热电偶检测温度，功率调节模块控制加热器℃T0t0温度曲线什么是闭环控制？3Sxjdxy-dzdqgcx任务分析三、技术指标1.温度范围：100℃～150℃之间可调2.误差范围：±1℃3.温度上升时间：≤1min4.不能有超调要满足要求，则要用PID调节4Sxjdxy-dzdqgcx本情境主要内容本学习情境主要讲授一下知识点热电偶基础知识模拟量模块知识运算指令复习闭环系统概念5Sxjdxy-dzdqgcx温度检测的基本知识温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的，温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。测量方法：接触式测温和非接触式测温温度检测6Sxjdxy-dzdqgcx接触式测温

温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。

(1)膨胀式温度计 (2)热电阻温度计

(3)热电偶温度计(4)其他原理的温度计直观、可靠，测量仪表也比较简单特点温度检测7Sxjdxy-dzdqgcx温度检测非接触测温

温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。

(1)辐射式温度计(2)光纤式温度计：特点不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。8Sxjdxy-dzdqgcx温标摄氏温标

---------是把标准大气压下纯水的冰融点定为0度，纯水的沸点定为100度的一种温标。在0度和100度之间分成100等分，每一分为一摄氏度，符号为℃。华氏温标

---------规定在大气压下，纯水的冰融点为32度，纯水的沸点为212度，中间划分为180等分，每一分为一华氏度，符号为℉。温度检测9Sxjdxy-dzdqgcx温度检测热力学温标

---------又称开尔文温标，单位为开尔文（K）。国际实用温标

---------是一种符合热力学温标又使用简单的温标。最新温标是1990年国际温标(ITS－90)10Sxjdxy-dzdqgcx应用热膨胀原理测温

测量原理物体受热时产生膨胀

液体膨胀式温度计

固体膨胀式温度计玻璃管温度计双金属温度计温度检测11Sxjdxy-dzdqgcx应用热电效应测温

测量原理两种不同的金属A和B构成闭合回路当两个接触端T﹥T0时，回路中会产生热电势热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定热电极温度检测与热电偶12Sxjdxy-dzdqgcx热电偶先看一个实验——热电偶工作原理演示结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极A右端称为：自由端（参考端、冷端）左端称为：测量端（工作端、热端）热电极B热电势AB13Sxjdxy-dzdqgcx闭和回路总电势

AB

热电偶14Sxjdxy-dzdqgcx

分度表如果能使冷端温度t0固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系

分度表-----热电势与热端温度之间关系列成表格注：热电势与热端温度之间关系是非线性热电偶15Sxjdxy-dzdqgcx

补偿导线

问题引出热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响热电偶16Sxjdxy-dzdqgcx热电偶

解决方法把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方，但是会造成浪费于是选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线作用其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本。补偿导线17Sxjdxy-dzdqgcx不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应补偿导线连接端的工作温度不能超出（0~100℃），否则会给测量带来误差。

使用补偿导线注意问题热电偶18Sxjdxy-dzdqgcx热电偶19Sxjdxy-dzdqgcx热电偶补偿导线外形A’B’屏蔽层保护层20Sxjdxy-dzdqgcx

问题引出

冷端温度补偿热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0℃时的热电势-温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。

解决方法0℃恒温法

冷端温度修正法

仪表机械零点调整法

补偿电桥法

热电偶21Sxjdxy-dzdqgcx

0℃恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用热电偶22Sxjdxy-dzdqgcx冷端温度修正法

设：冷端温度恒为t0（t0≠0）被测温度为t

修正公式冷端t0的热电势测量得出的热电势

被测温度t的热电势仪表机械零点调整法

将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热电势之前就给显示仪表输入了电势E(t0,0)热电偶23Sxjdxy-dzdqgcx由分度表查得E(20,0)=0.113mv

则E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv

再查分度表得其对应的被测温度t=808℃例用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20℃，测得热电势为7.32mv，求被测对象的实际温度t。解热电偶24Sxjdxy-dzdqgcx使用补偿电桥注意问题根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥

注意补偿温度的起点在20℃平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20℃

在0℃平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到0℃补偿是相对的，以此有一定误差热电偶25Sxjdxy-dzdqgcx

为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。

1.

普通型装配式结构

2.柔性安装型铠装结构热电偶结构热电偶26Sxjdxy-dzdqgcx热电偶27Sxjdxy-dzdqgcx热电偶热电偶的种类1）标准型热电偶主要有：铂铑30-铂铑6热电偶，分度号“B”；铂铑10-铂热电偶，分度号“S”；镍铬-镍硅热电偶，分度号“K”；镍铬-康铜热电偶，分度号“E”；铁-康铜热电偶，分度号“J”；铜-康铜热电偶，分度号“T”。分度概念见教辅资料《热电偶温度传感器》BSKE28Sxjdxy-dzdqgcx应用热电阻原理测温

导体或半导体的电阻值随温度变化

测量原理在0～630.74℃范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为

T

R热电阻在-50～180℃范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为温度0℃时的电阻值

温度t℃时的电阻值

热电阻29Sxjdxy-dzdqgcx热电阻温度计

应用于-200~600℃范围内的温度测量

热电阻＝电阻体（最主要部分）＋绝缘套管＋接线盒热电阻的材料要求： 电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性； 应有良好的可加工性，且价格便宜。热电阻30Sxjdxy-dzdqgcx常用热电阻

铂电阻电阻率较大，电阻-温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10

铜电阻电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100℃以上易被氧化工业用铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100

热敏电阻（负温度系数热敏电阻NTC）电阻温度系数约为铂电阻的4～9倍，且本身电阻值较高。半导体热敏电阻的电阻-温度特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。热电阻31Sxjdxy-dzdqgcx热电阻结构456热电阻32Sxjdxy-dzdqgcx测温元件安装注意事项插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线5~10mm。流体流动方向插入方向要求保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交90°也可，但切勿与被测介质形成顺流。热电阻33Sxjdxy-dzdqgcx模拟量模块介绍模拟量模块简介4AI×12位EM2314AI/1AO×12位EM2352AO×12位EM23234Sxjdxy-dzdqgcx模拟量模块介绍EM231EM235输入范围单极性电压

010V，05V010V，05V，01V，0500mV，0100mV，050mV双极性电压5V，2.5V10V，

5V，

2.5V，1V，

500mV，250mV，100mV，50mV，

25mV电流020mA020mA数据字格式双极性：32000+32000单极性：032000双极性：32000+32000单极性：032000电压输入阻抗大于等于10M大于等于10M电压信号输入时：最大输入电压30VDC30VDC电流信号输入时：最大输入电流32mA32mA分辨率

12位A/D转换器

12位A/D转换器

LED指示器

24VDC电源故障指示（亮：电源正常）

24VDC电源故障指示（亮：电源正常）35Sxjdxy-dzdqgcx模拟量模块介绍线路连接通过微动开关设定量程与极性36Sxjdxy-dzdqgcx温度运算模拟量数据输入/输出数字量地址：I0.0~I1.4Q0.0~Q1.1模拟量地址：AIW0~AIW6AQW4直接用地址读出或写入那该用运算指令了？37Sxjdxy-dzdqgcx温度运算算术运算指令当I0.0=1时，VW100+100=VW200有哪些运算呢？！38Sxjdxy-dzdqgcx温度运算算术运算指令类型

——加法加法运算：IN1+IN2=IN3操作数：W、D、R，必须一致39Sxjdxy-dzdqgcx温度运算算术运算指令类型

——减法减法运算：IN1-IN2=IN3操作数：W、D、R，必须一致40Sxjdxy-dzdqgcx温度运算算术运算指令类型

——乘法乘法运算：IN1×IN2=IN3操作数：W、D、R整数双整数整数入双整数出实整数41Sxjdxy-dzdqgcx温度运算算术运算指令类型

——除法除法运算：IN1÷IN2=IN3操作数：W、D、R，必须一致整数双整数整数入双整数出实整数高余数低商42Sxjdxy-dzdqgcx温度运算算术运算指令类型

——其它平方根指数自然对数43Sxjdxy-dzdqgcx温度运算算术运算指令类型

——其它正弦余弦正切44Sxjdxy-dzdqgcxPID指令PID指令其中TABLE是回路表的起始地址，LOOP是回路环号（0~7）什么是回路表？45Sxjdxy-dzdqgcxPID指令回路表地址参数描述0过程变量（PVn）过程变量0.0~1.04设定值（SVn）给定值0.0~1.08输出值（Mn）输出值0.0~1.012增益（KC）比例常数，可正可负16采样时间（TS）单位为秒，必须是正数20积分时间（TI）单位为分钟，必须是正数24微分时间（TD）单位为分钟，必须是正数28积分项前项（MX）必须在0.0~1.032过程变量前值（PVn