第三章 仪表选型
3.1 检测仪表的选择 3.1.1 温度检测仪表
炉膛测温热电偶是系统的主要检测元件。考虑测温的准确可靠和反应灵敏，而且预热段温度为750℃～1100℃，加热段的温度为1250℃～1300℃，均热段的温度为1150℃～1250℃，所以采用镍铬—镍硅热电偶(K型) ，这是一种使用面十分广泛的廉价金属热电偶，热电丝直径一般为1.2—2.5mm，它的测温范围为-270℃～1372℃。由于钢坯在加热炉设备上干燥，加热炉的三段温度都在其测温范围之内，所以使用K型热电偶。它的热电极材料具有较好的高温抗氧化性，可以满足加热炉的温度要求，并且可在氧化性或中性介质中长时间地测量900℃以下的温度。K型热电偶具有复现性好，产生的热电势大，而且线性好，价格便宜等优点，虽然测量精度偏低，但完全能满足一般工业测量要求[3]。 3.1.2 流量检测仪表
作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管，空气流量测量采用标准孔板配电容式差压变送器。电容式差压变送器是没有杠杆的变送器，它采用差压电容为检测元件，整个变送器无机械传动、调整装置，而且测量部分采用全封闭焊接的固体化结构。因此，仪表结构简单，性能稳定、可靠，具有较高的温度。考虑到使用的燃料即焦炉煤气中含有焦油、萘、氨、硫化物和氰化物等杂质，若使用流量孔板，则取压孔易堵塞，杂质附着在孔板上，影响测量的准确性。
漩涡式流量计是按流体振荡原理，应用强迫振荡的漩涡旋进原理进行流量检测的。这种检测方法的特点是管道内无可动部件，使用寿命长，压力损失小，测量精度高(约为?5％～1％)，量程比可达100：1，在一定的雷诺数范围内，几乎不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化的影响，故用水或空气标定的漩涡流量计可用于其他液体和气体的流量测量而不需标定，尤其适用于大口径管道的流量测量。因此，设计选用漩涡式流量计测量煤气流量[3]。
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3.1.3 压力检测仪表
单电容式压力传感器它由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压，并有较高过载能力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿和保护部以及放大电路整体封装在一起，以便提高抗干扰能力。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。 3.2 PLC选型
PLC(Programmable Logic Controller)是可编程序控制器的英文缩写, 它是综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器,是专为工业环境应用而设计的。PLC及其有关的外围设备都应该以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。它的主要功能有：①在线数据采集和输出；②控制功能，包括条件控制、顺序控制、逻辑控制、定时、计数等；③数据处理功能，既能进行基本数学、逻辑运算，还可通过编程实现复杂的控制算法；④输入/输出信号调制功能；⑤通信、联网功能，可进行远程控制、多台PLC间联网通信、外部器件与PLC的信号处理单元之间实现程序和数据交换等；⑥支持人机界面功能；⑦编程、调试等。
PLC的特点是：①可靠性高，抗干扰能力强；②配套齐全，功能完善，适用性强；③操作简单，易学易用，深受工程技术人员欢迎；④系统的设计、建造工作量小，维护方便、易于改造；⑤体积小、质量轻、功耗低。
S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。
（1）产品特点
循环周期短、处理速度高、指令集功能强大（包含350多条指令），可用于
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复杂功能、产品设计紧凑，可用于空间有限的场合、模块化结构，设计更加灵活、有不同性能档次的CPU模块可供选用、功能模块和I/O模块可选择、有可在露天恶劣条件下使用的模块类型。
（2）工作原理编辑
PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1 是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1 中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC 或SFC)。循环程序处理过程可以被某些事件中断。在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU 内部的输入/输出过程映像区（在CPU的系统存储区）
（3）编程工具编辑
使用STEP7软件对S7-300进行编程，目前S7-300最新的编程软件版本为STEP7 V5.5 SP2。STEP7包含了自动化项目从项目的启动、实施到测试以及服务每一个阶段所需的全部功能。
（4）STEP7中的编程语言
顺序功能图、梯形图、语句表、功能块图 （5）组成部件
①导轨（Rail）
S7-300的模块机架（起物理支撑作用，无背板总线），西门子提供一下五种规格的导轨：
导轨长度 160mm 482mm 530mm 830mm 2000mm
② 电源模块（PS）
将市电电压（AC120/230V）转换为DC24V，为CPU和24V直流负载电路（信
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产品订货号
6ES7390-1AB60-0AA0 6ES7390-1AE80-0AA0 6ES7390-1AF30-0AA0 6ES7390-1AJ30-0AA0 6ES7390-1BC00-0AA0
号模块、传感器、执行器等）提供直流电源。输出电流有2A、5A、10A三种
正常：绿色LED灯亮 过载：绿色LED灯闪
短路：绿色LED灯暗（电压跌落，短路消失后自动恢复） 电压波动范围：5% ③ CPU模块
各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点，有的CPU集成有PROFIBUS－DP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）
④ 信号模块（SM）
数字量输入模块：24V DC，120/230V AC 数字量输出模块：24V DC，继电器
模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶 模拟量输出模块：电压，电流 ⑤ 功能模块 (FM)
功能模块主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。
计数：计数器模块
定位：快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块等
闭环控制：闭环控制模块
工业标识系统：接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。 ⑥ 接口模块 (IM)
接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7－300通过分布式的主机架和3个扩展机架，最多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。
连接：IMS 360发送、IMR 361接收；对于双层组态，常用硬连线的IM 365 接口模块
距离：采用IM 365 、两层机架，电缆最大长度可达1米；采用IM 360 / 361 、
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多层机架，机架之间电缆最大长度10米
⑦ 通讯处理器(CP)
扩展中央处理单元的通讯任务，提供以下的连网能力：点到点连接、PROFIBUS、工业以太网 3.3 Win CC简介
从面市伊始，用户就对SIMATICWinCC(Windows Control center)印象深刻。一方面，是其高水平的创新，它使用户在早期就认识到即将到来的发展趋势并予以实现；另一方面，是其基于标准的长期产品策略，可确保用户的投资利益。
凭籍这种战略思想，WinCC，这一运行于Microsoft Windows 2000和XP下的Windows控制中心，已发展成为欧洲市场中的领导者，乃至业界遵循的标准。如果你想使设备和机器最优化运行，如果想最大程度地提高工厂的可用性和生产效率，WinCC当是上乘之选。
通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用 ；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian 系统作为IT 和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展 ；“全集成自动化” 的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。
本设计将采用WinCC系统设计一个加热炉控制系统界面，对加热炉进行实时监控。
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