加热反应炉PLC控制系统设计

通过PLC硬件和软件设计来控制系统的温度压强,介绍了西门子S7--300和STEP7的应用

毕 业 设 计（论 文）

加热反应炉PLC控制系统的设计

教 学 系： 信息工程系

指导教师： 陈 艳 三

专业班级： 自动化1082班

学生姓名： 陶 冶

二〇一二年五月

通过PLC硬件和软件设计来控制系统的温度压强,介绍了西门子S7--300和STEP7的应用

毕业设计(论文)任务书

通过PLC硬件和软件设计来控制系统的温度压强,介绍了西门子S7--300和STEP7的应用

毕业设计(论文)开题报告

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(2)若小于给定值，则开启排气阀和进料阀。 (3)当液位上升到设定值时,应该关闭排气阀和进料阀。 (4)延时一段时间,开启氮气阀,氮气进入炉内,炉内气压上升。 (5)当压力上升到给定值,关闭氮气阀.送料过程结束。 第二阶段：加热反应控制。 (1)交流接触器 KM 带电，接通加热炉加热器的电源。 (2)当温度升高到给定值时，切断加热器电源。 (3)延时一段时间后，加热过程结束。 第三阶段：泄放控制。 (1)打开排气阀，使炉内压力降到预定值。 (2)打开泄放阀，当炉内液面下降到到液面时，关闭泄放阀和排气阀，系统返回初始状态。准备进入 下一个循环。 3.进度安排： 第 3--4 周：调研及方案论证，查阅相关资料，完成开题报告。 第 5--7 周：完成 PLC 的加热反应炉控制的硬件设计。 第 8--11 周：完成 PLC 的加热反应炉控制的软件设计。 第 12 周：模拟调试 第 13--14 周：撰写毕业设计论文 第 15 周： 整理论文，答辩 4.指导教师意见：

指导教师签名：

年

月

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郑 重 声 明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成

果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或

撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

本人签名： 日期：

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目 录

摘 要 ................................................................................ 1

ABSTRACT .............................................................................. 2

1 绪论 ................................................................................ 3

1.1 课题背景及研究目的和意义 .......................................................... 3

2 PLC基本概念 ......................................................................... 4

2.1 PLC的定义和基本组成 ............................................................... 4

2.2 PLC的特点及优势 ................................................................... 5

2.3 PLC的工作原理 ..................................................................... 5

3 PLC控制系统设计 ..................................................................... 7

3.1 系统工作原理 ...................................................................... 7

3.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 ................................................... 7

3.2.1 I/O 分配表 ..................................................................... 8

3.2.2 变量名的定义 .................................................................... 9

3.2.3 PLC I/O接线图 .................................................................. 9

3.2.4 PLC的控制流程 ................................................................. 10

3.3 PLC型号的选择及其简介 ............................................................ 11

3.3.1 数字量输入模块与输出模块 ....................................................... 11

3.3.2模拟量输入模块与输出模块 ........................................................ 12

3.4温度传感器 ........................................................................ 12

3.4.1.热电偶 ......................................................................... 12

3.4.2.热电阻 ......................................................................... 13

3.5固态继电器 ........................................................................ 14

4 软件设计 ........................................................................... 15

4.1 STEP7编程软件简介 ................................................................ 15

4.1.1 STEP7概述 ...................................................................... 15

4.1.2 STEP 7的编程功能 ............................................................... 15

4.1.3 STEP 7的编程语言 ............................................................... 15

4.1.4 STEP 7的硬件组态与诊断功能 ..................................................... 16

4.2 加热反应炉控制程序设计 ........................................................... 16

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4.3 S7-300程序设计梯形图 ............................................................. 17

4.3.1初次上电 ........................................................................ 17

4.3.2 启动/停止阶段 .................................................................. 18

4.3.3 报警程序 ....................................................................... 19

4.4 STEP7项目的创建 .................................................................. 20

4.4.1使用向导创建项目 ................................................................ 20

4.4.2直接创建项目 .................................................................... 22

4.4.3硬件组态与参数设置 .............................................................. 23

4.5 STEP7中的编程技术 ................................................................ 30

4.5.1 STEP7中的块 .................................................................... 30

结束语 ............................................................................... 33

参考文献 ............................................................................. 34

致 谢 ............................................................................... 35

附录 ................................................................................. 36

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摘 要

从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字

运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代

了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干

扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无

法取代的。

温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊

机的温度控制系统等。加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。这方面的应用大多是基于单片机

进行PID 控制, 然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是

其长处, 然而PLC 在这方面却是公认的最佳选择。加热炉温度是一个大惯性系统，一般采用双闭环调节

进行控制。本设计是利用西门子S7-300PLC控制加热炉温度的控制系统。首先介绍了温度控制系统的工

作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-300PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。

关键词：西门子S7-300PLC； PLC； 温度控制系统

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ABSTRACT From the last century to 90 in the mid 80's, PLC has been rapid development in this period,

PLC capability in dealing with analog and digital computing power, man-machine interface capabilities and network capabilities are greatly improved, PLC gradually entering the field of process control, replaced in some applications in the field of process control dominant DCS.PLC

has the versatility, ease of use, wide adaptation, high reliability and strong anti-interference,

simple to program and so on.PLC control, especially in the industrial automation sequence

control the position, in the foreseeable future, is no substitute.

Temperature control system has been widely used in the industry controlled field，as the

temperature control system of boilers and welding machines in steel works、chemical plant、

heat-engine plant etc. Heating-stove temperature control has also been applied widely in all

kinds of fields . The furnace temperature of heating-stove is a large inertia system，so generally

using PID adjusting to control. With the expanding of PLC function, the control function in

many PLC controllers has been expanded. Therefore it is more reasonable to apply PLC

controlling in the applicable fields where logical control and Double closed loopcontrol blend together. The design has utilized the control system with which Siemens S7-300 PLC control the

temperature heating-stove. In the first place this paper presents the working principles of the temperature control system and the elements of this system. Then it introduces Siemens S7-300

PLC and the specific design procedures of the hardware and the software.

Key words：Siemens S7-300 PLC；Programmable Logic Controller; The control

System of temperature;

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1 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被

控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应

炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。因此，在工业生产和家居生活过程中常需对温度进行检测和

监控。由于许多实践现场对温度的影响是多方面的，使得温度的控制比较复杂，传统的加热炉电气控制

系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电

多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技

术必然被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而PLC本身优异的性能使基于 PLC控制的温

度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意

义。

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2 PLC基本概念

2.1 PLC的定义和基本组成

PLC英文全称Programmable Logic Controller,中文全称为为可编程逻辑控制器，定义是：一种数

运算操作的电子系统，专为在工业应用环境而设计的。它采用一种可编程的存储器用于其内部存贮程序，

执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数及算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控

制各种类型的机器或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体

方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC

可编程控制器的组成:

PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、、底板或机架。功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和

编程设备组成，各种模块安装的机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网

络上，可以与计算机、其它PLC或其它设备通信。

(1) CPU模块

CPU是PLC的核心，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。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、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。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，IO

数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

(2) I/O模块

输入（Input）模块和输出（Output）模块一般简称为I/O模块，开关量输入/输出模块简称为DI

模块和DO模块，模拟量输入/输出模块简称为AI模块和AO模块，在S7-300中统称为信号模块。信号

模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入

信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关等来的开关量

输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电

压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出

设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸

管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。

(3) 功能模块

为了增强PLC的功能，扩大应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家开发了各种各样的功能模块。主

要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控制任务。

(4) 接口模块

CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机

架。接口模块用来实现中央机架和扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。

(5) 通信处理器

通信处理器用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以

将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于点对点通信。

(6) 编程器

编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。编程器一般分为简易型和智能

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型两类。简易型只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。而智能型编程

器（又称图形编程器），不但可以连机编程，而且还可以脱机编程。操作方便且功能强大。

(7) 电源

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）。

2.2 PLC的特点及优势

（1） 功能强，性能价格比高：一台小型的PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实

现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联

网，实现分散控制，集中管理。

（2） 可靠性高，抗干扰能力强：PLC用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继

电器，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。S7-300

有极强的故障诊断能力。PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接

用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被公认为最可靠的工业控制设备之一。

（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强：PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品

种齐全的硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC

的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方

便快速地适应工艺条件的变化。

（4）维修工作量小，维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输

入装置和执行机构发生故障时，根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，可以很方便地查明故

障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

（5）体积小，能耗低：对于复杂的控制系统，使用PLC后，由于减少了大量的中间继电器和时间继

电器，开关柜的体积比继电器控制系统小的多。

（6）编程方法简单易学：梯形图是使用的最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电

路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易用，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就

可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

2.3 PLC的工作原理

可编程控制器的工作原理:PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的

时间称为扫描周期或工作周期。 CPU 从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结

束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描【5】。 PLC 就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC

工作的全过程可用图 2-1 所示的运行框图来表示。

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图 2.1 可编程控制器运行框图

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3 PLC控制系统设计

本章主要从系统设计结构和硬件设计的角度，介绍该项目的PLC控制系统的设计步骤、PLC

的硬件配置、外部电路设计。

3.1 系统工作原理

加热炉温度控制系统基本构成如图3.1所示，它由PLC主控系统、固态继电器、加热炉、温度传感

器等4个部分组成。

图3.1 加热炉温度控制系统基本组成

加热炉温度控制实现过程是:首先温度传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部

的A/D将送进来的电压信号转化为西门子S7-300PLC可识别的数字量，然后 PLC将系统给定的温度值

与反馈回来的温度值进行比较并经过PID运算处理后，给固态继电器输入端一个控制信号控制固态继电

器的输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热。既加热炉温度控制得到实现。其中PLC主控系

统为加热炉温度控制系统的核心部分起着重要作用。

3.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤

PLC控制系统设计的基本原则：

（1）充分发挥PLC功能，最大限度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

系统的调整和扩充。

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PLC控制系统设计的一般步骤：设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置

可以按以下步骤进行：

(1)熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对 PLC控制系统的控制要求。

(2)确定I／O设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I／O点数。

(3)选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选择。

(4)分配PLC的I／O地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。

(5)设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。

(6)联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。 【4】。PLC控制系统设计

3.2.1 I/O 分配表

根据加热反应炉自动控制系统的要求，需要 6 个输入点，5 个输出点，共 11 个I/O 点。结合PLC 实验室现有资源，同时兼顾系统的经济性和技术指标，因此选用西门子S7--300型PLC 该CPU 基本单元共有8 个输入点，8 个输出点；它功能简单实用，价格便宜，主要用于小型开关量控制系于 横排端子排，继电器输出。其指令系统完全能达到加热反应炉自动控制系统的要求。具体的 I/O 分配表见下表

表3.2 I/O地址分配表

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3.2.2 变量名的定义

系统各部分均进行数据交换、处理和实现数据的可视化必须要做的两项任务:定义数

据对象和数据对象的属性设置。表3.3为各项变量的定义和属性设置。

表3.3 变量的定义

3.2.3 PLC I/O接线图

加热反应炉 PLC 接线如图3.4所示。PLC 控制系统构成必须和电源、主令装置、传感器设备以及驱动执行机构相连接。外界输入器件可以是无源触点或是有源的传感器输入。这些外部器件的两头，一头接到 PLC 的输入端( 例如 X0、Xl、 )，另一头连在一起接到公共端上(COM 端) ，形成闭合有源回路。交流供电的S7--300型PLC 提供辅助直流电源，供输入设备和部分扩展单元用。辅助电源容量为 250~60mA。在容量不够的情况下，需要单独提供直流电源。输出口与执行装置相连接，执行装置主要包括各种电磁阀。这些设备本身所需的功率较大，PLC 一般不提供执行器件的电源，需要外接电源。由于执行器件都是相同幅值的电磁阀，因此可接同一个 COM端。 【2】

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图3.4 PLC I/O接线图

3.2.4 PLC的控制流程

由加热反应炉控制系统实现的功能，结合 PLC 可以设计如图3 所示的系统控制流程。按下启动按钮SB1后，系统运行；按下停止按钮 SB2 后，系统停止。

第一阶段：送料控制 ，检测下液面 SL1, 炉内温度ST, 炉内压力SP是否小于给定值（都为“0”）若是则开启排气阀 YV1 和进料阀 YV2 。当液位上升到上液位设定值时，SL2=1, 应关闭排气阀YV1 和进料阀 YV2 。延时 10S, 开启氮气阀 YV3,氮气进入反应炉，炉内压力上升。当压力上升到给定值时，即 SP=1,关闭氮气阀。送料过程结束。

第二阶段：加热反应控制，接通反应炉电源KM, 开始对反应炉加温。当温度上升到给定值时（此时信号 ST=1），切断加热电源。延时 10S ，加热过程结束。

第三阶段：泄放控制，打开排气阀 YV1,使炉内压力降到给定值以下（此时 SP=0）。打开泄放阀YV4 ，当炉内溶液下降到下液面以下（此时 SL1=0 ）,关闭泄放阀 YV4 和排气阀YV1 。系统恢复到原始状态准备进入下一循环。

本系统设计为条件型顺序控制系统，云霄速度快，可靠性高，功能强，输入为干接触式，输出为继电器形式。综上，其控制流程图如下3.5所示：

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图3.5 控制流程图

3.3 PLC型号的选择及其简介

本温度控制系统采用德国西门子S7-300 PLC。S7-300 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-300系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-300系列具有极高的性能/价格比【3】。

3.3.1 数字量输入模块与输出模块

数字量输入模块：数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开关等。数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。

数字量输出模块：SM 322数字量输出模块将S7-300的内部电平信号转化为控制过程所需的外部信号电平，同时具有隔离和功率放大的作用。输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器，以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。输出电流典型值为0.5~2A，负载电源由外部现场提供。

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3.3.2模拟量输入模块与输出模块

模拟量变送器：生产过程中有大量的连续变化的模拟量需要用PLC来测量或控制。有的是非电量，例如温度、压力、流量、液位、物体的成分（例如气体中的含氧量）和频率等。有的是强电电量，例如发电机组的电流、电压、有功功率和无功功率、功率因素等。变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准的直流电流或直流电压信号，例如DC0~10V和4~20mA。

SM331模拟量输入模块的基本结构：模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成部分是A/D（Analog/Digit）转换器。SM331也可以直接连接不带附加放大器的温度传感器（热电偶或热电阻），这样可以省去温度变送器，不但节约了硬件成本，控制系统的结构也更加紧凑。

模拟量输出模块的基本结构：S7-300的模拟量输出模块SM332用于将CPU送给的数字信号转换为成比例的电流信号或电压信号，对执行机构进行调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器。

模拟量输出模块的技术参数：SM332的4种模拟量输出参数均有诊断功能，用红色LED指示故障，可以读取诊断信息。额定负载电压均为DC24V。模块与背板总线有光隔离，使用屏蔽电缆时最大距离为200m。都有短路保护，短路电流最大25mA,最大开路电压18V。

3.4温度传感器

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查，1990年，温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。50年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。这里我们主要介绍热电阻和热电偶。

3.4.1.热电偶

工业热电偶作为测量温度的传感器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，它可以直接测量各种生产过程中不同范围的温度。若配接输出4-20mA、0-10V等标准电流、电压信号的温度变送器，使用更加方便、可靠。对于实验室等短距离的应用场合，可以直接把热电偶信号引入PLC进行测量。

热电偶的工作原理是,两种不同成份的导体,两端经焊接，形成回路，直接测量端叫工作端（热端），接线端子端叫冷端，当热端和冷端存在温差时，就会在回路里产生热电流，这种现象称为热电效应；接上显示仪表，仪表上就会指示所产生的热电动势的对应温度值，电动势随温度升高而增长。热电动势的大小只和热电偶的材质以及两端的温度有关，而和热电偶的长短粗细无关

【1】。

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根据使用场合的不同，热电偶有铠装式热电偶、装配式热电偶、隔爆式热电偶等种类。装配式热电偶由感温元件（热电偶芯）、不锈钢保护管、接线盒以及各种用途的固定装置组成。铠装式热电偶比装配式热电偶具有外径小、可任意弯曲、抗震性强等特点，适宜安装在装配式热电偶无法安装的场合，它的外保护管采用不同材料的不锈钢管，可适合不同使用温度的需要，内部充满高密度氧化绝缘体物质，非常适合于环境恶劣的场合。隔爆式热电偶通常应用于生产现场伴有各种易燃、易爆等化学气体的场合，如果使用普通热电偶极易引起气体爆炸，则在这种场合必须使用隔爆热电偶。

热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程，如燃烧和爆炸过程等。对一般的工业应用来说，为了保护感温元件避免受到腐蚀和磨损，总是装在厚厚的护套里面，外观就显得笨大，对于温度场的反应也就迟缓得多。使用热电偶的时候，必须消除环境温度的波动对测量带来的影响。有的把它的自由端放在不变的温度场中，有的使用冷端补偿器抵消这种影响。当测量点远离仪表时，还需要使用热电势率和热电偶相近的导线来传输信号，这种导线称为补偿导线。

3.4.2.热电阻

热电阻是中低温区最常用的一种温度测量元件。热电阻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。当电阻值变化时，二次仪表便显示出电阻值所对应的温度值。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的。

铂热电阻根据使用场合的不同与使用温度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。作为测温元件，它具有良好的传感输出特性，通常和显示仪、记录仪、调节仪以及其它智能模块或仪表配套使用，为它们提供精确的输入值。若做成一体化温度变送器，可输出4-20mA标准电流信号或0-10V标准电压信号，使用起来更为方便。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。此外，现在已开始采用铬、镍、锰和铑等材料制造热电阻。根据使用场合的不同，热电阻也有铠装式热电阻、装配式热电阻、隔爆式热电阻等种类，与热电偶类似。

铂电阻的工作原理是，在温度作用下，铂热电阻丝的电阻值随温度变化而变化，且电阻与温度的关系即分度特性符合IEC标准。分度号Pt100的含义为在0℃时的名义电阻值为100Ω，目前使用的一般都是这种铂热电阻。此外还有Pt10、Pt200、Pt500和Pt1000等铂热电阻，Cu50、Cu100的铜热电阻等。本设计选用镍铬-镍硅N型热电偶

【8】。

通过PLC硬件和软件设计来控制系统的温度压强,介绍了西门子S7--300和STEP7的应用

3.5固态继电器

（1）概述

固态继电器（Solid State Relay，简称SSR）与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。它是一种四端有源器件，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端，如图3.5所示。

图3.6固态继电器模块示意图

当输入端有控制信号，输出端从关断状态变为导通状态；控制信号撤消后，输出端变为关断状态，从而实现自动控制的用途。

固态继电器的输入端、输出端之间采用光电隔离技术，使得弱电和强电隔离，因此从计算机等弱电设备输出的信号可以直接加在固态继电器的控制端上，无需另外的保护电路。

(2) 固态继电器的组成

固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管【9】。

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