仪表维修工技术培训读本--可编程控制器与紧急停车系统

前言
随着科学技术的发展，在石油、化工、炼油、电力、轻工和冶金等行业的连续生产过程中，自动化水平日益提高，仪表检测和自动控制的地位越来越重要。仪表维修人员的综合素质，直接影响到仪表的安装、维护和检修质量，关系到工厂企事业单位的正常运行和经济效益。应广大仪表维修人员的要求，化学工业出版社组织南京化工职业技术学院、中石化扬子石化公司和中石化南化集团公司等单位编写了《仪表维修工技术培训读本》丛书,包括《仪表维修技术基础》、《检测仪表与控制仪表》、《过程控制系统》、《计算机控制与装置》、《可编程控制器与紧急停车系统》和《在线分析仪表》。

为保证本套丛书的质量，成立了仪表维修工技术培训读本编写委员会，编写人员均为生产一线具有丰富生产经验的工程技术专家或具有多年丰富的教育培训教学经验的教师。根据国家《化工仪表维修工》职业标准的有关规定，结合工厂企业的生产特点，借鉴当前仪表维修工的实际工作经验，为仪表维修职业教育、职业培训和仪表维修工职业技能鉴定，提供一套具有充实内容的教材和参考书。

本书是《仪表维修工技术培训读本》之一，共分四篇。报警信号可使有关的设施、机构或人员及时了解到所产生的异常情况，采取相应的措施，以免异常情况进一步扩大，联锁保护系统能使有关设备按照规定的条件或程序完成操作任务，从而达到消除异常、防止事故的目的。本书主要介绍了信号报警及联锁保护的概念、信号报警及联锁保护系统的组成、分类及其设计。可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术以及通讯技术发展起来的通用工业自动控制装置。目前，PLC的机型很多，但其基本结构、原理相同；基本功能、指令系统及编程方法类似。因此，本书以目前我国工业控制中应用较多的日本三菱FX2系列可编程控制器为例，系统介绍了可编程控制器的结构、原理、指令系统、编程方法及应用、PLC控制系统的设计、PLC网络等。紧急停车系统用于在工艺过程某些参数异常时，由控制系统指令工艺过程紧急地安全地停止生产，以避免可能造成巨大财产损失和人员伤亡的事故发生，本书介绍了紧急停车系统的概念、特点及目前国内企业用的较多的几种紧急停车系统的类型，并以在国内大型企业中应用较广的美国TRICONEX公司的TRICON系统为例，介绍该系统的特点、结构、工作原理、硬件组成及其功能，系统的组态、诊断、维护及系统的应用。本书还介绍了火气报警保护系统的概念、组成、与紧急停车系统的异同；火气报警保护系统对火灾及气体的检测方法；火灾和气体的报警及联锁等。该系统是新型报警保护系统，已在大型及超大型石化生产装置上得到了应用。全书内容简明扼要，并且每章都提出学习目标和一定量的思考与练习题，书末附有FX2系列PLC功能指令总表，便于教学和自学。

本书第1章~第2章由江秋林编写；第3章～第7章、第９章的93及附录由王霆编写；第8章、第10章～第12章及第9章（除９３）由范玉佩编写。本书由王霆担任主编，并负责全书的统稿工作，由王永红审稿。

本书可作为仪表维修工技术培训和职业技能鉴定教材，也可作为中、高职业院校仪表控制专业学生的实训教材，并供广大自控工程技术人员参考。

由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

编者2005年12月
	 
	 
	 

本书为《仪表维修工技术培训读本》之一，共分四篇，第一篇为信号报警与联锁保护，主要介绍了信号报警及联锁保护系统的概念、组成、分类及其设计；第二篇为可编程控制器技术，以微处理器为基础，介绍综合计算机技术、自动控制技术以及通用工业自动控制装置；第三篇为紧急停车系统，介绍了紧急停车系统的概念、特点及目前国内应用较多的几种紧急停车系统；第四篇为火气报警保护系统，介绍了火气报警保护系统的概念、组成与紧急停车系统的异同，对火灾及气体的检测方法，火灾和气体的报警及联锁等。内容简明扼要，并且每章都提出学习目标和一定量的思考与练习题，书末附有FX2系列PLC功能指令总表，便于教学和自学。

本书可作为仪表维修工技术培训和职业技能鉴定教材，也可作为中、高职业院校仪表控制专业学生的实训教材，并供广大自控工程技术人员参考。
	 
	 
	 

目录
第一篇信号报警与联锁保护1
第1章信号报警与联锁保护2
11报警、联锁及安全保护概述2

111信号报警2

112联锁4

113安全联锁6

12报警、联锁的实现方式6

121实现报警、联锁的逻辑元件6

122大型联锁逻辑控制系统8

思考与练习8

第2章信号报警与联锁保护系统的设计及应用10

21信号报警与联锁保护系统的设计10

211信号报警与联锁保护系统设计的基本要求10

212信号报警与联锁保护系统设计的注意事项11

213报警、联锁和安全保护的设置原则13

214信号报警和联锁保护系统中的检测元件和

执行元件的选型和设置14

22报警、联锁的基本环节15

221自复位环节15

222手动复位环节15

223旁路环节15

224延时环节16

225表决环节16

23报警、联锁功能图16

231报警、联锁功能图16

232功能块17

24信号报警与联锁保护系统的投运及维护23

241信号报警与联锁保护系统的投运23

242信号报警与联锁保护系统的维护24

思考与练习26

第二篇可编程控制器技术27

第3章可编程控制器的结构与工作原理28

31可编程控制器概述28

311可编程控制器的产生与定义28

312PLC的主要功能与特点30

313PLC的分类35

314PLC与其他工业控制装置的比较38

32可编程控制器的结构与工作原理39

321PLC的硬件结构39

322PLC的组成40

323可编程控制器的工作原理50

324可编程控制器的I／O响应时间53

325PLC的软件系统及常用编程语言54

326PLC的主要性能指标57

思考与练习58

第4章日本三菱可编程控制器及其指令系统60

41日本三菱可编程控制器概述60

411三菱公司产品60

412FX2系列可编程控制器61

42FX2系列可编程控制器的内部编程元件66

421输入继电器（X）66

422输出继电器（Y）67

423辅助继电器（M）68

424状态元件（S）69

425定时器（T）70

426计数器（C）72

43FX2系列可编程控制器的基本编程指令73

431逻辑取及线圈驱动指令（LD、LDI、OUT）73

432触点串联指令（AND、ANI）75

433触点并联指令（OR、ORI）76

434串联电路块的并联（ORB）77

435并联电路块的串联（ANB）78

436多重输出电路（MPS／MRD／MPP）79

437主控指令（MC／MCR）80

438置位及复位指令（SET、RST）82

439脉冲输出指令（PLS、PLF）83

4310空操作指令（NOP）84

4311程序结束指令（END）86

4312梯形图的编程规则86

44FX2系列可编程控制器的步进顺控指令88

441状态转移图（SFC图）88

442步进顺控指令（STL、RET）及步进梯形

图（STL图）90

443分支流程的编程94

45FX2系列可编程控制器的功能指令99

451FX2系列可编程控制器数据类软元件100

452数据格式103

453功能指令的基本格式及使用要素104

454常用功能指令106

思考与练习121

第5章PLC应用实例127

51PLC在化工生产过程中的应用127

511工艺参数越限报警PLC控制系统127

512区别第一故障参数越限报警PLC控制系统128

513三取二联锁PLC控制系统131

514物料自动混合PLC控制系统133

52PLC在电动机控制中的应用136

521三相异步电动机的正反停控制136

522三相异步电动机的Y△降压启动控制138

53PLC在交通信号灯控制上的应用140

思考与练习146

第6章PLC控制系统的设计与使用151

61PLC控制系统的设计151

611PLC控制系统设计的基本原则152

612PLC控制系统设计的一般步骤152

613PLC的选型156

614PLC输入电路设计160

615PLC输出电路的设计161

616供电设计与接地164

62简化PLC输入、输出点数的方法165

621输入点数的简化方法165

622输出点数的简化方法167

63PLC控制系统的安装、调试及维护169

631PLC控制系统的安装169

632PLC控制系统的调试运行170

633PLC控制系统的维护和保养171

思考与练习176

第7章可编程控制器网络177

71可编程控制器网络概述177

711PLC网络的拓扑结构178

712PLC网络的通信介质179

713PLC网络的通信180

72可编程序控制器的典型网络184

721上位连接系统184

722下位连接系统185

723复合型PLC网络189

思考与练习190

第三篇紧急停车系统193

第8章紧急停车系统概述194

81ESD系统的定义及特点194

82ESD的发展及主要产品介绍196

821ESD系统主要的通用安全标准196

822ESD主要产品介绍198

思考与练习201

第9章TRICON紧急停车系统202

91TRICON系统概述202

911什么是TRICON202

912什么是冗余容错202

913TRICON系统的特点203

92TRICON控制器的基本结构及工作过程204

921三重化结构204

922物理结构205

93TRICON系统的硬件组成及功能206

931TRICON系统的机架结构206

932主处理器模件210

933电源模件211

934总线212

935通信模件214

93６数字输入模件（DI）217

937模拟输入模件（AI）219

938脉冲输入模件（PI）220

939热电偶输入模件220

9310数字输出模件221

9311模拟输出模件（AO）224

9312继电器输出模件（RO）225

9313RXM模件225

9314端子板及连接电缆225

94TRISTATION 1131编程系统230

941工作平台和各种元素231

942建立项目的基本步骤238

943运行中TRISTATION（工程师站）的管理250

95TRICON系统的诊断与维护251

951TRICON系统的诊断251

952TRICON系统的维护255

953报警、故障的确认和处理256

96TRICON系统的应用举例259

思考与练习262

第四篇火气报警保护系统265

第10章火气报警保护系统概述266

101火气报警保护系统的基本概念266

102火气报警保护系统的基本构成267

103火气报警保护系统对信号的监测268

104火气报警保护系统与紧急停车保护系统的异同270

1041火气报警保护系统与紧急停车保护系统的

相同点270

1042火气报警保护系统与紧急停车保护系统的

不同点270

思考与练习271

第11章火灾和气体的检测272

111火灾的检测272

112气体的检测274

1121气体检测器及其气体检测方法的分类274

1122电化学式气体测量传感器274

1123接触燃烧式的气体传感器277

思考与练习278

第12章火灾和气体的报警及联锁280

121火灾和气体的报警280

1211现场报警280

1212控制室的报警281

1213远程报警282

122保护和联锁283

思考与练习284

附录285

FX2系列PLC功能指令总表286

参考文献297