6ES7231-0HC22-0XA8原装代理

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国内外的各制造行业厂商历来重视制造过程中的安全与保护。随着产能的不断提升，厂商对设备自动化的要求越来越高，机器和设备也越来越复杂、速度也越来越快。因此，厂商对这些机器的安全要求也越来越高。我们既要能够保安全、可靠性，又要保灵活、易维护性。这就对安全元器件的正确和合理的设计和选择提出了一定的要求。
安全功能在工业设备上的使用在发达国家已十分普及，例如，在欧洲有强制的安全标准，达不到相应安全等级的设备不能投产；在美国则依靠高额的事故赔偿来强制设备的安全性。通常，我们可以参照以下欧洲标准进行设备的设计：
EN 1050-1996 机械安全 风险评价
EN 292－1：1991 机器安全 基本概念与设计通则
EN 954-1 机械安全 控制系统有关安全部件 *1部分 设计通则
EN/IEC 60204 机械安全 机械电气设备
EN/ISO 13894 机械的安全 控制系统有关的安全部件
EN/IEC 61508 主要涵盖了电气/电子/可编程电子系统的功能安全
EN 418 紧急制动设备
EN 1088 与保护装置有关的连锁装置 设计和选择原则
EN 12415 机床 安全 小型数控车床和车削中心
EN 12417 机床 安全 加工中心
EN 12478 机床 安全 大型数控车床和车削中心
EN 692：1996 机械压力机安全
EN 693：2000 机床安全 液压机
EN 1550：1997 机床安全 工件夹紧用卡盘设计和制造的安全要求
      在这方面我国还处于起步阶段，很多有一定危险性的设备没有任何安全保护措施，这也是工厂事故频发的一个重要原因。随着国家对此重视程度的提高和以人为本理念的逐渐深入人心，设备的安全性正得到越来越多的重视。
设备的安全性能由机械安全防护和电气安全控制两方面组成。机械安全防护在本文不做过多介绍，下面详细介绍电气安全控制的原理及应用。
安全控制系统必须提供一种高度可靠的安全保护手段，较大限度地避免机器的不安全状态、保护生产装置和人身安全，防止恶性事故的发生、减少损失。该系统在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护操作期间对机器设备提供安全保护。一旦当机器设备本身出现危险，或由于人为原因而导致危险时，系统立即做出反应并输出正确信号，使机器安全停车，以阻止危险的发生或事故的扩散。
一套安全控制系统，由安全输入信号（即安全功能，如紧急停止信号、安全门信号等）、安全控制模块（如安全继电器、安全PLC）、和被控输出元件（如主接触器、阀等）三部分组成。
要使设备达到相应的安全等级就离不开必要的安全元件和安全线路，常见的安全元件有急停按钮、双手按钮、安全门开关、安全光栅等。这些元件通过线路（一般是双回路）连接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因为它不具备安全功能。
具有安全要求的机器中，普通的继电器或者PLC被广泛地作为控制模块，对安全功能进行监控。从表面看来，这样的机器在一定条件下也能够保证安全性。但是，当普通的继电器和PLC由于自身缺陷或外界原因导致功能失效时（如触点熔焊、电气短路、处理器紊乱等故障），就会丢失安全保护功能，引发事故。
而对于安全控制模块，由于其采用冗余、多样的结构，加之以自我和监控、可靠电气元件、反馈回路等安全措施，保证在本身缺陷或外部故障的情况下，依然能够保证安全功能，并且可以及时的将故障出来。从而在较大程度上保证了整个安全控制系统的正常运行，保护了人和机器的安全。

电气安全控制的方式大致分为以下几种：
1.用普通继电器搭建有自锁和互锁功能的双回路线路。这种是较原始的安全控制方式，能达到较低的安全等级。其优点是廉，缺点是维护和改造十分复杂，无法监控。
2.使用安全继电器搭建安全回路。上个世纪随着安全继电器的出现，它已经越来越多的应用于各种工业设备中。可以用于控制单一安全功能，适用于小型的安全控制系统。其安全输出通常有继电器触点输出或晶体管输出。无论采用何种形式的输出结构，安全继电器都能够保证至少2个通道进行输出的控制。在一个输出通道出现故障的情况下，另外一个冗余的通道依然能够保证安全继电器的安全功能，并且及时出故障通道。常见的安全继电器品牌有皮尔兹、施迈赛等，现在西门子、欧姆龙等系统集成商也都相继推出了自己的安全继电器产品。此控制方式成本适中，能达到较高的安全等级，但如果安全元件多线路依然比较复杂，不适于大型生产线。
3.使用安全PLC进行安全控制。安全可编程控制器的CPU采用冗余的多处理器结构。各个处理器之间相互监控，一旦出现不一致，立刻使控制器处于安全状态，并且发出报警信息；同时，安全可编程控制器对内部的RAM，EPROM，输入输出寄存器等元件进行实时监控，并且采用特殊的测试脉冲对输入信号和输出被控元件进行，一旦出现任何不安全隐患，控制器立刻切换至安全保护状态。安全总线系统适用于大型、离散式的安全控制系统。其原理是在现有工业现场总线的基础上，采用了一系列的时间检测、地址检测、连接检测和CRC冗余校验等措施，达到高的安全等级。安全PLC是上世纪末出现的产品，他的优点是可编程性能强大，使用安全总线能实现很高要求的安全控制，但成本较高。
4.使用可编程安全继电器进行安全控制。可编程安全继电器是近年推出的安全产品，它介于安全PLC和安全继电器之间，即具有一定的可编程性，价格却不是很高。安全继电器是一个多功能、可自由配置的模块化安全系统。与其他普通安全继电器不同，可编程安全继电器的安全电路可在个人电脑上使用图形配置工具生成。通过基础模块上的RS232接口可以直接向可编程安全继电器写入程序。
安全继电器及安全PLC在制造行业的应用设计

以上简单介绍了安全控制的几种方式，那么与安全等级密切相关的安全元件是如何达到安全控制的目的的呢？下面进行分类介绍：
1.防短路功能。安全线路一般使用双回路控制，即使有一条线路发生短路，依然能防止设备在不满足要求的状态下运行，另外安全继电器和安全PLC都有短路诊断功能。
2.放粘连功能。安全继电器与普通继电器不同，普通继电器在长时间电弧的作用下有可能发生触点的粘连，而安全继电器由于其特殊的结构，能保证在回路不满足条件的情况下触点强制断开。
3.安全区域功能。通过安全门锁和安全光栅行程*的安全区域，一旦进入安全门或穿越光栅，在安全控制的作用下设备能够强制停机，保证生产人员的安全。
4.冗余功能。安全PLC和安全总线都具有冗余功能，确保在外界干扰下的安全性能不受影响。
对于安全功能4个以下的单台设备或流水线，我们可以使用紧凑型安全继电器。例如，在动力车间中的单台数控机床，其安全功能通常包括数个紧急停止按钮、一扇至二扇安全门，并且安全等级在3级以上。对于这样一个应用，我们可以采用一个紧凑型安全继电器控制所有的紧急停止按钮；再使用1/2个紧凑型安全继电器控制1/2扇安全门。任何一个安全继电器被触发，安全输出必须切断相关负载（如控制轴运动的变频器或伺服）。
对于安全功能在4至14个的设备或流水线，我们推荐使用模块化的可编程安全继电器来得到更高的灵活性和更低的成本。我们以一条油漆自动化线为例，在此生产区域中，通常包括在安装在喷涂区域进出口的2对安全光栅、4/8个安全门、若干个紧急停止按钮、2套屏蔽传感器，并且安全等级在3级以上。我们当然可以选用紧凑型的安全继电器来实现以上安全功能。但是这种解决方案的成本较高、接线繁琐、故障诊断困难。而可编程安全继电器的应用，不但能够可靠、的完成安全功能，并且能够从设计、购买、维护中降。
对于安全功能在数十个以上、或者大部分的安全功能都离散分布的现场，可编程安全PLC系统和安全总线系统可以使复杂的安全控制变得简便、清晰。在大型冲压流水线中，安全PLC都有成功的应用案例。通常，一条冲压流水线高10m，长50m，分为涂油、冲压、剪切 等几个工作区域。每个区域都有 2扇冲程门和若干的紧急停止按钮；外围还需要有安全光栅保护换模区域；此外冲压机械中还有大量的安全信号（比如上死点、阀信号等）需要接入安全控制系统，并且以复杂的逻辑关系贯穿于整个安全控制回路。在这种情况下，可编程安全继电器和安全总线系统是较为合适的解决方案。安全PLC可以简便的实现复杂的逻辑关系。通过安全总线可以将分散在现场的安全输入信号通过一根电缆集中至主站进行控制。
在我国的生产制造行业，各种安全控制系统已经得到广泛应用。以汽车行业为例，合资企业使用欧美的进口设备，一般都具有较高的安全等级，例如一汽大众、上海大众、上海通用的生产车间就是如此。而多数民族汽车品牌大都使用国产设备，如奇瑞汽车，长城汽车等，在其冲压焊装和总装线上大范围使用了国产设备，也大都配备了安全继电器和安全PLC等安全控制系统，提高了生产的安全性。随着以人为本理念的深入贯彻，相信安全控制在未来的工业生产中将得到更加广泛的应用。

 高炉煤气是高炉炼铁过程中产生的气体，含量很高，是一种毒性很强的低热值气体，也是钢铁企业内部生产使用的重要二次能源。吨铁煤气热量相当于170Kg～180Kg标准煤，充分利用高炉煤气是钢厂节能降耗的重要工作之一。

高炉煤气中夹带着很多粉尘，称之为荒煤气，不进行除尘净化将无法使用。因此，荒煤气的净化是高炉煤气利用不可缺少的环节。这首先要经过粗除尘，除掉大颗粒粉尘，然后进行精除尘，精除尘后的煤气称之为净煤气。一般情况下，煤气用户要求净煤气含尘量小于10mg/m3，经过净化的高炉煤气不仅可以用于余压发电，还可以提供给热风炉等用户进行再利用。

干法布袋除尘技术的发展

干法布袋除尘器在我国发展较早，20世纪70年代初期就用于中小型高炉，取得了很好的效果。**干法布袋除尘器于1974年11月在涉县铁厂13m3高炉上建成；1981年5月在临钢3号高炉上建成**座100m3高炉煤气干法布袋除尘器，效果显著。到了20世纪90年代末期，电磁脉冲阀的采用，使得布袋清灰方式由反吹风改为脉冲喷吹清灰，过滤方式由内滤式改为外滤式，并采用玻纤针刺毡等新滤料，使高炉煤气干法布袋除尘工艺由大布袋反吹风方式发展为固定列管式喷吹清灰方式。干法除尘技术获得了新生，进入了新的发展阶段。

近年来，冶金行业无论是新建或者是旧高炉的扩建，中小型高炉相继改为新型高炉煤气干法布袋除尘工艺系统。经过持续的应用和改进，干法布袋除尘技术在中小高炉除尘上已趋近成熟。

大型高炉煤气干法布袋除尘技术

中小高炉上干法布袋除尘器的成功使用，为大型高炉上采用干法布袋除尘器奠定了基础。同时，大型高炉设备完善，炉料条件比较好且稳定，冶炼操作过程平稳，煤气温度、压力、含湿量等波动较小，煤气含灰量也比小型高炉低，理论上比中小高炉更具备采用干法布袋除尘的条件。

但是，由于大型高炉煤气发生量多，势必要成倍增加箱体数量，而每个箱体上均有阀门、补偿器、一次仪表等，这使得整个干法除尘器的故障点大量增多，同时占地面积也大大增加。为解决大高炉干法除尘器箱体数量多、可靠性低的缺点，瑞帆企业在干法除尘工艺、设备、关键配套件、输灰系统等方面做了系统深入的研究。通过大量的论证，瑞帆企业对小型高炉干法除尘进行了大量的技术改进，并通过包钢6座高炉、宝钢2500m3、唐钢3200m3高炉干法除尘应用实践证明，在大高炉上采用干法除尘完全是可行的。

在大型高炉煤气干法布袋除尘技术中有这样几个关键技术：一是荒煤气高低温对策，采用高炉炉顶喷雾打水和荒煤气放散系统相结合的工艺方式。二是采用大直径箱体，减少占地面积，降低配套阀门、仪表电器等设备的一次投资及维护成本，以便维护。三是双向电磁脉冲喷吹技术。四是采用压力可调式正压气力输送装置，具有投资小、运行费用低、故障少、密封性好、输灰过程**次污染等优点。
五是除尘内部结构优化，在气流分布和安全方面做了大量工作。六是滤料选择合理，选用了耐高温、抗折性、抗拉性较好的P84复合针刺毡滤料。七是在选用的阀门内喷涂了耐磨的涂层，密封圈选用了耐高温、高强度的材料。八是补偿器的不锈钢材质选用耐氯、硫、耐酸腐蚀强的材质。就是系统采用了PLC或DCS自动控制，工艺控制更加可靠。
大型高炉煤气干法除尘推广任重而道远

高炉煤气干法布袋具有除尘基本不用水、无污染、能耗小、运行费低等优点，能产生很大的经济效益，位于国家钢铁行业当前首要推广的“三干一电”（高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦和高炉煤气余压发电）**，是一项有效的重大综合节能环保技术，它在全国高炉上的推广应用，对我国钢铁工业可持续发展和提高竞争力具有重要意义。

但是，在推动大型高炉煤气干式除尘的具体实施过程中，必须以科学态度认真对待。不同钢铁厂原料不同，冶炼强度不同；各地气侯条件不同，产生的高炉煤气含灰含尘性质不同，对干式除尘工艺要求也不尽相同，不能生搬硬套，工艺设计人员必须按不同条件认真区别对待，针对性设计才能使工艺逐步完善。目前高炉煤气干式除尘技术尚存在一些薄弱环节，有待各方面技术人员去研究、逐步完善

1 引言
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的较有效、较便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。

2 PLC系统设备选型
PLC较主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。
目前市场上的PLC产品众多，国外**品牌有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手。
2.1 确定PLC 控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。
中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。
大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。
2.2 确定PLC I/O 点的类型
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。
电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。
2.3 确定PLC编程工具
（1） 一般的手持编程器编程。 手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。
（2） 图形编程器编程。图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。
（3） 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率较高的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。
3 PLC控制系统的设计
PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
3.1 PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。
（1） PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。
（2） PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应可以选择继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。
对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
（3） PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:
隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1**隔离变压器，并将中性点经电容接地。
屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。
布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
3.2 PLC 控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的较关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
（1） PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
（2） PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。
在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。
（3） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程必须遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用，*用复杂的程序来减少触点使用次数。
同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。
如果要使PLC多个输出为固定值 1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。
对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。
模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。
 
4 PLC控制系统程序的调试
PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。
4.1 I/O端子测试
用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。
我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。
4.2 系统调试
系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。
把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:
（1） 对每一个现场信号和控制量做单独测试;
（2） 检查硬件/修改程序;
（3） 对现场信号和控制量做综合测试;
（4） 带设备调试;
（5） 调试结束。