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1、目录密级： NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（20112015年）题 目 基于S7-300PLC的结晶液位控制系统 学 院： 环境与化学工程学院 系 过程装备与测控工程系 专业班级： 测控技术与仪器111班 学生姓名： 吴佳玮 学号： 5801211025 指导教师： 张宇 职称： 讲师 起讫日期： 2015年3月 至 2015年6月 目录南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：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，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的
2、成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：目录基于S7-300PLC的结晶液位控制系统 专 业：测控技术与
3、仪器 学 号：5801211025 学生姓名：吴佳玮 指导教师：张宇摘要结晶器液位是工厂连铸中极其重要的参数，对于铸钢的质量起着至关重要的作用，本文针对国内大型连铸厂的连铸设备，设计一套基于 Simatic S7-300 PLC的液位控制系统。本结晶器液位控制采用西门子S7-300 PLC314-2DP作为下位机实现结晶器塞棒的升降，上位机采用Wincc组态监控软件来观察现场实际情况。编程软件使用STEP V5.5对PLC进行编程。采用单回路闭环控制实现液位PID控制，执行结构是以塞棒与电动伺服缸；液位测量采用电涡流传感器，仿真使用Simulink仿真实现，AD转换使用了AduC812实现液位
4、信号到电流（电压）的转换，并通过数码管实现液位的实时显示。关键字：结晶器；WinCC；S7-300PLC；AduC812；电涡流传感器；目录Mold steel level control system based on S7-300PLCAbstractCasting mold level is extremely important plant parameters, the quality of the cast plays a vital role in this paper for the domestic large-scale continuous casting plant i
5、n continuous casting equipment, design a solution based on the Simatic S7-300 PLC level control system.The mold level control Siemens S7-300 PLC314-2DP as the next crew to realize the mold stopper lift PC using Wincc configuration monitoring software to observe the actual situation. Programming soft
6、ware STEP V5.5 for PLC programming. Single-loop PID control level to achieve closed-loop control, based on the implementation of structural and electric servo-cylinder piston rod; level measurement using eddy current sensors, simulation using Simulink Simulation, AD conversion uses the AduC812 achie
7、ve level signal to a current (voltage) the conversion and the tube to achieve the level of real-time display through digital.Keywords: mold： WinCC; S7-300PLC; AduC812; eddy current sensor;目录目录摘要1Abstract2第一章 绪论11.1 连铸工艺的过程概述11.2 本文研究的目的和主要内容21.2.1 本文研究目的21.2.2 本文研究内容2第二章 控制系统设计12.1 液位检测系统的设计12.1.1 电
8、涡流传感器介绍12.1.2 检测系统电源模块设计22.1.3 电涡流传感器激励信号电路设计32.1.4 检测信号调理电路设计32.1.5 检测信号数据采集及通信电路设计42.1.6 光电隔离抗干扰技术82.2 液位控制系统设计和PID调节92.2.1 闭环控制系统92.2.2 结晶器液位控制系统模型分析92.2.3 PID控制策略112.2.4 液位控制仿真及结果112.2.5 系统仿真和PID参数整定122.2.6 PLC中PID控制算法实现14第三章 S7-300硬件设计163.1 S7-300简介163.1.1 S7-300PLC综述163.1.2 S7-300PLC主要特点163.2
9、S7-300PLC硬件系统163.2.1 机架173.2.2 电源模块173.2.3 输入/输出模块173.2.4 功能模块173.2.5 通信模块183.3 系统硬件组态18第四章 液位控制算法程序编写和调试204.1 SIMATIC STEP7简介204.2 工作过程204.3 控制系统程序流程图214.4 STEP7子程序块简介224.5 STEP7程序编制234.5.1 梯形图经验设计法234.5.2 STEP7软件设计23第五章 WinCC软件和监控界面设计265.1 WinCC组态软件概述265.2 WinCC组态软件的组成265.3 WinCC组态软件的性能特点265.4 Win
10、CC监控界面的设计26第六章 总结和展望286.1 毕业设计的总结286.2 毕业设计展望28参考文献29附录31绪论第一章 绪论1.1 连铸工艺的过程概述连铸是炼钢的核心部分，主要由大包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、液位控制装置、二次冷却装置、拉坯（矫直）装置和切割装置等组成。钢液凝固成型。具体流程如图1.1所示。1.盛钢桶(大包) 2.塞棒 3.中间包 4.一次冷却装置 5.结晶器 6.振动器7.二次冷却装置 8.辊列 9.拉坯矫直机 10.切割装置 11.铸坯传送装置图1.1 连铸机结构示意图浇钢开始，把钢水通过大包运载装置运送到大包上方，然后经过大包底部的孔将钢水送至中间包内，接着
11、打开中间包塞棒，钢水便流入结晶器中。钢水沿着结晶器周边冷凝成胚壳。接着在拉胚机的驱动下将带有液心和引婝装置连在一起的铸胚拉入弧形辊列；铸坯被二次冷凝，拉入矫直机后脱去引锭装置，铸坯在全部凝固下被矫直，最后送至切割成型。主要设备：（1）钢水供应设备：合格钢水送入大包，经真空脱气处理后，将大包送到中间包上方，准备浇注。（2）中间包：接受从钢包浇下来的钢水，再由中间包水口分配到各个结晶器中去。它是连铸机钢水包和结晶器之间钢水的过渡装置，达到稳定钢流，减小钢水对坯壳的冲刷，来提高铸坯质量。中间包的作用如下：1、分流作用。2、连浇作用。中间包存储的钢液在换盛钢桶时起到衔接的作用。3、减压作用。中间包液面
12、高度比盛钢桶低，变化幅度也小，可用来稳定钢液浇铸过程，减小钢水对结晶器凝固坯壳的冲刷。4、保护作用。通过覆盖剂，长水口减少中间包中的钢液受外界的污染。5、清除杂质作用。（3）结晶器及其振动装置：结晶器是连铸设备的核心，特殊的水冷钢锭模。钢液通过结晶器会凝固成坚固的硬壳，形成断面铸坯。（4）二次冷却系统：缸拉出来的胚壳还未冷却完毕，中心仍为高温钢水，为使铸坯继续凝固，从结晶器出口到拉矫机长度内设置一个喷水冷却区。（5）电磁搅拌器：清洗凝固壳表层区的气泡和夹杂物，改善铸坯表面质量。 （6）拉胚矫直机：承担拉坯，矫直钢锭的作用。 （7）切坯装置：拉矫机连续拉出的铸坯，按照成品规格及后步工序的要求切成
13、定尺长度。（8）引锭装置：引锭杆的引锭头用来堵住结晶器的下口，在开浇时使钢水不会漏出。钢水在结晶器中和引锭杆上端的引锭头凝结在一起，通过拉辊的牵引，使铸坯向下运行，当引锭杆拉出拉矫机后，完成引锭的工作，就把引锭杆脱去，进入正常拉坯状态。1.2 本文研究的目的和主要内容1.2.1 本文研究目的连铸环境恶劣，不适合人类现场进行操作，因此提出工业生产的自动化。炼钢的过程中，钢水液位是主要参数，直接影响了钢铁生产的安全与效率。为了解决上述问题，所以我打算采用PLC（可编程控制器）来实现现场生产控制，因为PLC控制及时，稳定，高效。1.2.2 本文研究内容1.电涡流传感器的液位检测；2.液位控制器的PI
14、D设计；3.PLC-300的功能模块；4.STEP7 V5.5和WinCC组态软件的介绍和使用；5.STEP液位控制的程序设计及调试结果。33控制系统设计第二章 控制系统设计2.1 液位检测系统的设计2.1.1 电涡流传感器介绍电涡流传感器原理图如图2.1.1电涡流传感器是利用电涡流效应，将位移，温度等信号转化为电信号，通过控制其他变量不变，从而实现液位线性化的目的。图2.1.1 电涡流传感器原理图电涡流法测钢水液位原理图如图2.1.2图2.1.2 涡流法结晶器钢水液位测量系统原理图检测器由三个匝数相同的绕组构成，当50HZ的高频电压Eout加在差动感应线圈的初级线圈P上时，在结晶器的钢水中产生涡流，受涡流影响的两个次级线圈产生感应电势V1V2的值随结晶器钢水液位的高地（距离h）而变化。钢水液位变化会使得V1V2产生差动电压，经过差动放大，输出420
