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1、南 阳 理 工 学 院毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书电子与电气工程 系 自动化专业 079642 班 学生 万毅 学号 96407072指导教师 殷华文 职称 副教授一、毕业设计（论文）题目：基于 SIEMENS S7-300PLC的夹套锅炉水温控制系统软件设计 二、毕业设计（论文）工作规定 进行的日期：2008 年 2 月 16 日起至 2008 年 6 月 14 日止三、毕业设计（论文）进行地点： 电子信息与控制技术实验 中心变频技术实验室 四、任务书的内容：选题的目的、意义：综合运用计算机、PLC（西门子） 、智能仪表、远程 I/O模块、变频调速器、智能流量调节阀、温度、压力
2、、流量、液位传感器等对模拟工业对象的水槽、夹套锅炉、管道进行控制，运用计算机编程、PLC 编程、控制算法设计、过程控制、工业现场总线技术、电气线路设计等知识和技术对学生进行培养，主要的控制项目有温度、压力、流量、液位等参数的单回路控制，双回路控制。通过以上环节的训练，提高学生对自动化控制系统的设计与调试能力，使学生有能力进入自动化行业发展。主要内容及技术要求：首先由变频器、泵、压力传感器组成恒压供水系统，再由两个调节阀控制两个支路分别给锅炉的夹套和内胆供水，设计制作夹套锅炉（内胆容积约 30升） ，由热电阻、智能仪表温度变送器、SIEMENS S7-300 PLC、接触器、加热器组成温度控制系
3、统。主电路用三相四线制 31.5KW 加热丝加热。由 SIEMENS S7-300 PLC作调节器，设计控制系统软件，实现对锅炉内胆温度控制，并在上位机算计上用组态软件监控。（1）温度设定在 50100可调，稳态误差 2%（2）毕业论文字数 8000-10000字原始数据与资料：电磁流量计： 型号 LDZ-6， 量程 02m3/h输出信号 4 20mA DC。磁力泵： 型号 ZOCQ12， 扬程 12m， 进口 20mm， 出口 12mm， 电源电压 380V。西门子 PLC： S7300，工作电源 220V AC，输出信号 24V DC。智能仪表： AI 708，AI 808P，工作电源 2
4、20V AC，输入信号 420mA/1-5V DC，新型智能电动调节阀： 型号 QSTP16K， 公称通径 DN20mm, 公称压力 1.6Mpa, 工作电源 220V AC， 输出信号 420mA DC。进度安排：年前第十九周：下发毕业设计任务书，明确设计任务，查阅中英文技术资料和进行技术准备。第一周四周：确定设计方案，进行管路安装，实验设备制作。第五周十周：控制系统电路设计。第十一周十四周：控制系统软件设计和调试。第十五周十六周：英文资料翻译、撰写毕业论文，毕业答辩。主要参考资料：1 龚运运 方立友 编著 孙长庚 审 清华大学出版社2 孙洪程 翁唯勤 编 化学工业出版社3 孙洪程 李大字
5、翁唯勤 编 高等教育出版社4 金以慧 主编 方崇智 审校 清华大学出版社5 王树清 等编著 化学工业出版社6 7 柴瑞娟 陈海霞 编著 机械工业出版社英文资料翻译及其它要求：要求有一定的专业英语基础，能够阅读翻译 4000字自动化方面的英文说明资料。研究室主任签名： 年 月 日系分管领导签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日南阳理工学院毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告电子与电气工程 系 自动化 专业课题名称： 基于 SIEMENS S7-300PLC 的夹套锅炉水温控制系统软件设计学生姓名： 万 毅 学 号： 96407072 指导教师： 殷华文 报告日期： 2009.01.
6、02 1、本课题所述涉及的问题在国内（外）的研究现状综过程控制是自动化专业一门重要的基础理论课，由于外购实验设备不便于学习其中的核心技术而且价钱昂贵，不能全面的提升学生的能力。本课题是由殷老师主持的，他根据自动化专业及相关专业教学与实验的要求与特点，基于我院建设工科实验室有关文件和精神，从节约实验经费和培养同学的们实际能力出发，集过程控制与检测技术一体的实验装置，运用了自动控制原理 、 过程控制 、 自动检测技术与传感器等课程的理论与实践知识。压力、流量、液位、温度是实际工业现场经常用到的控制变量，通过对本课题的研究能够很好的掌握这些工业控制变量的特性及控制方式与控制参数之间的组合，能大大的增
7、加实践经验，为以后的工作打下坎的实基础。所以通过本课题的研究既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，还能节约实验经费。此项目的研制在国内外处于先进水平，在我们国内此装置只有浙江天煌教仪有限公司、浙江求是教仪有限公司两家有此类产品，并且全国 85的高校都用这两家公司产品。天煌教仪公司生产的有 TKGK1 型、THJ2 型两种；求是教仪公司生产的有 PCTI 型、PCTII 型、PCTIII 型、PCTPLC 型、PCTFCS 型、PCTDCS 型六种；我们研制的这种是实用经济型的，在一些支持器材上，我们选择了经济实惠的替代品。2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析本
8、课题分阶段进行。首对先温度单回路研究，然后对循环水-温度串级控制研究。第一阶段对温度单回路研究分为两步：第一步：在没有外界扰动下使用 PID控制，得出这时的 PID控制参数及系统的数学模型；第二步：在第一步的基础上，当温度稳定时，在夹套锅炉的夹套层注入冷水，这时用计算机监控，观察响应曲线的变化，调整 PID参数使系统尽快稳定。第一阶段为第二阶段的进行打下坚实的基础，并能预见第二阶段有可能出现的问题。第二阶段对循环水-温度串级控制的研究在使用串级控制方式中，主变量为夹套锅炉内胆温度，副变量为夹套内循环水的流量。第二阶段的难点是主回路的温度的稳定问题：对主回路也言：在给主回路加热过程中，当加热到设
9、定的温度值由于系统的惯性作用温度会继续上升，而副回路响音速度不够快；对副回路也言：当主变量达到设定值时，由于调节阀的关阀时间长，而这时副回路循环水流量大这样就带走了大量的热量使温度降到设定值之下。这时候加大副回路与主回路的参数的匹配力度使主回路的温度尽快达到设定值。本课题任务书提出的任务要求是：系统设计完成后，要求能够使主回路稳定在设定值误差为2%；努力测出主回路副回路的数学模型；在各个环节中使用 PID控制的控制参数。3、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路本课题需要重点研究的问题：（1）温度单回路 PID参数的整定、系统传递函数的得出；（2）在加入扰动后系统监控软件的组态得出正确的
10、响应曲线；（3）在循环水-温度串级控制系统中主副回路中 PID参数整定及匹配问题;(4)串级控制系统主副回路传递函数的得出。解决思路：（1）在对温度单回路的研究中，首先在电脑上装好西门子 STEP7-300 PLC软件和力控组态软件，组态好软硬件，编好程序，在编程的过程中调出 STEP7-300中 PID模块根据自控原理和过程控制有关 PID整定的理论，整定好 PID参数，用力控软件监视系统响应曲线的变化得出系统的响应曲线，从而得出系统的传递函数。（2）在对水循环-温度串级控制系统的研究中，基本方法同（1） ，不同是用到串级工程整定方法。具体整定步骤如下：（1） 、主回路断开，把副回路作为一个
11、单回路控制系统，并按单回路控制系统的参数整定法(如衰减曲线法)，求取副调节器的整定参数值。（2） 、副调节器参数值置于确定数值上，把主回路闭合，副回路作为一个等效环节，这样，主回路又成为一个单回路控制系统。再按单回路衰减曲线整定方法，求取主调节器的整定参数值。（3） 、主调节器参数置于确定数值上，主回路闭合，再按上述方法求取副调节器的整定参数值。至此，完成了一次逼近循环。若控制质量已达到工艺要求，整定即告结束。否则，将副调节器的参数置于确定数值上，再按上述方法求取主调节器整定参数值。如此循环下去，逐步逼近，直到满意的质量指标要求达到为止。 4、完成本课题所必须的工作条件（如工具书、实验设备或实
12、验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等）及解决的办法必须的工作条件：1.智能仪表、调节阀、涡轮流量计、温度传感器及其使用手册2.铝塑管道、手动调节阀、铁支架及其安装工具3.西门子 PLC、变频调速器、磁力泵4.计算机（含 AutoCAD、Matlab、组态王、S7300 编程仿真软件）解决的办法：以上实验设备、实验环境条件、工具书、等完成本课题所必须的工作条件均有学校实验室提供。5、完成本课题的工作方案及进度计划进度安排：年前第十九周：下发毕业设计任务书，明确设计任务，查阅中英文技术资料和进行技术准备，撰写开题报告。年后第一周四周：确定设计方案，进行管路安装，实验设备制作。第五周十周：控制系统电路设计和网络连接。第十一周第十五周：控制系统软件设计和调试。第十六周：英文资料翻译、撰写毕业论文，毕业答辩。6、指导教师审阅意见指导教师（签字）： 年 月 日7、系毕业设计（论文）工作领导小组评审意见领导小组组长（签字）： 系（签章）年 月 日说明：1.本报告必须由承担毕业设计（论文）课题任务的学生在接到“毕业设计（论文）任务书” 、正式开始做毕业设计（论文）的第 2 周或第 3 周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。2.每个毕业设计（论文）课题撰写本报告一份，作为指导教师、毕业设计（论文）指导小组审查学生能否承担该毕业设计（论文）课题任务的依据，并接受学校的抽查。
