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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习目录1 绪论 41.1 加热炉温度掌握的背景及讨论状况41.2 本课题主要讨论内容 5 2 掌握系统的总方案设计 52.1 概述 52.2 掌握方式确定 62.3 检测元件和执行机构的挑选 62.4 掌握算法的挑选和运算 7 2.4.1掌握算法的挑选 7 2.4.2参数的运算 93 系统硬件设计 103.1 温度串级掌握系统主、副回路的设计103.2 基于下位机 PLC 的掌握设计 11 3.2.1可编程掌握器的概述11 3.2.2可编程掌握器的系统结构 12 3.2.3PLC 的硬件及软件 143.2.4 下位机 PLC 的设计过程 153.2
2、.5 PLC 与上位机 MCGS 组态软件 、执行机构之间的通信接线 174 系统软件设计 174.1 概述 174.2 组态软件设计 184.2.1 MCGS 组态软件的概述 184.2.2 MCGS 组态软件的系统构成 184.2.3 组态软件 MCGS 5.5 通用版的介绍 204.2.4 系统主控画面的设计214.3 PLC 软件的程序设计 235 结论 26参考文献 28致谢 291绪论1.1 加热炉温度掌握的背景及讨论状况随着我国国民经济的快速进展，加热炉的应用越来越广泛；加热炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供应合格稳固的蒸汽或热水，以满意负荷的需要；它也是一个复杂的掌握对象，
3、影响加热炉温度恒定的因素很多，因此对加热炉进行掌握是工业过程的一个重要而且困难的问题；在传统掌握方式中，加热炉的电气掌握系统普遍采纳继电器掌握技术，由于采纳固定接线的硬件实现规律掌握，致使掌握系统存在很多缺点，如掌握系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产等；近年来随着运算机掌握技术的进展，并且各企业重视节源效益，对加热炉生产工艺的不断完善和优化，加热炉生产自动化掌握水平也相应提高和不断深化；传统继电器掌握技术逐步被基于运算机技术而产生的PLC 掌握技术所取代；而PLC 本身优异的性能使基于 PLC 掌握的温度掌握系统变的经济、高效、稳固且保护便利；这种温度掌握系统对
4、改造传统的继电器掌握系统有普遍性意义；国际上对加热炉的优化掌握开头于70 岁月，我国从 80 岁月才开头对这方面进行讨论；在钢铁领域，以前人们对加热炉优化掌握讨论主要集中在钢坯的升温过程的数学模型，炉温优化设定及燃烧掌握；近年来智能掌握技术正逐步被应用到加热炉温度掌握中；目前面对节能降耗，提高轧制产品质量和产量设计的加热炉工程掌握运算机系统已广泛应用于现代冶金企业的加热炉生产掌握中；实现加热炉的自动化能够提高加热炉运行的安全性、经济性和劳动生产率、改善劳动条件、削减运行人员；设计一套完善可行的加热炉温度掌握系统有其庞大的经济价值、环保意义；本课题通过对加热炉进行模型辨识，建立典型加热炉温度串级
5、掌握系统的数学模型；使用 PLC 实现掌握系统的设计；应用 MCGS 组态软件，完成上位机的监控界面的设计 1；1.2 本课题主要讨论内容本设计从工业生产的实际需求动身，给出加热炉温度掌握的整体方案，该设计的重点放在 PLC掌握的加热炉温度串级掌握的方案设计上；温度掌握是加热炉掌握的关键，本设计用文献法、归纳分析法、总结法等，对PLC掌握的加热炉温度串级掌握系统各模组的指标进行初步分析，编写并优化掌握PLC程序，建立串级掌握系统的数学模型，设计出掌握系统，并依据过程掌握基本内 容及其掌握策略，对加热炉进行模型辨识，建立典型加热炉温度串级掌握系统的数学模型；使用 PLC实现掌握系统的设计；应用
6、MCGS组态软件完成 PLC掌握的加热炉温度串级掌握系统设计；2掌握系统的总方案设计2.1 概述在生产过程中，一些复杂的环节往往需要进行串级掌握，串级掌握就是具有双回路的掌握；串级掌握系统就其主回路来看是一个定值掌握系统，而副回路就为一个随动系统；以加热炉串级掌握系统为例，在掌握过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路就完成对炉出口温度的“细调”任务；与单回路掌握系统相比，串级掌握系统多用了一个测量变送器与一个掌握器，增加的投资并不多，但掌握成效却有显著提高；其缘由是在串级掌握系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对二次干扰有
7、很强的克服才能；提高了对一次扰动的克服才能和对回路参数变化的自适应才能 2；在加热炉自动掌握系统中，除了应用基于反馈掌握原理而设计的各种调剂器系统外，运算机技术的应用也越来越普及；由于PLC 具有高牢靠性、易于实现等优点，而在工业领域得到广泛应用；系统的工作及构建原理图如图 2-1 所示：f 2f 3f1X1X2主 调节 器副 调节 器y2调剂阀炉膛管壁物料+-+-y1副测量变送器主测量变送器图 2-1 加热炉串级系统框图2.2 掌握方式确定自动掌握方式一般有两种：即开环掌握方式和闭环掌握方式；开环掌握是指掌握装置与被控对象之间只有按次序工作，没有反向联系的掌握过程，依据这种方式组成的系统称为
8、开环掌握系统，其特点是系统的输出量不会对系统的掌握作用发生影响、没有自动修正或补偿的才能；闭环掌握系统刚好相反，就是被控对象与掌握装置之间是有反馈的；这种掌握方式能够检测输出、运算误差并用以订正误差，其输出会通过某种途径变换后反馈给输入端以备对下一次输出结果的调整；因此，闭环掌握方式的输出误差较小；综上所述，本设计定采纳闭环掌握方式；2.3 检测元件和执行机构的挑选(1) 检测元件的挑选被控参数以及其他一些参数、变量的检测和将测量信号传送至掌握器是掌握系统设计中重要的一个环；对被控参数快速、精确的测量是实现高性能掌握的重要前提；检测设备主要是依据被检测参数的性质与系统设计的总体考虑来打算；被检
9、测参数性质的不同、精确度要求、响应速度要求的不同以及对掌握性能的要求的不同都影响检测元件的挑选，要从工艺的合理性、经济性加以考虑；其挑选一般具有以下原就： 尽可能的挑选测量误差小的测量元件； 尽可能的挑选快速响应的测量元件； 挑选翻遍安装的测量元件； 考虑经济以及检测元件的精确度等；本系统需要两个温度传感器：一个安装在炉膛内，另一个安装在出口处；依据检测精度和测量范畴以及以上原就等，选用铂热电阻Pt100 为温度传感器，挑选 JC100G为温度变送器 3；(2) 执行机构的挑选由于本设计应用的是电阻丝加热炉，采纳的是220V 沟通电源作为电阻丝的供应电源，而执行机构主要是用来依据需要来调剂电阻
10、丝上的电压从而达到掌握加热炉温度的目的；因此对于执行机构的挑选选用相对应的MJYD JL20 型单相沟通模块；2.4 掌握算法的挑选和运算2.4.1 掌握算法的挑选掌握算法即所谓的运算机掌握，就是依据规定的算法进行掌握，因此，掌握算法的正确与否直接影响掌握系统的品质，甚至打算整个系统的成败；在工业掌握中，很多掌握过程机理复杂、滞后掌握对象具有变结构、时变等特点；相应的，每个掌握系统都有一个特定的掌握规律；因此每一个掌握系统都有一套与此掌握规律相对应的掌握算法；所谓调剂器参数的整定，就是挑选合适的比例带积分时间和微分时间，使 自动调剂系统工作在正确的状态；调剂器PID参数的整定方法主要有：理论建
11、模法、工程整定法；理论建模法主要依据系统的数学模型，用掌握论的稳固判 据，求得满意工艺运行的调剂器参数，这种方法的缺点是需要知道或能够求出 掌握对象的数学模型，它要用到掌握理论和数学方面的有关学问，比较复杂， 不易为人们所把握，而且理论方法求得的数学模型与被控对象的真实模型仍有 肯定差距；工程整定法有体会试凑法、衰减曲线法、临界比例度法等；经过大量整定实践证明，工程整定法行之有效，故得到了广泛应用；衡量掌握系统工作优劣的依据是掌握系统的性能指标，这里我们给出一个指标：1 /4 衰减曲线或 3/4衰减率，如图 2-2所示： a为第一个波峰的高度， b为其次个波峰的高度： 1/4 衰减曲线为：其次
12、个波峰的高度 / 第一个波峰的高度为 b / a = l/4 ；衰减率为 ab / a =3/44；ab图2-2 1/4 衰减曲线示意图对于反应较快的对象，例如：加热炉给水流量、管道压力、炉膛负压等， 要严格看出 l/4 衰减曲线或 s=3/4衰减率是困难的，这时，往往只能定性的识别， 以波动次数为准，对于要求衰减率为 3/4 的系统，一般以向上波动二次，向下波动一到二次为宜；如过程的数学模型比较复杂或无法精确建模时，可依据何种掌握规律适用于何种过程特性与工艺要求来挑选，各种掌握算法的掌握特点介绍如下：(1) 比例掌握规律 P：采纳 P 掌握规律能较快的克服扰动的影响，使系统稳固下来，但有余差
13、；它适用于掌握通道滞后较小、负荷变化不大、掌握要求不 高、被控参数答应在肯定的范畴内有余差的场合；(2) 比例积分掌握规律 PI：在工程上比例积分掌握规律是应用最为广泛的一种掌握规律；积分能排除余差，它适用于掌握通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不答应有余差的场合；(3) 比例微分掌握规律 PD：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的掌握通道，引入微分掌握规律对于改善系统的动态性能指标，有显著的成效；因此， 对于掌握通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳固性，减 小动态偏差等可选用比例微分掌握规律；(4) 比例积分微分掌握规律 PID： PID 掌握规律是一种较抱负的掌握规律，他
14、在比例的基础上引入积分可以排除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳 定性；它适用于掌握通道时间常数或容量滞后较大、掌握要求较高的场合；应当强调，掌握规律要依据过程特性和工艺要求来选取，决不能说PID 掌握规律具有较好的掌握性能，不分场合均可选用，假如这样，就会给其它工作增加复杂性，并带来参数整定的困难；当采纳PID 掌握器仍达不到工艺要求的掌握品质时，就需要考虑其它的掌握方案；综上所述，本设计中副回路的掌握不要求特殊精确应采纳P 算法，主回路的负荷不大但要求相对较精确，又考虑到复杂程度、简便易于操作等方面所以应采纳 PI 算法；2.4.2 参数的运算在本设计的系统中，主要是掌握加热炉出口处水的温度，使其始终保护在某一恒定的值；综合考虑就本设计以加热炉为例为被控对象，以加热炉出口水温为被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热电压为掌握参数，以PLC为掌握器构成炉温度串级掌握系统，实现加热炉水温的定值掌握；
