PLC课程设计炉窑温度控制系统设计

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1、 贵州大学PLC课程设计PLC课程设计 设计题目： 炉窑温度控制系统设计 学 院： 职业技术学院 专 业： 自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2011年6月 15日 前言 可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成

2、软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过

3、程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单； 适应性好； 功能完善，接口功能强。 从20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家熟悉的传统控制系统。到20世纪60年代，小型计算机的发展仍未能满足人们所需要的要求。1968年

4、美国通用汽车公司招标，对新的汽车流水线控制系统提出具体要求。随着PLC功能的不断完善，性价比的不断提高，PLC的应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC的应用范围通常可分为开关逻辑控制、运动控制、过程控制、机械加工中的数字控制、机器人控制、通信和联网等。PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本相同。无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC都是由CPU、存储器、I/O接口单元及扩展接口和扩展部件、外设接口及外设和电源等部分组成，各部分之间通过系统总线连接。关键词：

5、恒温养护炉温度控制；PID算法；PLC编程；目录绪论第一章 炉窑温度控制系统设计的内容及要求第一章 系统硬件设计2.1 选取PLC的类型及容量.2.2 温度传感器的选择.2.3 控制开关及电动机的选择.第二章 I/O地址的分配3.1 I/O地址的简介3.2 系统各元件对应的I/O地址.第三章 软件系统的设计.4.1 S7200软件的介绍.4.2 系统PID算法及流程图.4.2.1 PID算法的简介.4.2.2 PID算法的数字化处理.4.2.3 程序流程图.4.3 主程序清单.4.4 程序编辑和调试.第四章 总结.参考文献.绪论人类社会已经进入了工业高度发达的时代，现在我们对各种工业产品的要求

6、已经从原来的量向质转变，对各种工业产品的要求越来越高，因此，对各种生产设备及过程控制的要求也越来越严格，对各种工业生产环境的要求也越来越高。在当今的工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种常见的过程变化量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。温度控制系统是比较常见的，是典型的过程控制系统。温度是工业生产中重要的被控制参数之一，冶金、机械、食品、化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉，对工业的处理温度等均需要对温度进行严格控制。这方面的应用大多基于单片机进行PID控制，然而单片机的DDC系统软件硬件设计较为复杂，特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处，但PLC在这方面却是公

7、认的最佳选择。 在恒温养护炉的产品生产过程中，炉窖内的温度控制是一个非常重要的环节，因此对温度的控制要求也很严格，它不能低于或高于生产设备正常工作的温度值太多。养护炉内温度控制需要通过对气流量的控制来实现，必须对炉内温度的升温、恒温和降温进行精确的控制，对炉内温度的控制的好坏直接关系到生产产品的质量、生产率和厂家的生产成本以及安全。本文针对养护炉内恒温过程，在PID调节方法中，采用西门子S7-200 PLC，实现了养护炉温度精确控制的效果。在工业生产过程当中，常常需要用闭环控制方法来控制温度、压力、流量和液位连续变化的量。PID调节是经典控制理论中最典型的用于闭环控制系统的调节方法。 本设计通

8、过结合PID算法，运用S7200软件以及以前所学的知识，经过对任务的分析，设计，编程，调试来完成。 第一章 炉窑温度控制系统设计的内容及要求 1.1 任务描述某恒温养护炉根据工艺控制要求，需要对养护炉窑内的温度进行严格的控制，炉窑温度控制系统的示意图如图1 所示，图中有两个炉窑，分别设置有启动、停止和急停的按钮开关，同时还设有总启动和总停止按钮。要求设计满足下述控制要求的程序。 1.2 控制要求 （1）系统总的控制过程 按下总启动按钮后，允许两个炉窑按照各自的控制要求运行，如果按下总停止按钮，则禁止系统运行。 （2）每个炉窑具体的控制要求如下：按下启动按钮，启动风机电机，使炉窑内的热气流循环；

9、 打开进气阀，使热气流（蒸汽）进入炉窑； 经过一定时间的恒温控制（如10h），关闭进气阀。 打开排气阀，排出热气流； 按下停止按钮，则关闭风机，延时10s后关闭排气阀； 按下急停按钮，禁止各窑输出控制（即关闭风机电机、排气阀、进气阀）； 每个炉窑的进气阀只有在总进气阀打开5s后才能打开； 只要一个炉窑的进气阀需要排气，就要打开总排气阀；每个炉窑通过一只热敏电阻进行温度检测。（3） 系统组成总体结构 根据本次设计系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件设计和软件设计两部分。系统硬件框图如下图所示：整个控制系统是一个相对联系的结合体，但是又可以分开讨论。当被控对象为

10、炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经变送器将温度值转换成电信号送入PLC模块。PLC将这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出控制信号，经电动调节阀的控制，达到温度的恒温控制,下面为温度控制流程图：炉窑温度采集 比较判断PID算法输出控制NY图3.1炉窑温度控制系统流程图高炉煤气流量采集 比较判断PID算法输出控制NY图3.2高炉煤气流量控制系统流程图燃烧空气流量采集 比较判断PID算法输出控制NY图3.3燃烧空气流量控制系统流程图冷却空气流量采集 比较判断PID算法输出控制NY图3.4冷却空气控制系统流程图皮带秤石料采集 比较判断PID算法输出控制NY图3.5皮带秤控制系

11、统流程图 流程图是流经一个系统的信息流、观点流或部件流的图形代表。在企业中，流程图主要用来说明某一过程。这种过程既可以是生产线上的工艺流程，也可以是完成一项任务必需的管理过程。 流程图作为一种直观的图形，对准确了解事情是如何进行的，以及决定应如何改进过程极有帮助。画出正确的流程图不仅可以帮我们直观的分析设计的过程，也能让我们更清楚明了的看见控制系统运作方向。炉窑温度控制系统流程图如下所示：可控阀门石灰窑炉温度传感 器给定温度S7-200PLCCPU运算处理变送器图3.6 温度系统硬件框图可控阀门煤气输送管道煤气流量传感器给定流量S7-200PLCCPU运算处理变送器图3.7 高炉煤气系统硬件框

12、图可控阀门燃烧空气输送管道燃烧空气流量传感器给定流量S7-200PLCCPU运算处理变送器图3.8燃烧空气系统硬件框图可控阀门冷却空气输送管道冷却空气传感器给定流量S7-200PLCCPU运算处理变送器图3.9 冷却空气系统硬件框图可控阀门上料皮带皮带秤传感器给定值S7-200PLCCPU运算处理变送器图3.10 皮带秤系统硬件框图 1.3 炉窑内的温度控制 炉窑内的温度控制通常采用模糊控制算法或PID算法。本设计要求采用PID 算法，每个炉窑的进气阀采用电动阀（模拟量输出），通过调节电动阀门的开度来调节蒸汽进气量，完成恒温控制。第二章 系统硬件设计2.1 选取PLC的类型及容量 S7-200

13、 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用。S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。控制核心采用西门子PLC的CPU224，提供数字量输入点数14点，数字量输出点数10点(提供给扩展单元DC5V电流能力为660mA)，完全满足系统的数字量和开关量输入输出点数的要求。CPU224本身不具备模拟量输入和输出单元，SiemensS7-200 主要功能模块介绍： (1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中