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1、-课程名称：PLC课程设计设计题目：加热反响炉PLC控制系统的设计院系：专业：年级：*：指导教师：年月日. z.-课程设计任务书专业*开题日期：年3月23日完成日期：年6月28日题目加热反响炉PLC控制系统的设计一、设计的目的加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。这方面的应用大多是基于单片机进展PID控制,然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最正确选择。采用 PLC来对反响炉进展全自动控制，提高生产效率，并且降低劳动力本钱。二、设计的内容及要求对反响炉的控制主要分为3个阶段。第一阶段，送料控制，检测下液面、炉内温
2、度和炉内压力是否小于给定值，假设是则开启排气阀和进料阀。当液位上升到上液位设定值时，关闭排气阀和进料阀。延时20S，开启氮气阀,氮气进入反响炉，炉内压力上升。当压力上升到给定值时，关闭氮气阀。第二阶段，加热反响控制，接通反响炉电源,开场对反响炉加温。当温度上升到给定值时，切断加热电源。延时10min，加热过程完毕。第三阶段，泄放控制，翻开排气阀使炉内压力降到给定值以下，翻开泄放阀，当炉内溶液下降到下液面以下，关闭泄放阀和排气阀。系统恢复到原始状态准备进入下一循环。 三、指导教师评语四、成绩指导教师 (签章) 年月日. z.-摘 要从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的开展，在这时期
3、，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在*些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。这方面的应用大多是基于单片机进展PID控制,然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然
4、而PLC在这方面却是公认的最正确选择。加热炉温度是一个大惯性系统，一般采用双闭环调节进展控制。本设计是利用西门子S7-300PLC控制加热炉温度的控制系统。首先介绍了温度控制系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-300PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。关键词：西门子S7-300 PLC 温度控制系统. z.-第1章引言1.1研究的目的和意义加热反响炉是工业生产中常用的重要设备，过去仅依靠人工经历进展操作，往往存在送料、温度、压力等条件变化时不能实施有效控制的问题，产品质量不稳定甚至出现次品，造成原料浪费，给企业带来经济损失。可编程序控制器PLC以其可靠性高、功能强、控制灵活等特
5、点，已成为目前工业现场环境的首选控制装置。它不仅能实现复杂的逻辑顺序控制，还能完成少量模拟量的过程控制，且编程简单，使用方便。使用自动控制系统能有效的提高生产的平安性，大大降低了事故的发生率，并能提高生产效率，使原材料的使用率到达最大。1.2国内外研究现状国际上对加热炉的优化控制开场于70年代，我国从80年代才开场对这方面进展研究。我国现有工业锅炉中，很多设备自动化程度不高，热效率在40左右，随着企业的经济增长模式向依靠技术进步转变，对生产自动化的要求越来越迫切，改变锅炉运行中传统手动、半自动操作方式，实现自动化控制和管理，提高热效率，保障平安运行已经势在必行。在钢铁领域，以前人们对加热炉优化
6、控制研究主要集中在钢坯的升温过程的数学模型、炉温优化设定以及燃烧控制，近年来智能控制技术正逐步被应用到加热炉炉温控制中。我国的加热炉相当一局部还处于基地式仪表控制，表盘显示的水平，软件操作不宜为普通工人所掌握。为改变这种落后状况，有效途径之一就是进展加热炉监测和控制系统的技术改造。加热炉的工作目标是在最短的时间内采取最经济的方式把颅内的钢坯加热到所要求的状态。可编程序控制器的开展加速了热处理自动化，并有与其它工序组成自动热处理线的趋势1。. z.-第2章控制系统设备简介2.1 PLC的定义PLC即可编程控制器Programmable logic Controller，是指以计算机技术为根底的新
7、型工业控制装置。在1987年国际电工委员会International Electrical mittee公布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很严密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。P
8、LC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.2 PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用P
9、LC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC开展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制
10、、温度控制、C等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的开展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员承受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制翻开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短
11、，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备2。2.3 PLC的组成PLC种类繁多，但其组成构造和根本原理根本一样。用PLC实施控制，其实质是按控制功能要求，通过程序按一定算法进展输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，并应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机构造，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等
12、组成。PLC的构造框图如图2.1所示3。图2.1 PLC构造框图1. 中央处理器CPU中央处理单元一般由控制器、运算器和存放器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能控制PLC有条不紊地进展工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。CPU的主要任务是控制用户程序和数据的承受与存储；用扫描的方式通过I/O接口接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像存放器或数据存储器中；诊断PLC内部的工作故障和编程中的语
13、法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后，按指令规定的任务进展数据传输、逻辑或算数运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存放器中的内容、在经输出局部实现输出控制、指标打印和数据通信等功能。不同型号的PLC其CPU芯片是不同的，又采用通用CPU芯片的，有使用厂家自行设计的专用CPU芯片的。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。PLC的功能CPU芯片技术的开展而提高和增强。现在大多数PLC都采用32位CPU，所以，即使是小型的PLC，其性能也不一定比过去大中型的PLC差。2.存储器P
14、LC的存储器包括系统存储器和用户存储器两局部。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有根本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器两局部。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的应用程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器，其内容可由用户任意更改。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据等，用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。而PL
15、C使用的存储器类型有三种：ROM只读存储器、RAM随机存取存储器和EEPROM可电擦出可编程的只读存储器。3. 输入/输出单元PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入/输出接口单元包含两局部：一局部是与被控设备相连接的接口电路，另一局部是输入和输出的映像存放器。输入单元承受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。外部接口电路将这些信号转换成CPU能够识别和处理的信号，并存到输入映像存放器。运行时CPU从输入映像存放器读取输入信息并结合其他元器件最新的信息，按照用户程序进展计算，将有关输出的最新计算结果放到输出映像存放器。输出映像存放器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。4. 电源局部PLC一般使用220V的交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、-12V/+12V、24V等直流电源，整体式的小型PLC还提供一定容量的直流24V电源，供外部有源传感器使用。PLC所采用的看管电源输入电压范围宽、体积小、效率高、抗干扰能力
