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1、控制学院 *班 学生 *毕业设计 第 4 页 共 50 页毕业设计题 目 基于PLC的工业电炉控制设计学 院 控制科学与工程学院专 业 姓 名 学 号 指导教师 二OO七年六月十四日目录摘要3ABSTRACT41 系统简介51.1 选题背景51.2 （热处理）系统结构和工艺流程图62 系统方案确定82.1 系统要求82.2 中央控制器方案选择82.3 工业控制计算机的方案选择82.4 触摸屏在工业电炉中的应用82.5 通讯网络在工业电炉中的应用92.6 光纤在施工现场中的应用92.7 系统方案的确定103 硬件选型及设计113.1 硬件设备选型113.1.1 PLC选型113.1.2 上位机及
2、人机界面（HMI）选型143.1.3 网络硬件及光纤选择143.2 硬件设计153.2.1 PLC I/O外部接线图设计153.2.2 工业电炉系统结构图设计153.2.3 一次回路电气图设计164 软件设计174.1 下位机程序设计174.1.1 程序设计说明174.1.2 下位机程序语句表224.2 上位机程序设计274.3 人机界面程序设计314.3.1 人机界面功能简介314.3.2 触摸屏界面设计314.3.3 操作面板布局图设计355 系统的模拟调试375.1 下位机程序模拟调试375.2 上位机程序模拟调试385.3 人机界面程序模拟调试395.4 网络调试395.5 调试过程中
3、遇到的问题436 操作说明446.1 主要技术指标446.2 系统操作说明446.3 故障自诊断及其处理方法457 总结48致谢50参考文献51附录52基于PLC的工业电炉控制设计摘要本设计利用PLC网络实现自动控制工业电炉。设计中选用西门子S7-300PLC作为控制核心，在硬件结构上采用多重保护，程序中采用时限保护，使得系统具有结构合理，可靠性高，可扩展范围广等特点；设计中采用了台达触摸屏的人机界面，使操作使用更加方便，人员操作更为便捷、灵活，更加人性化；系统采用了MCGS监控组态软件配以研祥工控机，充分利用其强大的实时性、开放性和网络功能，实现了对此系统的计算机监控。通过采用西门子CP34
4、3-1模块和光纤设备，使系统数据能够通过以太网进行远程监控及数据传输更加安全、稳定。整个设计实现了系统的故障自诊断、报警、保护等功能；具有被控制执行机械结构容错能力强等特点。关键词： 热处理；组态软件；网络；光纤；人机界面ABSTRACTThis design use PLC network to put auto-control industrial radiator in to practice .We choose Simens PLC to be the dominator,the adoption has multiple protection on the hardware,ado
5、pt time limit protection to the procedure,this make the system reasonable,credibility and have a move wider area to expand.Adopt man-machine interface to make the operation convenience and lively and humanity;The system adopted MCGS supervision software to go toghter with Evoc industry control compu
6、ter ,make full use of its strong open character and network function,realize the computer supervision to this system.Take advantage of Simens CP343-1 module and fiber equipment,to make the system data can use faraway supervision by ether net ,whitch make the data deliver more safer and stable.The wh
7、ole design achieve the systems self-troubleshooting,give an alarm and protect functions .The execute organization being controllde has the strong ability to permit wrong . Keywords:Heat treatment;configuration software;networks;optical fiber;human-machine interface1 系统简介1.1 选题背景随着计算机技术和自动化技术的发展，计算机控
8、制系统的广泛应用于工业自动化中，极大地提高了工厂装备的技术水平、促进了生产集成化、提高了产品质量、保证了生产的安全可靠。PLC已成为工业自动化1的三大支柱之一。但是在一些老的工业电炉热处理生产线2中，控制方面有的还停留在老式的继电器控制，人工操作等生产模式，既浪费资源而且生产效率、企业效益也不高，迫切的需要设备的技术改造。当今，新时代特征需要新的组织模式，科研与产业信息化、网络化成为必然趋势。“热处理网络化”是将一个地区乃至全国的热处理3车间、专业厂家和科技单位根据各自原有条件进行软、硬资源整合，从宏观角度发挥其自身优势和特点，利用信息和网络技术（主要是Internet/Intranet/Ex
9、tranet）形成动态联盟，建立热处理网络，实现智能化、网络化。当今众多行业利用新的科技成果，缩小企业规模，实现企业重组，提高整合外部资源的范围、规模、层次，把各方联合在一个“虚拟企业”之内，在共同信任的基础上建立一个长久的关系（联盟），以最低成本、最快速度响应市场。国际互联网（Internet）中国模具工业信息网也已于1998年建立，旨在促进中国模具业与世界各国的经贸合作，加强模具企业、模具科研与模具相关的企业、科研单位之间的交流，增强模具业科技实力，宣传我国的模具企业，提高其竞争能力。中国在国际互联网上建立中国模具行业网，国内外商家和科研看为可通过该网详细了解中国模具行业的经济技术、贸易信
10、息及科研水平，在实现企业与市场对话的同时，加强了行业内的信息交流。在其他行业利用新的科技成果快速发展的今天，热处理业的发展面临着巨大的挑战，加快网络化建设是当务之急。基于我国热处理现状和与相关行业的联系必须实现热处理网络化，材料热处理计算机模拟、热处理CAD、热处理专家系统及热处理智能控制等项目的研究和实施，应避免重复，形成协同开发，急特实现热处理网络化，科研与企业相结合有待实现热处理网络化。科学技术的进步，特别是信息和网络技术的发展同科研和生产的密切结合，提供了巨大的技术可能性。热处理生产不仅应重视物流的通畅，更应将其与信息高速公路连为一体，使市场需求、先进工艺、生产设备、生产经验和科研成果
11、等一系列资源通过网络交流与共享。 实现热处理网络化的前景。将极大地促进中国热处理行业与世界各国的合作，加强热处理企业与其相关企业之间的交流，提高其竞争能力。国内外商家可通过热处理网站详细了解中国热处理行业的各种信息。实现企业与市场对话，加强行业内的交流。 及时介绍国内外热处理最新科研和生产信息，入网单位将可免费获得网上信息和图文等资料，智能化地学习和获取工具以及工艺信息，使分布信息共享，避免重复性研究。1.2 （热处理）系统结构和工艺流程图图1-1 热处理生产线俯视示意图工业电炉的系统结构如图1-1热处理生产线俯视示意图所示，热处理工业炉进料门（A门），风冷室进料门（B门），风冷室出料门（C门
12、）和热处理工业炉的出料门（D门）分别靠A门电机，B门电机，C门电机和D门电机带动开启（上升）或关闭（下降）。该系统流程为：料盘首先由A门的电机带动丝杠推杆将料盘推入，到达B门的时候，由B门处的软推杆推进风冷室，再由C丝杠推杆推到D门口处，由D门出的丝杠拉杆拉出来。首先通过手动调整，将A、B、C和D 四处的推杆（拉杆）恢复到后限位处，然后将A、B、C和D门关闭（下降）至下限位处，出料限位开关并不被触及（D门口无料），即完成了自动流程运行前的初始化过程，系统进入自动流程待启状态（具体操作详见三、3手动调整实现系统初始化状态），当自动流程启动以后，首先检测风冷室里的温度是否达到要求的温度400，当温
13、度达到之后，C门开启，当C门到达上限位的时候，C门的丝杠推杆开始前推，（将料盘推入到低温保温炉），直到丝杠触及到前限位开关后推杆后退，当后退触及后限位开关的时候C门开始关闭，当丝杠触及到后限位开关的时候停止，而门碰到下限位开关的时候同样也是停止。这个时候，靠近D门的料盘触及到了D门的料位限位开关，D门开始开启，当触及到上限位开关的时候停止，同时D门丝杠开始前进，到达前限位停止，同时开始后撤，这个时候将最靠近D门的料盘拖出，当D杆触及到中限位的时候，料盘已经脱离了门的位置，这个时候D门开始关闭，当D杆触及到后限位停止，而D门触及到下限位也停止。当C门关闭的同时，B门开启，到达上限位停止，B门的软
14、推杆开始向前推，使料盘进入风冷室，B软推杆到达前限位之后停止，B软杆开始后退，当B软杆推到中限位的时候，B门开始关闭，当B杆到达后限位后停止后退，门到达下限位停止下降，此时，A门上升，当到达上限位后停止上升，同时，A门的丝杠推杆开始前推，到达前限位停止前进并开始后撤，当A丝杠到达中限位的时候，A门开始下落，直到触及到下限位开关，门停止下落，此时A丝杠也触及到后限位，停止后退。一个周期的自动流程完毕。为了充分体现用户的利益，减少进出料过程中的热损耗，尽早关闭A门、B门和D门，而设置丝杠推杆中限位开关，目的是不必等待油缸推杆后拉到后限位即可提前关闭各门。2 系统方案确定 2.1 系统要求实现上述热
15、处理工艺流程的自动化顺序控制，设置必要的保护措施。为确保系统的安全性，当系统某一部分出现故障时(如限位开关被撞坏、炉门打滑等)，PLC能对它们实时监测，记忆锁存，并快速指示报警。在操作方式上，实现既能从进料到出料的整个过程自动化，又能实现各个环节的手动控制；在手动控制时，不仅能在操作室屏上进行控制，也能在现场触摸屏上实现控制。实现系统间的安全联锁，同时将数据通过网络进行上位机传输、完成远程的数据监控等功能。2.2 中央控制器方案选择S7-300 是模块化中小型 PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。具有模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点，使得S7-300 成为各种由小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。西门子系列PLC相比于东方国外品牌（如欧姆龙、三菱等）及国内品牌（力阳等）牌子的质量与稳定性要好一些，与西方品牌（如AB等）价格相比要便宜一些，综合以上原因，为了使系统即稳定又经济，我们选择
