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1、电器控制与可编程控制技术课程设计设计题目： 某化工加热炉控制系统设计学 院： 职业技术学院 专 业： 自动化 班 级： 自动职101 2013年 7 月 日设计任务书设计目的1 了解电气控制与可编程控制技术的发展概况、动向和应用领域；2 了解熟悉常用电气控制与可编程控制系统设备的结构机理、电气特性和主要参数；3 理解和掌握基本的控制方法、电气控制、编程方法；4 培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；5 锻炼个人的动手和思维能力；设计任务1. 某化工加热反应釜的组成 某化工加热反应釜的结构示意图如图1 所示。图中排气阀Y1、进料阀Y2、氮气阀Y3和泄放阀Y4都为电磁阀，SL1和SL
2、2为液位传感器，用于检测液面高度，当液位达到给定值时为ON状态，低于给定值时为OFF状态，温度传感器ST和压力传感器SP分别用于检测釜内温度和釜内压力，当温度和压力达到给定值时相应传感器为ON状态，低于给定值时为OFF状态。要求设计符合反应釜加热工艺过程的控制程序。2反应釜加热工艺过程（1）送料控制检测到液面SL2、炉内温度ST、釜内压力SP都小于给定值时，传感器SL2、ST、SP均为OFF状态；打开排气阀Y1和进料阀Y2；当液位上升到液面SL1 时，应关闭排气阀Y1和进料阀Y2；延时20s，打开氮气阀Y3，氮气进入反应釜，釜内压力上升；当压力上升到给定值，即SP为ON状态时，关闭氮气阀Y3，
3、送料过程结束。（2）加热反应过程控制交流接触器KM得电，接通加热器EH的电源；当釜内温度升高到给定值，即ST为ON状态时，交流接触器KM断电，切断加热电源；延时10s，加热过程结束。（3）泄放控制打开排气阀，使釜内压力降到预定最低值，即SP为OFF状态；打开泄放阀，当釜内溶液降至液位下限，即SL2为OFF状态时，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。（4）设置系统的启动按钮和停止按钮。按下启动按钮系统开始工作，按下停止按钮时系统必须在一个循环的工作结束后才能停下来。3设计说明书应包括以下内容（1）系统设计任务分析（2）系统设计方案（3）系统硬件设计PLC的选型、I/O地址分
4、配PLC控制系统的外部接线图（4）系统软件设计程序流程图或功能图控制程序梯形图（5）程序编辑和调试具体要求1、根据指导教师给出的设计任务书编写相关相关程序、画出接线图及仿真系统图。2、在设计任务书中对CPU的选择；输入/输出接口的分配；做出硬件设计、软件设计中的流程图、T型图及PLC外部接线图的过程和依据。3、撰写课程设计任务书电气控制与可编程控制技术课程设计 第 II 页目 录摘要I第一章 设计方案11.1 设计任务书分析11.1 1设计要求 21.1.2 设计分析 21.2 设计思路31.3 设计方案3第二章 硬件设计42.1 功能模块设计42.2 芯片介绍42.2.1 微控制器CPU的选
5、择42.2.2压力传感器42.2.3 温度传感器52.2.4 液位传感器52.3 I/O 地址分配62.4 I/O 接线图6第三章 程序设计73.1 程序设计思路73.2 程序设计工具简介73.2.1 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6的功能和操作简介73.2.2 STEP7-Micro/WIN的窗口组件73.2.3 STEP7-Micro/WIN的入门操作93.2.4 PLC控制程序的上传93.3 S7-200的功能和操作简介103.4 程序流程框图12第四章 系统调试144.1 调试思路144.2 调试方法及过程144.3 问题及解决措施14第五章 总结155.1硬件155.
6、2 程序155.2 运行结果15心得体会16参考文献17附录一 控制原理图18附录二 程序指令表22电气控制与可编程控制技术课程设计 第 3 页摘要 随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域，特别是在自动控制领域取得了长足的发展，有了越来越多的应用。PLC以其可靠性高、灵活性强、易于扩展、通用性强、保用方便等优点，在国民经济建设中得到十分广泛的普及应用。本设计是基于S7-200 PLC编程的某化工加热炉控制系统设计。论述了加热炉控制系统的软硬件设计方案及其控制原理。采用的是顺序控制继电器指令。加热炉在一个周期内的工作由3段组成。加热炉最初在原始状态，当按下启动按钮，加热炉自动循环地工作，若按下
7、停止按钮，加热炉完成本次循环工作后，停止在初始状态。关键词：S7-200；顺序控制继电器指令；循环工作；CPU的选择；传感器；第一章 设计方案1.1 设计任务与分析 1.1.1 设计要求（1）送料控制检测到液面SL2、炉内温度ST、釜内压力SP都小于给定值时，传感器SL2、ST、SP均为OFF状态；打开排气阀Y1和进料阀Y2；当液位上升到液面SL1 时，应关闭排气阀Y1和进料阀Y2；延时20s，打开氮气阀Y3，氮气进入反应釜，釜内压力上升；当压力上升到给定值，即SP为ON状态时，关闭氮气阀Y3，送料过程结束。（2）加热反应过程控制交流接触器KM得电，接通加热器EH的电源；当釜内温度升高到给定值
8、，即ST为ON状态时，交流接触器KM断电，切断加热电源；延时10s，加热过程结束。（3）泄放控制打开排气阀，使釜内压力降到预定最低值，即SP为OFF状态；打开泄放阀，当釜内溶液降至液位下限，即SL2为OFF状态时，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。（4）设置系统的启动按钮和停止按钮。按下启动按钮系统开始工作，按下停止按钮时系统必须在一个循环的工作结束后才能停下来。1.1.2 设计分析在设计刚开始时，考虑的是用一般的电磁阀的接通与断开常见指令控制电磁阀和利用传感器开关来实现控制系统，我使用了顺序控制法把程序设计出来，调试运行后发现，使用顺序控制继电器指令确实是简单了许多，
9、所有的内容一目了然。加热炉在送料控制、加热反应过程控制、泄放控制时，可分别用定时器T38、T36；辅助继电器M0.0、M0.1、M0.2；传感器SL1、SL2、SP、ST来进行控制，因此根据加热炉的反应顺序，可以采用顺序控制继电器指令设计程序能够相对简单的实现此设计任务，把传感器放在不同的位置，就实现了按设计要求规定的周期自动循环控制。1.2 设计思路本次设计采用CPU 222作为主控制器，液位传感器输入液位信息，温度传感器采集温度信息，压力传感器输入压力信息，通过两个按钮实现加热炉的顺序自动控制。1.3 设计方案 S7-200 PLCCPU 222送料控制加热反应过程控制泄放控制中央处理单元
10、：采用CPU 222对整个系统进行控制，（1） 它将温度、压强、液位的数据输送到CPU；（2） 接收温度传感器、压强传感器、液位传感器输入的温度、压力、液位数据，对加热炉的整套实施控制。送料控制模块：采集液位、压力、时间信息输送到CPU并进行需要的控制。加热反应过程控制模块：采集温度、时间信息输送到CPU并进行需要的控制。泄放控制模块：采集液位、压力信息输送到CPU并进行需的控制。电气控制与可编程控制器课程设计 第 25 页第二章 硬件设计2.1 功能模块设计微控制器S7-200 PLCCPU 222温度采集压力采集负载液位采集驱动输出按钮输入2.2 芯片介绍2.2.1 微控制器CPU的选择选
11、择西门子S7-200系列PLC作为加热炉控制系统的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等。加热炉控制系统总共有6个数字量输入，5个数字量输出，共需11个I/O口，根据I/O口数及程序容量，选择西门子系列中具有8个数字量输入，6个数字量输出的CPU222作为本控制系统的主机。2.2.2 压力传感器力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性
12、特性。压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。压阻式传感器常用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。选择力学传感器中压阻式压力传感器作为本控制系统的压力采集2.2.3 温度传感器温度传感器有四种主要类型热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器RTD和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类，工作方式有接触和非接触两种， 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触又称温度计；非接触式温度传感器它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。非接触测温优点：测量上限不受感温
13、元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800以上的高温主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展700以下直至常温都已采用且分辨率很高。本设计要对温度上下数据采集，采用非接触式温度传感器。2.2.4 液位传感器液位传感器可分为两大类：第一类为接触式：包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，侍服液位变送器等。第二类为非接触式：分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。本设计由于要对上下液位的数据采集采用接触式电容式液位变送传感器。2.3 I/O地址分配 加热炉加热控制设计中，需要6个输入点和5个输出点，其输入/输出分配表如表2-3所示表2-3 输入/输出分配表输入 输出功能元件PLC地址功能元件PLC地址启动按钮SB110.0排气阀Y1Q0.1停止按钮SB2I0.1进气阀Y2Q0.2高液位SL1I0.2氮气阀Y3Q0.3低液位SL2I0.3泄放阀Y4Q0.4温度传感器STI0.4加热器EHQ0.5压力传感器SPI0.52.4
