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1、电气控制技术课程设计设计题目：加热反应炉的PLC控制专业班级：电气工程及其自动化1002班姓 名：付艳胜学 号：9210100313指导教师：空辉日 期：2013.07.05-12题目 加热反应炉的 PLC 控制一、概述加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，加热反应炉整体由四个 阀：排气阀、进料阀、氮气阀、泄放阀，四个传感器：压力传感器、温度传感器、上液 面传感器、下液面传感器，锅炉，加热器及加热接触器等组成。加热反应炉是工业生产 中常用的重要设备，过去仅依靠人工进行操作，往往存在送料、温度、压力等条件变化 不能有效控制的问题，产品质量不稳定，造成原料浪费，给企业带来经济损失。因此
2、可 编程序控制器 PLC 以其可靠性高、功能强、控制灵活等特点，且编程简单，使用方便 已成为目前工业现场的首选控制装置。使用自动控制系统能有效的提高生产的安全性， 大大降低了事故的发生率，并能提高生产效率，使原材料的使用率达到最大。在系统中， 硬件上采用技术比较的成熟的可编程逻辑控制器，开发上采用了 PLC 的开关量和模拟 量输入模块，实现对模拟量的采集；方法上运用的是过程控制中常用的反馈与串级控制 方法，保证了系统的稳定性和安全性。觎F阀YV3匕一3yVj压:力传慈器SP1减面柑廳器：55溫度客感器ST OF嵌血传感1 S02一h訂4扯域闽VV4图 1 加热反应炉结构示意图 二、设计任务和要
3、求1.根据上述加热反应炉加热工艺过程，编制PLC控制程序，并画出I/O电气接口图。 2调试程序，模拟运行。三、设计方案1.工艺过程和控制要求1送料控制 检测下液面SQ2、炉内温度ST、炉内压力SP是否都小于给定值（整定值均为逻辑量）。 若是小于给定值，则开启排气阀YV1和进料阀YV2。 当液位上升到上液面SQl时，应关闭排气阀YVl和进料阀YV2。 延时20s,开启氮气阀YV3，氮气进人反应炉，炉内压力上升。 当压力上升到给定值时，即SP=“1”时，关闭氮气阀。2加热反应控制 交流接触器 KM 带电，接通加热炉发热器 EH 的电源。 当温度升高到给定值时（ST： “1”），切断加热器电源，交流
4、接触器KM失电o 延时 10min 加热过程结束。3泄放控制 打开排气阀，使炉内压力降到预定的最低值（SP： “0”）。 打开泄气阀，当炉内溶液降到下液面（SQ2=“0”）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。2 .加热反应炉工作原理加热反应炉温度控制系统基本构成如下图所示，它由PLC主控系统、固态继电器、 加热炉、温度传感器等个部分组成。图2加热反应炉温度控制系统基本组成加热炉温度控制实现过程是 :首先温度传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化PLC可识别的数字量，然后PLC将 系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行比较
5、并经过PID运算处理后，给固态继电器 输入端一个控制信号控制固态继电器的输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止 加热。3 .加热反应炉的输入输出设备表： 根据加热反应炉自动控制系统的要求，需要 6 个输入点， 5 个输出点，共 11 个I/O 点。输入设备输出设备启动按钮加热接触器停止按钮排气阀上液面感应器进料阀下液面感应器氮气阀压力感应器泄放阀温度感应器表14 . I、O 地址表：加热反应炉的输入信号共有 6 个，输出信号共有5 个，均为开关量，其输入输出地 址编排表如下图所示。 量 变SB1SB2值 初O 型 类开关量输入开关量输入开关量输入开关量输入开关量输出开关量输出开关量输出开关量
6、输出开关量输出开关量输入开关量输入开关量输入开光量输入数 值 匕匕 厶冃 功下 液 面 检 测炉 内 温 度上 液 面 检 测炉内压力排 气 阀进料阀氮 气 阀泄放阀加热炉电源定 时 器 时 间 到定 时 器 启 动启 动 按 钮启 动 按 钮定 时 器 时 间表25 .I、O 电器接口图根据I、O地址编排表，其I、O电器接口图如下图所示。科XIY1X2Y2X3Y3X4T斗X5Y5X6PLC0口OCDML图 3 加热反应炉的 PLC I、 O 电器接口图6 . 控制流程图：由加热反应炉控制系统实现的功能，结合 PLC 可以设计如图所示的系统控制流 程。按下启动按钮 SB1 后，系统运行；按下停
7、止按钮 SB2 后，系统停止。第一阶段：送料控制，检测下液面 SL1, 炉内温度 ST, 炉内压力 SP 是否小于给定 值（都为“0）”若 YV1 和进料阀 YV2 。当液位上升到上液位设定值时， SL2=1, 应关 闭排气阀YV1和进料阀YV2。延时10S,开启氮气阀YV3,氮气进入反应炉，炉内压 力上升。当压力上升到给定值时，即SP= 1,关闭氮气阀。送料过程结束。第二阶段：加热反应控制，接通反应炉电源 KM, 开始对反应炉加温。当温度上升 到给定值时（此时信号ST=1），切断加热电源。延时10S，加热过程结束。第三阶段：泄放控制，打开排气阀YV1,使炉内压力降到给定值以下（此时SP=O）
8、。 打开泄放阀 YV4 ，当炉内溶液下降到下液面以下（此时 SL1=0 ）,关闭泄放阀 YV4 和 排气阀 YV1 。系统恢复到原始状态准备进入下一循环。图 4 加热反应炉的控制流程图根据加热反应炉对电气控制系统的要求，本设计控制系统包括手动在内的共 6 个输 入信号：下液面检测信号XI，炉内温度X2上液面检测信号X3,炉内压力X4； X5,X6 分别为手动自动切换按钮。 PLC 的 5 个输出信号 Y1Y5 分别代表排气阀，进料阀，氮 气阀，泄放阀，反应炉加热，定时器 T1,T2 为 0.1S 定时器。加热反应炉控制系统主要由上位机的监控部分、 PLC 系统，信号检测部分及执行 机构几部份组
9、成通过在线实时记录、监控和显示数据，传递设备的实时状态，接受并执 行系统实时控制命令，通过控制电磁阀开闭，满足系统控制的要求。7 . 梯形图：图 5 加热反应炉的梯形图8 .指令表：LDIX1ANDX1ANIX2OUTM100ANIX3LDT2ANIX4ORY4ORM100ANDX1OUTY1OUTY4LDY1ANIX3ANIM100OUTY2LDX3OUTT1SPK200LDT1ANIX4ANIM100OUTY3LDX4ANIX2OUTY5LDX2ORM101ANDX3OUTM101LDM101OUTT2SPK6000LD T2OR M100四、心得体会这次课程设计让我体会到学习PLC这门课
10、程的重要性，PLC可以解决很多生活中 的问题，例如电梯的控制，喷泉花样喷水以及对交通灯的控制等，所以学好这门课很重 要，通过设计这次的加热反应炉的 PLC 控制的课程设计，让我知道了平时学习这门课 的重点和难点，也让我更进一步的了解和认识了这门课，在设计中发现了自己在学习上 的不足，有些知识掌握的还不是很扎实，但通过和同学老师的讨论后能够得到正确的结 果。虽然课程设计已经告一段落，但是我们学习的道路还很长。此次课程设计让我明白 不论是在做课程设计还是在今后的学习中，都应该有一种好学好问实践与理论相结合的 理念，只有这样才能达到自己真正全面理解知识的最终目的。五、致谢经过一个星期的紧张准备，本次
11、课程设计在程辉老师的悉心指导下顺利完成了，由 于临近期末时间仓促，难免有许多疏漏之处。在这里，我要感谢程老师在我平时的学习 中给予了我悉心的指导。除了敬佩程老师的专业水平外，您的教学态度和科研精神也是 我永远学习的榜样，并将对我今后的学习和工作产生积极的影响，最后感谢程老师对大 家的耐心指导。六、参考文献1 郁汉琪.电器控制与可编程序控制器技术（第二版）M。南京：东南大学出版社。2009.92 李晓莹传感器与测试技术M北京：高等教育出版社2004.113 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术，北京：机械工业出版社，2005.14 张智益.PLC编程及应用.J.机械工业出版社，20095 章文浩.可编程控制气原理及实验。北京：国防工业出版社。2003.76 俞国亮.PLC原理与应用。北京：清华大学出版社。2005.67 王永华现代电气控制及PLC应用技术。北京：北京航空航天大学出版社。2008.28 三菱FX系列可编程序控制器应用100例.20039 秦益霖西门子S7-300PLC应用技术M,北京：电子工业出版社，2007.410 张辉、周庆、张浩.基于 PLC 的温控系统的设计与实现.微计算机信息，2002，第 18 卷第 1 期
