毕业设计（论文）-基于PLC的温炉控制系统设计.docVIP

摘 要 温炉控制系统是工业控制中比较典型的控制系统，它具有明显的滞后特性，需要快速准确的获取和控制实时温度，一般控制器很难获得满意效果。而采用可编程控制器进行控制具有控制方便、简单和灵活性大等优点。因此，本文就是采用PLC实现对炉温的控制。 根据炉温控制系统的特点和原理，本文对控制器进行了硬件和软件设计，分别介绍了PLC选型、系统的资源分配以及外部接线图，采用STEP7软件对系统进行设计，编写出相应的梯形图程序，采用PID控制方法对其进行研究，实现PID控制器参数的在线调整，通过触摸屏的设计，能够实时的反应出温度的变化曲线。最后进一步增加了系统在硬件和软件两个方面的抗干扰能力的设计，从而使系统具有更好的稳定性。 ：炉温控制；可编程控制器；触摸屏；PID控制 目 录 1 绪 论 1 1.1炉温控制系统的目的和意义 1 1.2国内外炉温控制的发展情况 1 1.3 PLC可编程控制器简介 5 1.4课题研究的主要内容 6 2 系统的总体设计方案 8 2.1加热炉温度控制系统基本构成 8 2.2加热炉控制系统的方案比较 8 2.2.1 PLC控制与继电器控制的比较 8 2.2.2 系统控制算法的确定 9 2.3系统的总体实现 10 3 系统的硬件配置 11 3.1 PLC机型的选择 11 3.1.1 S7-200 PLC主要组成部分 11 3.1.2 S7-200 PLC的主要性能指标 12 3.2硬件的组成 13 3.2.1 CPU处理模块 13 3.2.2 输入通道模块 14 3.2.3 输出通道模块 15 3.2.4 温度显示模块 17 3.3系统的资源的分配及外部接线图 17 4 系统的软件设计 19 4.1 PID控制算法的研究 19 4.2 K型热电偶分度电压拟合 22 4.3炉温控制程序的设计 23 4.3.1 主程序设计 24 4.3.2 子程序设计 24 4.3.3 中断程序设计 25 4.4炉温控制PID参数的整定 28 4.5系统调试 29 5 触摸屏的实现 30 5.1触摸屏的概述 30 5.2触摸屏窗口的设计 32 6 PLC控制系统抗干扰分析 35 6.1 PLC控制系统可靠性分析 35 6.2 提高PLC控制系统可靠性的措施 35 7 结 论 38 经济分析 39 致 谢 40 参考文献 41 附录? 42 1 绪 论 1.1炉温控制系统的目的和意义 温度控制系统是工业控制中比较典型的控制系统，它是一个一阶纯滞后惯性系统，具有明显的滞后特性，对于需要快速准确的获取和控制实时温度的场合（如制药、化工、石油、食品加工等）采用一般的控制方法很难获得满意的控制效果。采用可编程序控制器对其进行控制，具有控制方便、简单和灵活性大等优点。 本文运用PLC技术加在热炉电阻丝上的电压，实现温度控制。PLC控制程序采用了PID控制算法，使加热炉温度控制系统具有精度高，稳定性好，可靠性高等特点。 1.2国内外炉温控制的发展情况 加热炉是轧钢生产企业中的主要耗能设备，加热炉通常配备的是以模拟调节仪表为核心的控制系统。当燃料的热值与压力稳定时，这种控制系统的控制效果还比较好，而对于燃料的热值与压力频繁波动的情况，常规模拟仪表系统就难以达到预期目标，操作者必须经常通过看火孔去观察火焰，调节空燃比以改善燃烧效果。这不仅给操作者带来许多不便，而且靠人工随时调节空燃比，很难跟踪热值变化的速度，加之加热炉都需要按照加热工艺曲线进行周期性的加热，而炉子的特性是变化的，要使加热炉实现最有效的节能运行还应该考虑到进料状况。对这些要求，模拟控制系统是难以实现的。 国外从20世纪70年代，开始对加热炉生产过程进行计算机控制技术的研究。随着检测设备、仪表、计算机水平的提高，90年代计算机控制的连续加热炉逐渐增多，并进行了不同程度的控制，其主要燃烧控制方法及应用有以下几方面。 ⑴ 串级并联双交叉限幅控制燃烧 双交叉限幅经历了燃料先行的比值或空气先行的比值调节系统、串级串联燃烧控制系统、串级并联燃烧控制系统、串级并联单交叉限幅燃烧控制系统四个发展阶段。它是以炉温调节回路为主环，燃料流量和空气流量调节为副环，构成串级并联双交叉限幅控制系统。双交叉限幅控制系统在负荷变化时，系统各参数变化，根据实测空气流量对燃料流量进行上、下限幅，而且还根据实测燃料流量对空气流量进行上、下限幅。在负荷增加或减小时，燃料流量和空气流量相互限制交替增加或减小，即使在动态情况下，系统也能保持良好的空燃比。 串级并联双交叉限幅控制燃烧是仪表控制调节回路的基本方式，以前计算机水平较低、应用较少，比值调节、交叉限幅燃烧控制系统都是作为独立的控制单元。现在大多是计算机参与控制，与氧化锆残氧分析仪、热值分析仪、专家寻优、模糊控制等一起使用，控制效果比过去单独使用要理想。 ⑵ 氧化