毕业设计（论文）-基于PLC的温炉控制系统设计.doc

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、输入通道模块、输出通道模块、温度显示模块、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。
关键字:炉温控制;可编程控制器;触摸屏;PID控制
目录
1 绪论 1
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PLC可编程控制器简介 5
6
2 系统的总体设计方案 8
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PLC控制与继电器控制的比较 8
系统控制算法的确定 9
10
3 系统的硬件配置 11
PLC机型的选择 11
S7-200 PLC主要组成部分 11
S7-200 PLC的主要性能指标 12
13
CPU处理模块 13
输入通道模块 14
输出通道模块 15
温度显示模块 17
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4 系统的软件设计 19
PID控制算法的研究 19
K型热电偶分度电压拟合 22
23
主程序设计 24
子程序设计 24
中断程序设计 25
28
29
5 触摸屏的实现 30
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6 PLC控制系统抗干扰分析 35
PLC控制系统可靠性分析 35
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І炉温控制系统的梯形图程序 42
1 绪论

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。

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