洛阳理工学院课程设计基于PLC的加热反应炉自动控制的设计样本.doc

课程设计

题目：基于PLC加热反映炉自动控制设计
学院：清华大学
专业：电气自动化技术
班级：
学号：
姓名：

基于PLC加热反映炉自动控制设计
摘要：基于PLC加热反映炉自动控制 能 够 实 现 温 度 控 制，用于液体等控制。本次设计运用西门子S7-200PLC控制
加热炉控制设备。
核心词：PLC 课程设计 加热反映炉
概述：随着国内经济迅速发展，能源短缺已成为制约国内工业发展重要阻碍，如何保障被加热后金属可以在有效压制前提下，减少加热炉能耗，始终是冶金工业控制技术研究重要方向。近年来由于各公司注重节源效益，对加热炉生产工艺不断完善和优化，加热炉生产自动化控制水平也相应提高和不断进一步。当前面向节能降耗，提高压制产品自量和产量设计加热炉工程控制计算机系统已广泛应用于当代冶金公司加热炉生产控制中。
加热炉生产过程重要是个燃烧与热互换物理化学过程，燃烧方面有一种如何使其在各种工况下特别是在热负荷变化动态过程中保持最佳节能燃烧问题。此外从整个压制生产线来看，加热炉是局部环节，其重要任务是加热钢胚，使钢呸在出炉时达到压制所规定温度分布。评价加热炉性能优劣重要指标是加热炉单位燃烧消耗，产量，钢呸加热质量，钢配氧化烧损等。影响这些指标因素较多，在众多因素中加热炉温度制度起着决定性作用。
国内加热炉大某些是六、七十年代产品，其控制系统非常落后。相称一某些还处在基地式仪表控制，表盘现实水平，软件操作不易为普通工人所掌握。为变化这种落后状况，有效途径之一就是进行加热炉监测和控制系统技术改造。加热炉工作目的是在最短时间内采用最经济方式把炉内钢呸加热到所规定状态。特别是某些当前小钢铁公司，对这种投资少、见效快技术改造感兴趣。本文重要讲述加热反映炉自动控制系统设计。
国际上对加热炉优化控制开始与70年代，国内从80年代才开始对这方面进行研究。在钢铁领域，此前人们对加热炉优化控制研究重要集中在钢呸升温过程控制模型、炉温优化设定以及燃烧控制，近年来智能控制技术正逐渐被应用到加热炉炉温控制中。
当前，就国内带钢热连压加热炉控制系统整体而言，与国外相比，相差甚远。在国外，多数带钢热连压加热炉控制系统一经采用了高智能型专家系统，模糊控制或两者相结合控制系统。如美国Bethlehem钢铁公司运用模糊控制和专家系统相结合控制系统对带钢连热压加热炉进行控制。而国内大某些钢铁公司加热炉控制系统仍是初期DCS控制系统或PLC控制系统，有好没有达到这个水平，因而为了参加国际竞争，赢得产品名誉，就必要对加热炉控制系统进行换代或改造。对加热炉控制系统改造，国内存在两种观点：一种以为要较好实现加热炉控制，必要坚持HCA高成本高投入，大力提高自动化某些控制水平，采用高智能型集中控制。另一种为LCA低成本自动化。低成本不是低水平，是在低成本前提下先进性和实用性，LCA是简易自动化延伸，是全新自动化补充。它往往成为中小公司选取。国内既有带钢热连压加热炉一千多座，由于资金技术等方面因素，改造或换代为高智能型加热炉数量很少。在这方面，由于宝钢、鞍钢等大型国有公司较注重科技在生产中重要地位，在带钢连压加热炉改造中投入力量较大，已成为国内钢铁行业领头羊。
本课题研究内容是，实现基于S7-200加热反映炉自动控制系统设计。
一、 工程分析
在开始组态工程之前，先对该工程进行剖析，以便从整体上把握工程构造、流程、需实现功能及如何实现这些功能。
工程框架：
l 1个顾客窗口：加热反映炉控制系统。重要涉及：加热炉、加热电阻丝、四个阀、温度计、压力表、加热批示灯、流动管件、两个控制按钮。
l 3个方略：启动方略、退出方略、循环方略

数据对象：

控制系统窗口：
l 加热炉、加热电阻丝、加热批示灯
l 卸放阀、进料阀、氮气阀、排气阀、温度计、压力表
l 六个控制按钮、上下液位传感器、压力传感器、温度传感器。
流程控制：
按启动按钮后，反映炉进入工作状态。按停止按钮后，反映炉停止运营。
第一阶段：送料控制
1、检测下液面X1、炉内温度X2、与否都不大于给定值（逻辑值：不大于输出0，不不大于输出1）。
2、若不大于给定值，则启动进料阀Y2。
3、当液位上升到上液面X4时，应打开泄放阀Y4和关闭进料阀Y2。
4、启动氮气阀X3，氮气进入炉内，炉内气压上升。
5、当压力上升到给定值，即X4=1时，关闭氮气阀。送料过程结束。
第二阶段：加热反映控制。
1、当液面不不大于20%且炉内温度X2不大于给定值时，接通加热炉电源Y3。
2、当温度升高到给定值时，即X2=1时，切断加热器电源，加热过程结束。
第三阶段：泄放控制。
1、打开排气阀，使炉内压力降到预定值（SP=0）。
· 当压力不不大于最大值时，打开泄放阀。
· 当压力不大于给定值时，关闭排气阀。打开泄放阀，当炉内溶液降到下液面时，延时10秒后关闭泄放阀。
2、课题规定
(1)依照控制规定制定合理设计方案；
（2）写出系统流程；
(3)设计电路并模仿调试；
(4)PLC I/O点分派，并绘制I/O接线图。
（5）课程设计心得；整顿技术材料，编写使用阐明书。
加热反映炉构造示意图如图（原理图）如下所示：

（二）输入输出设备清单

（三）控制流程图

（四）I/O接线图

I/O地址分派：
依照示意图和控制规定可知，该系统需要6个输入点和5个输出点，其地址分派如下：

二、 建立工程
可以按如下环节建立样例工程：
[1]鼠标单击文献菜单中“新建工程”选项，如果MCGS安装在D盘根目录下，则会在D：
\MCGS\WORK\下自动生成新建工程，默认工程名为：“新建工程X.MCG”(X表达新建工程
顺序号，如：0、1、2等)
[2] 选取文献菜单中“工程另存为”菜单项，弹出文献保存窗口。
[3] 在文献名一栏内输入“加热反映炉控制系统”，点击“保存”按钮，工程创立完毕。
三、 制作工程画面
1、 建立画面
[1] 在“顾客窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。
[2] 选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“顾客窗口属性设立”。
[3] 将窗口名称改为：水位控制；窗口标题改为：机械手控制；窗口位置选中“最大化显示”，
其他不变，单击“确认”。
[4] 在“顾客窗口”中，选中“加热反映炉控制”，点击右键，选取下拉菜单中“设立为启动窗口”选项，将该窗口设立为运营时自动加载窗口。
2、 编辑画面
选中“加热反映炉控制”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。
3、 制作文字框图
[1] 单击工具条中“工具箱” 按钮，打开绘图工具箱。
[2] 选取“工具箱”内“标签”按钮，鼠标光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖
拽鼠标，依照需要拉出一种一定大小矩形。
[3] 在光标闪烁位置输入文字“加热反映炉监控系统”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。
[4] 如果需要修改输入文字，则单击已输入文字，然后敲回车键就可以进行编辑，也可以单击鼠标右键，弹出下拉菜单，选取“改字符”。
[5] 选中文字框，作如下设立：
第83章 点击（填充色）按钮，设定文字框背景颜色为：没有填充；
第84章 点击（线色）按钮，设立文字框边线颜色为：没有边线。
第85章 点击（字符字体）按钮，设立文字字体为：宋体；字型为：粗体；大小为：26
第86章 点击（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：蓝色。
4、图形绘制
1) 画电阻丝：单击绘图工具箱中“画线”工具按钮，挪动鼠标光标，此时呈“十字”形，在窗口恰当位置按住鼠标左键并拖曳出一条一定长度直线。单击“线色”按钮选取：黑色。单击“线型”按钮，选取适当线型。调节线位置（按 键或按住鼠标拖动）。调节线长短（按Shift和方向键，或光标移到一种手柄处，待光标呈“十字”形，沿线长度方向拖动）。调节线角度（按Shift和方向键，或光标移到一种手柄处，待光标呈“十字”形，向需要方向拖动）。线删除与文字删除相似。单击“保存”按钮。
2) 画矩形液面传感器：单击绘图工具箱中“矩形”工具按钮，挪动鼠标光标，此时呈“十字”形。在窗口恰当位置按住鼠标左键并拖曳出一种一定大小矩形。单击窗口上方工具栏中“填充色”按钮， 选取：蓝色。单击“线色”按钮， 选取：没有边线。调节位置（ 按键盘 键，或按住鼠标左键拖曳）。调节大小（同步按键盘 Shift键 和方向键中一种；或移动鼠标，待光标呈横向或纵向或纵向或斜向“双箭头”形，按住左键拖曳）。单击窗口其她任何一种空白地方，结束第1个矩形编辑。画面2个矩形分别代表上下液面传感器，单击“保存”按钮。
5、构件选用
[1] 加热炉绘制：单击绘图工具箱中（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，如图：

图2 反映炉构件选取
双击窗口左侧“图库”中“罐”，展开该列表项，单击“罐1”，单击“拟定”按钮。画面窗口中浮现反映器图形。在反映器被选中状况下，调节位置和大小。在机械手上面输入文字标签“机械手”。单击“保存”按钮。
[2] 画其她构件：运用“图库”工具，分别画出四个阀门、温度传感器、压力传感器、温度计、压力计、批示灯等将大小和位置调节好。
[3]选中工具箱内流动块动画构件图标，鼠标光标呈“十”字形，移动鼠标至窗口预
定位置，点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。再拖动鼠标（可沿本来方向，也可垂直本来方向），生成下一段流动块。
[4] 画按钮：单击画图工具箱“原则按钮” 工具，在画图中画出一定大小按钮。调节
其大小和位置。绘制2个按钮。
6、整体画面
最后生成画面见图1。
四、定义数据对象
前面咱们已经讲过，实时数据库是MCGS 工程数据互换和数据解决中心。数据对象是构成实时数据库基本单元，建立实时数据库过程也就是定义数据对象过程。
定义数据对象内容重要涉及：
1)指定数据变量名称、类型、初始值和数值范畴
2)拟定与数据变量存盘有关参数，如存盘周期、存盘时间范畴和保存期限
等。
在开始定义之前，咱们先对所有数据对象进行分析。在本样例工程中需要用到如下数据对象：

下面以数据对象“JIEDUAN”为例，简介一下定义数据对象环节：
[1] 单击工作台中“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。
[2] 单击“新增对象” 按钮，在窗口数据对象列表中，增长新数据对象，系统缺省定义名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多次点击该按钮，则可增长各种数据对象）。
[3] 选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设立” 窗口。
[4] 将对象名称改为：垂直移动量；对象类型选取：开关型；在对象内容注释输入框内输入：“系统所处运营阶段”，单击“确认”。
按照此环节，依照上面列表，设立其她17 个数据对象。
五、动画连接
由图形对象搭制而成图形画面是静止不动，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象状态变化，达到过程实时监控目。MCGS 实现图形动画设计重要办法是将顾客窗口中图形对象与实时数据库中数据对象建立有关性连接，并设立相应动画属性。在系统运营过程中，图形对象外观和状态特性，由数据对象实时采集值驱动，从而实现了图形动画效果。
本样例中需要制作动画效果某些涉及：
①　 炉内液位变化、各阀门、各传感器警戒变化、加热批示灯变化
②　 温度计、及压力计动画设立
1、 按钮动画设立
SB1、SB2 按钮动画连接：双击“开”，弹出“原则按钮构件属性设立”窗口，单击“左键动作”标签，显示该页，输入SB1=1、SB2=0 如图3所示。选中双击“SB2”按钮。用同样办法建立复位按钮与相应变量之间动画连接。输入SB2=1，SB1=0单击“保存”按钮。

2、 构件动画设立
[1] 排气阀、进料阀、氮气阀、泄放阀关断或者打开状态表达。双击排气阀构件，弹出单元设立属性菜单。打开动画连接标签，点选动画连接页面上组合图符。点击组合图符背面”>”,弹出动画组态属性设立页面。打开属性设立标签，选中颜色动画连接项中填充颜色。此时在动画组态属性页面中浮现填充颜色标签。打开填充颜色标签，表达式项选中数据库Y1参量，在下面填充颜色连接中，增添两个填充颜色，Y1详细操作过程，由图1和图2所示。从图2动画组态单元中咱们可以看出，实现动画连接重要有颜色动画连接、位置动画连接、输入输出三大类，再每大类中又有三个小项。因而在本实训中表达排气阀开关动画同步可以采用其她动画方式，颜色动画模式仅供参照。按照排气阀模式，同样设立好进料阀、氮气阀及泄放阀颜色动画设立。

图6 排气阀单元属性设立
[2] 温度传感器、压力传感器、上下液面传感器与否达到设定值动画变化以及电阻丝加热状态动画表达。该类构件动画办法都采用颜色变化方式和排气阀动画设立类似。
[3] 电热丝批示灯动画设立。双击批示灯构件。双击排气阀构件，弹出单元设立属性菜单。打开动画连接标签，点选动画连接页面上三维圆球。点击组合图符背面”>”,弹出动画组态属性设立页面。打开属性设立标签，选中特殊动画连接项中可见度。此时在动画组态属性页面中浮现可见度标签。打开可见度标签，表达式项填Y5=0。对单元设立属性中此外一种三维圆球进行同样动画设立。由图所示。

图7 批示灯构件单元属性设立
[4] 反映炉水位变化及管道流动变化动画设立。反映炉液面设立，双击反映炉构件。弹出单元属性设立页面。打开动画连接标签，选中矩形，再点击“>”符号，弹出动画组态属性设立。点选位置动画连接项中大小变化，在动画组态属性设立页中生成大小变化标签，打开大小变化标签，进行设立，在表达式项里，选取数据库中水参量，在大小变化连接项目里，最小变化比例为0，表达式值取0，最大变化比例100，表达式值80。变化方向取向上方向，变化方式取剪切式。详细设立如下图所示。

图10 反映炉单元属性设立
管道流动属性动画设立。双击排气阀两端管道，弹出流动块属性设立页面。打开流动属性标签。表达式项填Y1=1。当表达式非零时项，选流动块开始流动。如下图所示。

图12 管道流动块构件属性设立
[5] 温度计和压力表动画属性设立。双击温度计构件，弹出单元属性设立页面。打开动画连接标签，选中比例填充，单击“>” 弹出比例填充构件属性设立页面。表达式选中数据库里温度参量，在添充位置和表达式值连接项中，0%相应值为0，100%相应值为100。

图13 温度计动画设立
压力计动画设立。双击压力计构件。弹出单元属性设立页面，选中旋转仪表，点击背面“>”弹出旋转仪表构件属性设立页面，点击操作属性标签，弹出操作属性界面，在表达式项中填入压力参量，其她指针位置和表达式连接值不变。

图14 压力计动画设立
3、控制程序编写
脚本程序基本语句。共有四种语句。
赋值语句形式为：
数据对象=表达式。赋值语句用赋值号（“=”）来表达，它详细含义是：把“=”右边表达式运算值赋给左边数据对象。赋值号左边必要是可以读写数据对象，如：开关型数据、数值型数据、事件型数据以及能进行写操作内部数据对象。而组对象、事件型数据、只读内部数据对象、系统内部函数以及常量，均不能出当前赋值号左边，由于不能对这些对象进行写操作。
条件语句：
条件语句有如下三种形式：
If 〖表达式〗 Then 〖赋值语句或退出语句〗
If 〖表达式〗 Then
〖语句〗
EndIf
If 〖表达式〗Then
〖语句〗
Else
EndIf
条件语句中四个核心字“If”、“Then”、“Else”、“Endif”不分大小写。如拼写不对的，检查程序会提示出错信息。
条件语句容许多级嵌套，即条件语句中可以包括新条件语句，MCGS 脚本程序条件语句最多可以有8 级嵌套，为编制多分支流程控制程序提供了也许。
“IF”语句表达式普通为逻辑表达式，也可以是值为数值型表达式，当表达式值为非0 时，条件成立，执行“Then”后语句，否则，条件不成立，将不执行该条件块中包括语句，开始执行该条件块背面语句。
值为字符型表达式不能作为“IF”语句中表达式。
退出语句：
退出语句为“Exit”，用于中断脚本程序运营，停止执行其背面语句。普通在条件语句中使用退出语句，以便在某种条件下，停止并退出脚本程序执行。即可完毕模仿调试。

六、课程设计心得
这次课程设计花了我整整一周时间，通过这次基于PLC加热反映炉自动控制系统课程设计，让我学到了太多太多知识，这些知识都是在课本上找不到，只有自己亲身经历了才会懂得这些知识实属来之不易，它不但仅让你去搜索资料，并且还要发动你大脑进行慎密思考。明白了加热炉在工业生产方面重要性，咱们虽然没有亲身去接触它，但是咱们要明白她重大意义，它与咱们生活可谓是息息有关，也与咱们国家利益及发展前程息息有关，因此咱们通过本次课程设计要理解到加热炉在咱们社会上重要性以及必要性。我很荣幸在大学生活即将结束时候还能能接触到这个加热炉课程设计，真是很感谢咱们学院以及谆谆辅导咱们大学教师，谢谢你们！

七、参照文献
【1】 何刚，刘金贵，《可编程序控制器在加热反映炉中应用》
【2】 刘广瑞，刘荣福。《加热反映炉可视化控制技术》
【3】 袁秀英。《组态控制技术》
【4】 吴作明。《工控组态软件PLC应用技术》

八、使用阐明书
【产品名称】加热反映炉
【加热反映炉自动控制系统工作原理】运用PLC控制设计，通过检测液面和炉内温度以控制进料阀、排气阀、泄放阀以及加热炉电源等控制器件，并通过启动按钮以及停止按钮来完毕整个控制系统安全运营。
【用途】基于PLC加热反映炉自动控制可以实现温度控制，可
用于液体等方面控制，如冶金、炼钢等工业公司。
【用法】可依照前面所设计控制系统以及其工作原理来进行安全使用。
【维修与保养】浮现故障时候一定要请专业人士来进行维修，切勿自己动手操作，以免故障加大化，并在使用与不使用时进行相应保养与维护。
【注意事项】1、请不要让不会人员进行操作与使用，以免浮现安全责任事故。
2一旦发现故障，请及时停止使用并做好故障维修。
3、 在操作时要注意安全问题，一定要小心操作。