加热炉反应的自动控制毕业论文.doc

毕 业 论 文论文题目 加热炉反应的自动控制 毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它新疆工程学院毕业论文任务书学 生 姓 名专 业 班 级论 文 题 目基于PLC和MCGS的加热炉反应自动控制接受任务日期完成任务日期指 导 教 师指导教师单位论文要求1、设计系统的画面。 2、根据控制工艺编写程序。 3、制作数据报表、绘制运行曲线。4、设置用户权限管理及工程安全管理。5、编辑用户菜单,试程序。6、 编写下位机（PLC）程序7、编写设计说明书。教师指导过程记录1）：布置设计任务，深入了解设计内容，阅读参考资料。1.第一周：熟悉MCGS软件及加热反应炉自动控制系统。2.第二周：根据控制工艺编写程序。3.第三周，第四周：制作数据报表、绘制运行曲线。4.第五周：设置用户权限管理及工程安全管理，编辑用户菜单。5第六周：调试程序，编写设计说明书。6.第七周：修改，打印说明书，画正式图纸。总结，准备毕业答辩，完成答辩。参考资料1.胡寿松. 自动控制原理.第三版 国防工业出版社 2.赵国材. 计算机控制技术 吉林大学出版社3.熊新民. 自动控制原理. 电子工业出版社4.吴秀英 组太控制技术 电子工业出版社新疆工程学院毕业论文成绩表学 生 姓 名专 业 班 级论 文 题 目基于plc和mcgs的加热炉反应自动控制考 核 项 目考 核 内 容满分评分一、指导教师评分1、工作态度与纪律102、基本理论、基本知识、基本技能和外文水平103、独立工作能力、分析和解决问题能力104、完成任务的情况与水平（论文质量）10指导教师签字： 年 月 日二、评阅教师评分1、论文质量（正确性、条理性、创造性和实用性）152、成果技术水平（理论分析、计算、实验和实物性能）15评阅教师签字： 年 月 日三、答辩小组评分1、完成任务书所规定的内容和要求52、论文的质量53、课题论文内容的讲述104、回答问题的正确性10答辩组长签字： 年 月 日四、答辩小组成绩评定：负责人签字： 年 月 日五、答辩委员会意见：答辩委员会主任签字： 年 月 日目录摘 要1Abstract2第一章 引言31.1课题背景31.2MCGS组态软件31.2.1MCGS简介31.2.2MCGS的主要特点51.3PLC软件61.3.2 PLC的特点：71.3.4 PLC结构8第二章系统的硬件软件112.1加热反应炉对电气控制系统的要求112.2系统设计方案112.3 对象和范围的确定142.4 S7-200的性能152.4.1S7-200 CPU222一般性能152.4.2输入特性172.4.3输出特性182.5系统硬件图设计19第三章 加热反应炉简介213.1 加热反应炉简介213.2加热反应炉原理223.2.1反应炉控制的过程223.2.2加热反应炉原理图：22第四章 控制画面的创建244.1 工程的建立244.2设计监控界面244.3 变量的定义254.4动画链接264.4.1 液位升降效果274.4.2阀门的启停284.4.3 水流效果294.5仪表添加应用304.6曲线显示304.6.1 实时曲线304.6.2历史曲线324.7 设备连接335.1 脚本程序的语句形式365.2梯形图37第六章设备选型386.1 温度传感器386.2压力传感器406.3液位传感器425.4电磁阀445.4.1 电磁阀工作原理：44总 结48致 谢49参考文献502摘 要 该控制系统采用可编程控制器为核心、PC 为上位机,可编程控制器通过专用数据线和上位机通信，利用组态软件对整个系统进行实时监控，利用 PLC 对加热反应炉进行现场的实施自动控制。实验证明，PLC 和 MCGS 结合有利于 PLC 控制系统的设计、检测，具有良好的应用价值。关键词：PLC，MCGS，加热反应炉Abstract The control system uses a programmable controller as the core, PC as host computer, programmable controller through a dedicated data line and the host computer communication, real-time monitoring of the whole system with configuration software, carry out the automatic control of the heating furnace siteimplementation using PLC. Experiments show that, PLC and MCGS binding toPLC control system design, test, and has good application value.Keywords: PLC, MCGS, heating furnace第一章 引言1.1课题背景加热反应炉是冶金、化工工业常用的重要设备，过去仅依靠人工经验进行操作，往往存在送料、温度、压力等条件变化时不能实施有效控制的问题，产品质量不稳定甚至出现次品，造成原料浪费，给企业带来经济损失。可编程序控制器 PLC 以其可靠性高、功能强、控制灵活等特点，已成为目前工业现场环境的首选控制装置。它不仅能实现复杂的逻辑顺序控制，还能完成少量模拟量的过程控制，且编程简单，使用方便。本文采用可编程控制器 PLC 为核心、PC 为上位机，通过专用数据线和上位机通信，利用组态软件对整个系统进行实时监控，利用 PLC 对加热反应炉进行现场的实施自动控制，进而实现了对加热反应炉的可视化监控系统。组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统2。组态软件是指一些数据采集与过程控制和专用软件，它们是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动化控制监控功能的，通用的层次的软件工具。组态软件能支持各种工控设备的常见的通信协议，并且通常分布式数据管理和网络功能。对于原有的HMI的概念，组态软件用户能够快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前工控领域的用户通过编写HMI应用，开发时间长，效率底，可靠性差；或者购买过去的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求。很难与外界进行数据交互3。组态软件出现把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能构建一套适合自己的应用系统。1.2MCGS组态软件1.2.1MCGS简介MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“Configuration”，其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过。与硬件生产相对照，组态与组装类似，当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的部件更多，而且每个部件都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。组态软件，又称监控组态软件，译自英文SCADA,即 Supervision,Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制),组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性，如图1.1所示。图1.1 MCGS的构成1.2.2MCGS的主要特点容量小：整个系统最低配置只需要极小的存贮空间，可以方便的使用DOC等存贮设备； 速度快：系统的时间控制精度高，可以方便地完成各种高速采集系统，满足实时控制系统要求； 成本低：使用嵌入式计算机，大大降低设备成本； 真正嵌入：运行于嵌入式实时多任务操作系统； 稳定性高：无风扇，内置看门狗，上电重启时间短，可在各种恶劣环境下稳定长时间运行； 功能强大：提供中断处理，定时扫描精度可达到毫秒级，提供对计算机串口，内存，端口的访问。并可以根据需要灵活组态； 通讯方便：内置串行通讯功能、以太网通讯功能、GPRS通讯功能、Web浏览功能和Modem远程诊断功能，可以方便地实现与各种设备进行数据交换、远程采集和Web浏览； 操作简便：MCGS嵌入版采用的组态环境，继承了MCGS通用版与网络版简单易学的优点，组态操作既简单直观，又灵活多变； 支持多种设备：提供了所有常用的硬件设备的驱动； 有助于建造完整的解决方案：MCGS嵌入版组态环境运行于具备良好人机界面的Windows操作系统上，具备与北京昆仑通态公司已经推出的通用版本组态软件和网络版组态软件相同的组态环境界面，可有效帮助用户建造从嵌入式设备，现场监控工作站到企业生产监控信息网在内的完整解决方案；并有助于用户开发的项目在这三个层次上的平滑迁移；1.3PLC软件1.3.1 PLC软硬件介绍PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLCPLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。国际电工委员会(IEC)在其标准中将PLC定义为: 可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等,面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.3.2 PLC的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设1.2PLC的应用领域1.3.3PLC主要应用范围的分类PLC的主要应用范围通常可分为以下几种：1.中小型单机电气控制系统这是PLC应用最广泛的领域，例如塑料机械、印刷机械、订书机械、组合机床、磨床、电镀流水线及电梯控制等。这些设备对控制系统的要求大都属于逻辑顺序控制，所以这也是最适合PLC使用的领域。在这里PLC用来取代传统的继电器顺序控制，应用于单机控制，多机群控等。2.制造业自动化制造业是典型的工业类型之一，在该领域主要对物体进行品质处理、形状加工、组装，以位置、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。其电器自动控制系统中的开关量占绝大多数，由于PLC性能的提高和通信功能的增强，使得它在制造业领域中的大中型控制系统中也占绝对主导地位。3.运动控制 为适应高精度的位置控制，现在的PLC制造商为用户提供了功能完善的运动控制功能。这一方面体现在功能强大的主机可以完成多路高速计数器的脉冲采集和大量的数据处理的功能；另一方面还提供了专门的单轴或多轴的控制步进电动机和伺服电动机的位置控制模块，这些智能化的模块可以实现任何对位置控制的任务要求。现在工业自动化领域基于PLC的运动控制系统和其他的控制手段相比，功能更强、装置体积更小、价格更低、速度更快、操作更方便。1.3.4 PLC结构PLC结构如图1.2所示 12图1.2PLC的结构可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1.中央处理器CPU中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 3.存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的应用程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器，其内容可由用户任意更改。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据等，用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。而PLC使用的存储器类型有三种：ROM（只读存储器）、RAM（随机存取存储器）和EEPROM（可电擦出可编程的只读存储器）。 3.电源部分PLC一般使用220V的交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、-12V/+12V、24V等直流电源，整体式的小型PLC还提供一定容量的直流24V电源，供外部有源传感器使用。PLC所采用的看管电源输入电压范围宽、体积小、效率高、抗干扰能力强。 电源不见的位置形式可有多种，对于整体式结构的PLC，通常电源封装到机壳内部；对于模块式PLC，则多采用单独的电源模块。4. 输入/输出单元PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入/输出接口单元包含两部分：一部分是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。第二章系统的硬件软件2.1加热反应炉对电气控制系统的要求在工艺过程上，加热反应炉对电控系统有如下要求：1.进料控制加热反应炉开始工作时，首先检测下液面X1，炉温X2，炉内压力X4是否都小于给定值，即是否都为逻辑0，若为0，则开启排气阀Y1和进料阀Y2。液面上升到设定位置时，关闭排气阀和进料阀，进料过程结束。2.加热反应控制当炉温低于给定值时（X2=0），接通加热反应炉电源Y5；当炉温高于给定值时（X2=1）.3.泄放控制打开进气气阀与，使炉内压力降到起始值(X4=0)，并打开排放阀Y4，使炉内液面下降到下液面时（Y1=0），按SB3系统恢复到初始状态，进入下一个循环。2.2系统设计方案首先，选择机型。目前PLC产品种类繁多，同一个公司生产出来的PLC也常常推出系列产品，这需要去选择最适合自己要求的产品。正确选择产品中，首要的是选定机型，其选择方法有两种：1. 根据系统类型选择机型。从选机型的角度看，控制系统可以分成单体控制小系统、慢过程大系统和快速控制大系统。这些系统在PLC的选择上是有区别的。1）单体控制的小系统：这种系统一般使用一台PLC就能完成控制要求，控制对象常常是一台设备或多台设备中的一个功能。这种系统对PLC间的通信问题要求不高，甚至没有要求。但有时功能要求全面，容量要求变化大，有些还要与设备系统的其他机器连接。对这类系统的选择要注意下面三种情况。一是设备集中，设备的功率较小。这时需选用局部式结构、低电压高密度输入输出模块。二是设备分散，设备的功率较大。这时需选用离散式结构、高电压、低密度输入输出模块。三是专门要求的设备。这时输入输出容量不是关键参数，更重要的是控制速度功能，选用速计数功能模块。58 2）慢过程大系统：对运行速度要求不高，但设备间有连锁关系，设备距离远，控制动作多，如大型料场、高炉、码头、大型车站信号控制；也有的设备本身对运行速度要求不高，如大型连续轧钢厂、冷连续轧钢厂中的辅助生产机组和共有系统、供风系统等。对这一类型对象，一般不选用大型机，因为它编程调试都不方便，一旦发生故障，影响面也大。一般都采用多台中小型和低速网相连接。由于现在生产的控制器多为插件式模板结构，它的价格是随输入输出模板数和智能模板数的多少决定的，同一种机型输入输出点数少，则价格便宜，反之则贵。所以一般使用网络相连后就不必要选用大机型。这样选用每一台中小型PLC控制一台单体设备，功能简单，程序好编，调试容易，运行中一旦发生故障影响面小，且容易查找。3）快速控制大系统：随着PLC在工业领域应用中的不断扩大，在中小型的快速系统中，PLC不仅能完成逻辑控制和主令控制，并已逐步进入了设备控制级，如高速线材、中低速热连轧等速度控制系统。在这样的系统中，即使使用输入输出容量大、运行速度快、计算功能强的一台大型PLC也难以满足控制要求。如多台PLC，则有互相间信息交换与系统响应要求快的矛盾。采用可靠的高速网能满足系统信息快速交换的要求。高速网一般价格都很贵，适用于有大量信息交换的系统。对信息交换的速度要求高，但交换的信息又不太多的系统，也可以采用PLC的输出端口与另一台PLC的输入端口硬件互联，通过输出输入直接传送信息，这样传送速度快而且可靠。当然传送的信息不能太多，否则输入输出点占用太多。2.根据控制对象选择机型 对控制对象要求进行估计，这对确定机型十分重要。根据控制对象要求的输入输出点数的多少，可以估计出PLC的规模。根据控制对象的特殊要求，可以估计出PLC的性能。根据控制对象的操作规则，可以估计出控制程序所占内存的容量。有了这些初步估计，会使得机型选择的可行性更大了。为了对控制对象进行粗估，首先要了解下列问题。1）对输入/输出点数的估计：为了正确地估计输入/输出点数,需要了解下列问题。对开关量输入，按参数等级分类统计。对开关量输出，按输出功率要求及其他参数分类统计。对模拟量输出/输入，按点数进行粗估。2）对PLC性能要求的估计：为了正确地估计PLC性能要求，需要了解下列问题。是否有特殊控制功能要求，如高速计数器等。机房离现场的最远距离为多少。现场对控制器响应速度有何要求。在此基础上，选择控制器时尚需注意两个问题。其一是PLC可带I/O点数。有的手册或产品目录单上给出的最大输入点数或最大输出点数，常意味着只插输入模块或只插输出模块的容量，有时也称为扫描容量，需格外注意。其二是PLC通信距离和速度。手册上给出的覆盖距离，有时叫最大距离，包括远程I/O板在内达到的距离。但是如果PLC装有远程I/O模块时，由于远程I/O模块的响应速度慢，会使PLC的响应速度大大下降。3. 对所需内存容量的估计：用户程序所需要的内存与下列因素有关。逻辑量输入输出点数的估计。模拟量输入输出点数的估计。内存利用率的估计。程序编制者的编制水平的估计。程序中各条指令最后都是以机器语言形式存放在内存中。控制系统中输入输出点数和存放系统用户机器语言所占用的内存字节之比为内存利用率。内存利用率与编程水平有关。内存利用率的提高会使同样程序减少内存容量，从而降低内存投资，缩短周期时间，提高系统的响应时间。2.3 对象和范围的确定PLC一般适合应用于环境差、而对安全性、可靠性要求比较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的自动化控制系统或者装置中。当前的PLC不仅能对开关量能有效地进行控制，而且对模拟量的处理能力也非常强，可以完成复杂的自动控制任务。在确定控制对象和控制范围之后，就要开始PLC的选型。PLC的选择主要包括PLC容量的选择与确定、PLC外设的选择与确定、PLC生产厂家的选择与确定3个方面。2.3.1. PLC容量的选择与确定 PLC容量的选择，首先要对控制任务进行更加详细分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点的性质。I/O点的性质主要是指它们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是继电器、电磁阀，还是直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数可能大于实际点数。因此PLC的输出点一般是几个组成一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。这样就有可能造成输出点数的浪费，增加了生产成本。因此在设计中要尽量避免这种情况的出现。一般情况下，输出为继电器的PLC使用的最多，但是对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC。分析与了解了这么多之后，就可以确定PLC的容量了，确定该使用多少点和I/O类型的PLC。2.3.2. PLC外设的选择与确定 PLC外设的选择也是在控制系统任务详细分析之后，根据实际的需要，选择与所使用的PLC相应的配套模块。2.3.3. PLC生产厂家的选择与确定PLC生产厂家的选择与确定主要考虑以下几个方面。 1）功能方面：所有的PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务，比如，对PLC的通信能力的要求，对PLC运算速度的要求，对PLC程序存储空间的要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个比较详细的了解，以便做出正确的选择。 2）价格方面：不同厂家的PLC产品价格相差会很大，有些功能类似、质量相当、容量相当的PLC，其价格却相差40%以上。使用PLC作控制系统的开发与应用，必须考虑到生产成本的问题，必须要考虑PLC的价格。 3）设计个人的实际情况：PLC控制系统过程中的设计人员的个人喜好必然也会影响到PLC厂家的选择问题，比如设计人员一直以来对西门子S7-200系列产品比较熟悉，也做过相关的不少开发与应用，那么在相同的性能、相同的要求、相当的价格的情况下。综合各种因素，我们选择西门子S7-200PLC，根据本组的需求，选择CPU224CN。2.4 S7-200的性能2.4.1S7-200 CPU222一般性能电源电压DC 24V，AC 120230V电源电压波动DC 20.4-28.8V，AC 85-264V（47-63Hz）负载电压L+DC 24V,20.4-30V负载电压L1100V,100-230VAC,(4763Hz)电流消耗28.8V,10A 264，20A从电源L+供电500mA,80-500mA,拓展模块输出电流（5VDC）340mA从电源L1供电140mA，20-70mA(240V);40-140mA(120V)拓展模块输出电流（5VDC）340mA后备时间50h，数据存储器2K程序存储器4KCPU处理时间位指令最大0.22s编程语言LAD，CSF，STL程序结构一个主程序块（可以包括子程序）程序执行自由循环,中断驱动，时间驱动（1-255ms）计数器1256，可通过电池保持，可调节。计数范围0-32767定时器可保持：256，可调节：1ms54min4个定时器，1ms30s16个定时器，10ms5min236个定时器，100ms54min指令集逻辑运算、应用功能数据区标志32字节，可保持M0.0-M31.7通过电池可保持0-255（EEPROM中），可调；不通过电池可保持0-112（EEPROM中），可调可连接的编程器/PCSIMATIC PG/PC,标准PC扩展设备最大2，只能使用S7-22X系列的拓展模块。由于受输出电流的限制，扩展模块的使用可能会受限制I/O扩展数字量输入/输出，最大78，最大48个输入和38个输出（CPU+EM)模拟量输入/输出，最大10，最大8个输入和2个输出（EM)或最多0个输入和4个输出（EM)接口内置RS485接口用户程序保护3级工作温度垂直安装，00C-450C 水平安装，00C-550C大气压860hpa-1080hpa相对湿度5%-95%，RH等级2，符合IEC1131-22.4.2输入特性S7-200CPU输入表如2-2所示数字量输入点数8输入电压DC 24V“0”信号， 0-5V；“1”信号，15-38V输入电流“1”信号，典型值，2.5mA输入延时全部标准输入：从“0”到“1”最小0.2ms；从“0”到“1”最大12.8ms中断输入：（I0.0-I0.3）0.2-12.8ms计数器/技术功能：（E0.0-E0.5）30KHz模拟量输入模拟电位计数量1模拟电位计8位分辨率编码器电源24V,允许范围15.4-28.8V报警输入点数4（4个上升沿或4个下降沿）2.4.3输出特性S7-200CPU输出表如2-3所示数字量输出点数6晶体管/6晶闸管电路中断的电压极限1W输出的开关能力阻性负载 最大0.75A/2A,灯负载最大5W/30W DC;200AC输出电压“1”信号，20V DC输出电流“1”信号，750mA/2A“0”信号残余电流，最大10uA/0mA输出延时“0”至“1”，标准输出，最大15us脉冲输出，最大（Q0.2-Q0.5）15us所有输出，最大（Q0.0-Q0.1）2us“1”至“0”，标准输出，最大130us脉冲输出，最大（Q0.2-Q0.5）100us所有输出，最大（Q0.0-Q0.1）10us脉冲输出20KHz，Q0.0-Q0.1脉冲输出点数2模拟量输出电流180mA2.5系统硬件图设计 PLC种类繁多，但其组成结构和基本原理基本相同。用PLC实施控制，其实质是按控制功能要求，通过程序按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，并应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。本系统的结构框图如图2.1所示，系统硬件构成示意图如图3.2所示。 图2.1系统结构图第三章 加热反应炉简介3.1 加热反应炉简介加热反应炉作为一种热能动力设备，在国民经济的领域具有广泛应用。以继电接触器为主的老一代控制系统已不能满足现代锅炉越来越高，越来越复杂的要求，这一领域的计算机化已势在必行，而应用在当前工业过程控制领域中引人注目的PLC又是使其计算机化的简便和可靠途径。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，开发了采用PLC的开关量和模拟量输入模块，实现对模拟量采集；方法上运用到的是过程控制中常用的前馈与串级控制方法，保证了系统的稳定性和安全性。系统所运用到的界面是由MCGS软件做的。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化