毕业设计（论文）-基于PLC的温炉控制系统设计

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1、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

2、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46目录1绪论11.1炉温控制系统的目的和意义11.2国内外炉温控制的发展情况11.3PLC可编程控制器简介51.4课题研究的主要内容62系统的总体设计方案82.1加热炉温度控制系统基本构成82.2加热炉控制系统的方案比较82.2.1PLC控制与继电器控制的比较82.2.2系统控制算法的确定92.3系统的总体实现103系统的硬件配置113.1PLC机型的选择113.1.1S7-200PLC主要组成部分11

3、3.1.2S7-200PLC的主要性能指标123.2硬件的组成133.2.1CPU处理模块133.2.2输入通道模块143.2.3输出通道模块153.2.4温度显示模块173.3系统的资源的分配及外部接线图174系统的软件设计194.1PID控制算法的研究194.2K型热电偶分度电压拟合224.3炉温控制程序的设计234.3.1主程序设计24464.3.2子程序设计244.3.3中断程序设计254.4炉温控制PID参数的整定284.5系统调试295触摸屏的实现305.1触摸屏的概述305.2触摸屏窗口的设计326PLC控制系统抗干扰分析356.1PL

4、C控制系统可靠性分析356.2提高PLC控制系统可靠性的措施357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42461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

5、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

6、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46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

7、，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氧化锆残氧分析法采用电化学法，利用氧化锆固体电解质做成的检测器通过氧化锆测量烟气中

8、氧含量的办法，判断炉内煤气燃烧是否充分，它可以避免煤气热值和压力波动或管道漏气而影响配比控制。残氧检测数据被