热处理加热炉电气控制系统.doc

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1、课程设计说明书（2011/2012学年第2学期）课程名称：《可编程序控制器》课程设计题目：热处理加热炉电气控制系统设计专业班级：学生：学号：指导教师：设计周数：二周设计成绩：2012年6月21日目    录一、课程设计目的………………………………………………………3二、课程设计正文………………………………………………………32.1设计原理………………………………………………………32.2设计容………………………………………………………32.2.1加热炉原理………………………………………………32.2.2PID控制…………………………………………………42.3设计要求……………………………

2、…………………………42.4I/O地址分配…………………………………………………52.5程序流程图……………………………………………………62.6PLC主程序……………………………………………………72.7PLC源程序……………………………………………………12三、课程设计总结………………………………………………………14四、参考文献……………………………………………………………15五、附表…………………………………………………………………161、课程设计目的（1）了解掌握PLC控制系统的常用编程思路、程序功能。（2）了解热处理加热炉的结构和工作过程。（3）掌握PLC控制程序对热处理加热

3、炉电气的控制。2、课程设计正文2.1设计原理通过PLC控制电机M1和电机M2，实现对物品加热进出炉，炉门开关的要求，对加热保温阶段采用PID控制2.2设计容2.2.1加热炉原理加热炉具有热量传递过程。热量通过金属管壁传给工艺介质，因此它们同样符合导热与对流传热的基本规律。但加热炉属于火力加热设备，首先由燃料的燃烧产生炽热的火焰和高温的气流，主要通过辐射传热将热量传给管壁，然后由管壁传给工艺介质，工艺介质在辐射室获得的热量约占总热负荷的70%~80%，而在对流段获得的热量约占热负荷的20%~30%。因此加热炉的传热过程比较复杂，想从理论上获取对象特性是很困难的。加热炉的对象特征一般基于定性

4、分析和实验测试获得。从定性角度出发，可以看出其传热过程为：炉膛炽热火焰辐射给炉管，经热传导、对流传热给工艺介质。所以与一般传热对象一样，具有较大的时间常数和纯滞后时间。特别是炉膛，它具有较大的热容量，故滞后更为显著，因此加热炉属于一种多容量的被控对象。根据若干实验测试，并做了一些简化，可以用一介环节加纯滞后来近似，其时间常熟和纯滞后时间与炉膛容量大小及工艺介质停留时间有关。炉膛容量大，停留时间长，则时间常数和纯滞后时间大，反之亦然。加热炉进料一般分为几个支路。常规的控制方法是：在各支路上安装各自的流量变送器和控制阀，而用炉出口总管温度来调节炉用燃料量。这样的调节方法根本没有考虑支管温度均

5、衡的控制，支管温度均衡的控制由操作工凭经验根据分支温差来调节分支流量差。这种人为操作显然无法实现稳定的均衡控制，往往是各支管流量较均衡，而分支温度有相当大的差异，某一炉管因局部过热而结焦的可能性很大。为了改善和克服这种情况，需要采用支路均衡控制方法。近年来出现的差动式平衡控制、解藕控制以及多变量预测控制等方法能够收取一定的效果。其中差动式方法不仅效果不错，而且实现简单，操作简便，对于长期运行有一定的优势。另外，针对系统的非线性、强耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能实现较好的控制。2.2.2PID控制在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称P

6、ID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制　　比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号

7、成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。　　积分（I）控制　　在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，