毕业设计-电加热炉控制系统设计

密级：

NANCHANG UNIVERSITY

学士学位论文

THESIS OF BACHELOR

（2006 —2010 年）

题目锅炉控制系统的设计

学院：环境与化学工程系化工

专业班级：测控技术与仪器

学生姓名：魏彩昊学号：5801206025

指导教师：杨大勇职称：讲师

起讫日期：2010-3至2010-6

南昌大学

学士学位论文原创性申明

本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

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锅炉控制系统设计

专业：测控技术与仪器学号：5801206025

学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇

摘要

温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。

本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。

此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。

关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统

Control System Design of Boiler

ABSTRACT

Temperature is a very popular parameter of pyrology in flow industry，so temperature control is an emphases of process control.Considering some special condition such as heating mechanism and the special structure of heater there are often some features such as long time lag，nonlinearity and difficulties of modeling of targets of process.It's difficult to control very well by traditional PID algorithm，the Digital PID control algorithm can get better control effect.

This article described a type of imp roved regenerative heating furnace, which makes the temperature invariable and auto ignition using PLC. It can be available in aluminum and steelmill and other metal industry, which can bring obvious economic and social benefits.

The industrial design of the prototype electric oven to laboratory electric furnace of the real object, PID control algorithm for temperature control.The paper presents a target for electric furnace characteristics of control algorithms, and PLC as the core to form the furnace adaptive control system. Control accuracy, reliability and stability indicators are much higher than the system which is consisted of the conventional instrument, thedesign uses PID algorithm to control its temperature.

Keyword: Temperature；heating furnace；PLC；control system

目录

摘要................................................................................................................................ I ABSTRACT.................................................................................................................. II 第一章绪论 (1)

1.1选题的背景及意义 (1)

1.2加热炉控制研究现状 (2)

1.3本设计的主要工作及技术路线 (3)

1.3.1主要工作 (3)

1.3.2本论文的技术路线 (4)

第二章控制方案确定 (5)

2.1控制对象的数学模型及仿真 (5)

2.2 电加热炉控制系统分析: (10)

2.3控制系统的控制过程 (11)

2.3.1 温度--流量串级控制系统 (11)

2.3.2 液位-流量串级控制系统 (11)

2.4 控制系统主要特色 (12)

第三章PLC 控制系统硬件设计及仪表选型 (14)

3.1系统特性分析 (14)

3.2 PROFIBUS 现场总线介绍 (14)

3.3电加热炉PLC系统结构 (15)

3.4 PLC控制系统设计 (16)

3.4.1 恒温控制系统 (16)

3.4.2 恒压控制系统 (17)

第四章控制系统的软件设计 (20)

4.1 下位机软件设计 (20)

4.1.1Step-7简介 (20)

4.1.2下位机软件设计流程图 (22)

4.2上位机软件设计 (22)

4.2.1Win CC 简介 (23)

4.2.2监控系统的设计 (24)

第五章仪器仪表的选型 (26)

5.1现场仪表的选型 (26)

5.1.1控制阀的选型 (26)

5.1.2节流装置的计算 (27)

5.1.3电气阀门的定位器 (28)

5.1.4 压力变送器的选型 (29)

5.1.5 压力表的选型 (30)

5.1.6流量计的选择 (30)

5.1.7 温度变送器的选型 (31)

5.1.8浮子液位计的选型 (32)

5.2控制室仪表选型 (33)

5.2.1PLC的选型 (33)

5.2.2 控制柜的选型 (33)