加热炉温度控制系统毕业论文

加热炉温度控制系统毕业论文

目录

摘要............................................................ I Abstract....................................................... II 第1章绪论.. (1)

1.1 课题背景及意义 (1)

1.2 研究的主要容 (1)

1.3 系统的设计目标及技术要求 (1)

1.4 控制系统的设计原理 (2)

1.5 技术综述 (2)

第2章硬件设计 (4)

2.1 西门子S7- PLC (4)

2.1.1 西门子S7-200主要功能模块介绍 (4)

2.1.2 开关量I/O模块介绍 (5)

2.2 温度传感器 (5)

2.2.1 热电偶 (6)

2.2.2 热电阻 (6)

2.3 模拟量输入模块 (8)

2.3.1 EM231模拟量输入模块 (8)

2.3.2 EM232模拟量输出模块 (10)

2.4 可控硅电压调整器 (11)

2.4.1 可控硅电压调整器简介 (11)

2.4.2 可控硅电压调整器的主要性能指标 (12)

2.4.3 双向可控硅交流调压原理 (12)

2.4.4 可控硅电压调整器在加热炉中的应用 (13)

2.5 本章小结 (14)

第3章炉温PID控制算法 (15)

3.1 PID控制器基本概念 (15)

3.2 PID控制算法数字化处理 (16)

3.3 PID在PLC中的回路指令 (19)

3.4 模拟量采集的数字滤波算法 (21)

3.5 采样周期的选择 (23)

3.6 PID参数整定 (24)

3.7 本章小结 (27)

第4章软件设计 (28)

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4.1 STEP7编程软件简介 (28)

4.2 方案设计思路 (28)

4.3 程序流程图 (30)

4.4 系统程序实现 (30)

4.5 PLC炉温控制系统的调试 (31)

4.6 本章小结 (31)

第5章组态画面设计 (32)

5.1 组态王简介 (32)

5.2 组态画面设计 (32)

5.2.1 创建项目 (32)

5.2.2 创建主画面 (34)

5.2.3 建立实时趋势曲线 (35)

5.2.4 创建报警窗口 (35)

5.2.5 建立系统原理画面 (36)

5.2.6 建立参数监控画面 (37)

5.3 本章小结 (38)

第6章系统调试 (39)

6.1 组态王与S7-200的通信 (39)

6.2 启动组态王 (39)

6.3 参数设定和监控 (40)

6.4 报警信息提示 (41)

6.5 趋势曲线监控 (42)

6.6 本章小结 (43)

结论 (44)

致谢 (45)

参考文献 (46)

附录１ (47)

附录2 (49)

附录3 (52)

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第1章绪论

1.1课题背景及意义

随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。

随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本设计所重点研究的容。

1.2研究的主要容

本课题的研究容主要有：

1)温度的检测；

2)采用PLC进行恒温控制；

3)PID算法在PLC中如何实现；

4)PID参数对系统控制性能的影响；

5)温控系统人机界面的实现；

1.3系统的设计目标及技术要求

本PLC温度控制系统的具体指标要求是：对加热器加热温度调整围为800℃—1000℃，温度控制精度小于3℃，系统的超调量须小于15%，并具有温度上下限报警功能和故障报警功能。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。

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1.4控制系统的设计原理

加热炉温度控制系统基本构成如图1-1所示，它由PLC主控系统、可控硅电压调整器、加热炉、温度传感器、温度变送器等几个部分组成[2]。

图1-1 加热炉温度控制系统基本构成框图

通过调节双向可控硅的通断来调节电阻丝的输出功率，由温度检测元件热电阻将采集到的炉膛温度信号，经过温度变送器转换为电压信号，PLC主控系统部的A/D将送进来的电压信号转化为西门子S7-PLC可识别的数字量。用编制好的程序对其进行计算，得到实际温度值，在与给定的温度值比较，得到的偏差经过PID运算后，输出的数字量经过D/A转换，在由模拟量输出模块送给可控硅电压调整器，产生可控硅脉冲触发信号，该信号触发可控硅电路，最终由该电路驱动电炉的加热丝，通过调整可控硅触发信号（即调节供电电压每个周期的导通角），即可控制电炉电压的通断及大小，进而达到控制炉温的目的。

1.5技术综述

自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，在各行业广泛应用。

目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。温度控制系统在国各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的

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