基于S7-1500的加热炉控制系统设计

Techniques of Automation & Applications | 61

基于S7-1500的加热炉控制系统设计

孙 娜

(辽宁工程职业学院,辽宁 铁岭 112008)

摘 要:加热炉控制系统采用西门子S7-1500系列的PLC 做控制器,文中详细介绍了加热炉控制系统的总体构成,仔细分析了系

统的输入输出量,利用分布式I/O 采集及发出输入输出信号,运料系统采用G120变频器,实现变速精准定位,进行了加热炉控制系统硬件及软件设计,HMI 上位机远程操控。

关键词:S7-1500;加热炉;分布式I/O

中图分类号:TN081 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2018)10-0061-03

Heating Furnace Control System Design Based on S7-1500

SUN Na

( Liaoning Engineering V ocational College, Tieling 112008 China )

Abstract: Heating furnace control system adopts Siemens S7-1500 series PLC controller. This paper introduces in detail the overall

composition of heating furnace control system, analysis the amount of input and output, using the distributed I/O, feeding system is VFD G120. It realizes accurate positioning with variable speed, designs hardware and software of heating furnance control system, and remote control of HMI upper computer.

Key words: S7-1500; heating furnace; distributed I/O

收稿日期:2017-05-10

1 引言

在工业生产中,加热是大多数生产车间必不可少的加工工序,因此加热设备在工业中应用极其广泛。工业生产中有各种加热炉,在机械、冶金、化工、食品、轻工、日化、医药、电子等诸多行业领域都有应用。根据各行业的加热要求不同,加热炉也有各种不同的类型。本文设计一种基于西门子S7-1500的加热反应炉控制系统,随着德国工业4.0的推进,西门子工业自动化集团推出新一代PLC 控制器即SIMATIC S7-1500,该系列的PLC 专为中高端设备和工厂自动化设计[1],新型的SIMATIC S7-1500控制器执行新标准,包含多种创新技术,缩短系统响应时间,提高控制能力,能最大程度地提高生产效率。无论是中小型设备还是对速度和准确性要求较高的复杂装置都适用。SIMATIC S7-1500集成到TIA 博途软件环境中,极大提高了工程组态的效率,是目前控制系统中相对高端的控制器,当然也是企业首选控制器。

2 加热炉控制系统的控制要求

某生产企业生产环境很恶劣,要求控制精度较高,需要将罐体中的化学制剂在加热炉中进行高温加热反应[3],具体要求入下:

1) 系统初始化;

2) 电动电动机M A1,使其正转,当限位开关S11信号置1时停止,将烘房门打开;

3) 启动MA2电机以其额定60%的速度正转,向烘房内运送物料罐;

4) 当物料罐向右运行到右1限位S15时,改变电机MA2的转速为其额定转速的30%,继续前行;

5) 当物料罐继续右行到右2限位S16时,停止;6) 启动电机MA1反转,至下限位S12信号置1时停止,完成烘房房门关闭;

7) 启动烘房内的P8、P9两加热装置,同时P10指示灯亮;

8) 当烘房内温度达到100℃时,再点亮P11指示灯;9) 继续加热,直至烘房内温度达到800℃时,关闭P9加热装置,只剩P8一台加热装置继续慢加热;

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10) 当烘房内温度达到900℃时点亮P12指示灯,同时将仅剩的一台P8加热装置也关闭;

11) 静止保持5S 后,物料罐内热反应完毕,同时关掉P10、P11、P12三个指示灯;

12) 启动电机MA1正转,打开烘房门;

13) 当触碰到限位开关S11时,以额定60%的速度启动MA2电机反转,后退推出物料罐;

14) 碰触到左1限位S14后,减速到额定转速的30%;15) 碰触到左2限位S13后,停止物料罐,完成物料罐的移出;

16) 启动M A1电机反转,关闭烘房门,整个加热反应过程结束。

3 加热炉控制系统硬件设计

3.1 控制系统框图

由于系统运行环境比较恶劣,通常需远程集控操作,而且控制精度要求高,所以选用西门子新推出的S7-1500系列的控制器[4],具体型号为C P U1516-3P N。远程分布式I /O 选择E T200用于输入输出口的扩展,变频器选用西门子G120来控制电机运行及精确定位。

图1 控制系统组成框图

3.2 控制系统硬件设计3.2.1 控制系统主电路

控制系统主电路如图2所示。

图2 控制系统主电路

MA1为普通三相异步电动机,用于完成烘房房门的控制;MA2通过变频器控制,用于加热炉的运行、调速、精确定位,西门子G120变频器最大功率为250KW,功率

模块可控[6],可以更方便灵活地控制运炉电机的精确运行。

3.2.2 控制系统的I/O 分配

分析系统所有输入输出点,进行如下(表1)I/O 定义:

表1 控制系统I/O 分配

远程分布式I/O接线按照I/O分配逐一进行,如图所示。

图3 远程输入模块接线图

图4 远程输出模块接线图

4 加热炉控制系统的软件设计

依据系统的要求,结合系统硬件设计,利用V13博

途软件进行系统组态及软件设计,主程序完成以下功能:

系统初始化、打开烘房门、按指定速度推进物料罐

(

斜坡上升时间为

3

秒)、关闭烘房门、按照温度设定要求分步加热,定时维持烘房内一定温度、关闭加热装置、