PLC設計_加熱控制

1、下載可編輯課程名稱： PLC課程設計設計題目：加熱反應爐PLC控制系統(tǒng)的設計院系：專業(yè)：年級：姓名：指導教師：年月日.專業(yè) .整理 .下載可編輯.專業(yè) .整理 .下載可編輯課程設計任務書專業(yè)姓名學號開題日期：年3月23 日完成日期：年6月28日題目加熱反應爐 PLC控制系統(tǒng)的設計一、設計的目的加熱爐溫度控制在許多領域中得到廣泛的應用。這方面的應用大多是基于單片機進行 PID控制 , 然而單片機控制的 DDC 系統(tǒng)軟硬件設計較為復雜 , 特別是涉及到邏輯控制方面更不是其長處 , 然而 PLC在這方面卻是公認的最佳選擇。 采用 PLC來對反應爐進行全自動控制，提高生產效率，并且降低勞動力成本。二、

2、設計的容及要求對反應爐的控制主要分為 3 個階段。第一階段，送料控制，檢測下液面、爐溫度和爐壓力是否小于給定值，若是則開啟排氣閥和進料閥。當液位上升到上液位設定值時，關閉排氣閥和進料閥。 延時 20S，開啟氮氣閥 , 氮氣進入反應爐， 爐壓力上升。當壓力上升到給定值時，關閉氮氣閥。第二階段，加熱反應控制，接通反應爐電源,開始對反應爐加溫。當溫度上升到給定值時，切斷加熱電源。延時 10min，加熱過程結束。第三階段，泄放控制，打開排氣閥使爐壓力降到給定值以下，打開泄放閥，當爐溶液下降到下液面以下，關閉泄放閥和排氣閥。系統(tǒng)恢復到原始狀態(tài)準備進入下一循環(huán)。三、指導教師評語四、成績指導教師(簽章)年月

3、日.專業(yè) .整理 .下載可編輯摘要從上世紀 80年代至 90年代中期， PLC得到了快速的發(fā)展， 在這時期， PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)控制領域， 如鋼鐵廠、化工廠、火電廠等鍋爐的溫度控制系統(tǒng)，電焊機的溫度控制系統(tǒng)等。 加熱爐溫度控制在許多領域中得到廣泛的應用。這方面的應用大多是

4、基于單片機進行 PID控制 , 然而單片機控制的 DDC系統(tǒng)軟硬件設計較為復雜 , 特別是涉及到邏輯控制方面更不是其長處 , 然而 PLC在這方面卻是公認的最佳選擇。 加熱爐溫度是一個大慣性系統(tǒng)， 一般采用雙閉環(huán)調節(jié)進行控制。 本設計是利用西門子 S7-300PLC控制加熱爐溫度的控制系統(tǒng)。首先介紹了溫度控制系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)的組成，然后介紹了西門子 S7-300PLC和系統(tǒng)硬件及軟件的具體設計過程。關鍵詞：西門子 S7-300 PLC溫度控制系統(tǒng).專業(yè) .整理 .下載可編輯第1章引言1.1 研究的目的和意義加熱反應爐是工業(yè)生產中常用的重要設備，過去僅依靠人工經驗進行操作，往往存在送料、溫度

5、、壓力等條件變化時不能實施有效控制的問題，產品質量不穩(wěn)定甚至出現次品，造成原料浪費，給企業(yè)帶來經濟損失。可編程序控制器PLC以其可靠性高、功能強、控制靈活等特點，已成為目前工業(yè)現場環(huán)境的首選控制裝置。它不僅能實現復雜的邏輯順序控制，還能完成少量模擬量的過程控制，且編程簡單，使用方便。使用自動控制系統(tǒng)能有效的提高生產的安全性，大大降低了事故的發(fā)生率，并能提高生產效率，使原材料的使用率達到最大。1.2 國外研究現狀國際上對加熱爐的優(yōu)化控制開始于70 年代，我國從 80 年代才開始對這方面進行研究。我國現有工業(yè)鍋爐中，很多設備自動化程度不高，熱效率在40左右，隨著企業(yè)的經濟增長模式向依靠技術進步轉變

6、，對生產自動化的要求越來越迫切，改變鍋爐運行中傳統(tǒng)手動、半自動操作方式，實現自動化控制和管理，提高熱效率，保障安全運行已經勢在必行。在鋼鐵領域，以前人們對加熱爐優(yōu)化控制研究主要集中在鋼坯的升溫過程的數學模型、爐溫優(yōu)化設定以及燃燒控制，近年來智能控制技術正逐步被應用到加熱爐爐溫控制中。我國的加熱爐相當一部分還處于基地式儀表控制，表盤顯示的水平，軟件操作不宜為普通工人所掌握。為改變這種落后狀況，有效途徑之一就是進行加熱爐監(jiān)測和控制系統(tǒng)的技術改造。加熱爐的工作目標是在最短的時間采取最經濟的方式把顱的鋼坯加熱到所要求的狀態(tài)?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展加速了熱處理自動化，并有與其它工序組成自動熱處理線的趨勢1

7、 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯第 2 章 控制系統(tǒng)設備簡介2.1 PLC 的定義PLC即可編程控制器（ Programmable logic Controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。 在 1987 年國際電工委員會 （International Electrical Committee）頒布的 PLC標準草案中對 PLC做了如下定義：PLC英文全稱 Programmable Logic Controller , 中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是 : 一種數字運算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。 它采用一類可編程的存儲器， 用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算

8、 , 順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令， 并通過數字或模擬式輸入 / 輸出控制各種類型的機械或生產過程 .PLC 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結合很緊密的語言， 在半導體方面有很重要的應用，可以說有半導體的地方就有 PLC。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。2.2 PLC 的特點1.

9、可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的 PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用 PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2. 配

10、套齊全，功能完善，適用性強.專業(yè) .整理 .下載可編輯PLC 發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3. 易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近

11、，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4. 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。5. 體積小，重量輕，能耗低以超小型 PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械部，是實現機電一體化的理想控制設備2 。2

12、.3 PLC 的組成PLC種類繁多，但其組成結構和基本原理基本相同。用PLC實施控制，其實質是按控制功能要求， 通過程序按一定算法進行輸入/ 輸出變換，并將這個變換給以物理實現，并應用于工業(yè)現場。PLC 專為工業(yè)現場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由 CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入 / 輸出接口電路等組成。 PLC 的結構框圖如圖 2.1 所示 3 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯電源微處理器輸（ CPU）輸入運算器出單單元元控制器外存儲器I/O設擴I/OEPROMRAM展接口（系統(tǒng)程序）（用戶程序）接口圖 2.1 PLC 結構框圖1. 中央處理器（ CPU）中央處理單元一般由

13、控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片。 CPU通過數據總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入/ 輸出接口電路相連接。與一般計算機一樣， CPU是 PLC的核心，它按 PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能控制PLC有條不紊地進行工作。用戶程序和數據事先存入存儲器中，當PLC處于運行方式時， CPU按循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。CPU的主要任務是控制用戶程序和數據的接受與存儲；用掃描的方式通過 I/O 接口接收現場信號的狀態(tài)或數據， 并存入輸入映像寄存器或數據存儲器中； 診斷 PLC 部的工作故障和編程中的語法錯誤等； PLC 進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經過命令解釋后，按指令

14、規(guī)定的任務進行數據傳輸、邏輯或算數運算等；根據運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器中的容、在經輸出部分實現輸出控制、指標打印和數據通信等功能。不同型號的 PLC其 CPU芯片是不同的，又采用通用 CPU芯片的，有使用廠家自行設計的專用 CPU芯片的。CPU芯片的性能關系到 PLC處理控制信號的能力與速度，CPU位數越高，系統(tǒng)處理的信息量越大， 運算速度也越快。 PLC的功能 CPU芯片技術的發(fā)展而提高和增強。 現在大多數 PLC都采用 32 位 CPU，所以，即使是小型的 PLC，其性能也不一定比過去大中型的 PLC差。2. 存儲器.專業(yè) .整理 .下載可編輯PLC的存儲器包括系統(tǒng)存

15、儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC生產廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM，用戶不能更改。它使PLC具有基本的功能，能夠完成PLC設計者規(guī)定的各項工作。用戶存儲器包括用戶程序存儲器和用戶數據存儲器兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務用規(guī)定的PLC編程語言編寫的應用程序。用戶程序存儲器根據所選用的存儲器單元類型的不同，可以是RAM、 EPROM或 EEPROM存儲器，其容可由用戶任意更改。用戶數據存儲器可以用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和數值、數據等，用戶存儲器的大小關系到用戶程序容量的大小，是反映 PLC性能的重要指標之一。 而 PLC使用的存儲器類

16、型有三種：ROM（只讀存儲器）、RAM（隨機存取存儲器）和EEPROM（可電擦出可編程的只讀存儲器） 。3. 輸入 / 輸出單元PLC的輸入和輸出信號類型可以是開關量、模擬量。輸入 / 輸出接口單元包含兩部分：一部分是與被控設備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。輸入單元接受來自用戶設備的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器的信號。外部接口電路將這些信號轉換成CPU能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并結合其他元器件最新的信息，按照用戶程序進行計算，將有關輸出的最新計算結果放到輸出映像寄存器。輸

17、出映像寄存器由輸出點相對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將由弱電控制信號轉換成現場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、指示燈等被控設備的執(zhí)行元件。4. 電源部分PLC一般使用 220V 的交流電源或 24V 直流電源，部的開關電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V、-12V/+12V、24V 等直流電源， 整體式的小型 PLC還提供一定容量的直流24V 電源，供外部有源傳感器使用。PLC所采用的看管電源輸入電壓圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強。電源不見的位置形式可有多種，對于整體式結構的PLC，通常電源封裝到機殼部；對于模塊式PLC，則多采用單獨的電源模塊。5. 編程設備.專業(yè) .

18、整理 .下載可編輯過去的編程設備一般是編程器，其功能僅限于用戶程序讀寫和調試。讀寫程序智能使用最不直觀的語句表語言，屏幕顯示也只有 23 行，各種信息用一些特定的代碼表示，操作繁瑣不便。現在PLC生產廠家不再提供編程器，取而代之的是給用戶配置在 PC上運行的基于Windows的編程軟件。使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能快圖和順序功能圖程序，并可以實現不同編程語言的相互轉換，程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以保存和打印，通過網絡，還可以實現遠程編程和傳送。更方便的是編程軟件的實時調試功能非常強大， 不僅能監(jiān)視 PLC運行過程中的各種參

19、數和程序執(zhí)行情況，還能驚醒智能化的故障診斷。2.4 PLC 的工作原理可編程控制器的工作原理:PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU 從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復始地重復上述循環(huán)掃描的。PLC 工作的全過程可用圖2.2所示的運行框圖來表示。圖 2.2可編程控制器運行框圖.專業(yè) .整理 .下載可編輯2.5 加熱反應爐簡介加熱反應爐作為一種熱能動力設備，在國民經濟的領域具有廣泛應用。以繼電接觸器為主的老一代控制系統(tǒng)已不能滿足現代鍋爐越來越高，越

20、來越復雜的要求，這一領域的計算機化已勢在必行，而應用在當前工業(yè)過程控制領域中引人注目的PLC 又是使其計算機化的簡便和可靠途徑。在系統(tǒng)中，硬件上采用技術比較的成熟的可編程邏輯控制器，開發(fā)了采用PLC的開關量和模擬量輸入模塊，實現對模擬量采集；方法上運用到的是過程控制中常用的前饋與串級控制方法，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。溫度是工業(yè)生產中常見的工藝參數之一，任何物理變化和化學反應過程都與溫度密切相關。在科學研究和生產實踐的諸多領域中,溫度控制占有著極為重要的地位 ,特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃

21、料，控制方案也有所不同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。溫度控制系統(tǒng)的工藝過程復雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術和控制理論。故以 PLC為基礎的生產過程的計算機控制，使的企業(yè)總的自動化水平大大提高 1. 加熱反應爐的輸入輸出設備表：表 2.1 輸入輸出設備表輸入設備輸出設備啟動按鈕加熱接觸器停止按鈕排氣閥上液面?zhèn)鞲衅鬟M料閥下液面?zhèn)鞲衅鞯獨忾y壓力傳感器泄放閥溫度傳感器2. 加熱反應爐原理圖：加熱反應爐整體由四個閥：排氣閥、進料閥、氮氣閥、泄放閥，四個傳感器：壓力傳感器、溫度傳感器、上液面?zhèn)鞲衅?/p>

22、、下液面?zhèn)鞲衅?，鍋爐，加熱器及加熱接觸器等組成。.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 2.3加熱反應爐原理圖.專業(yè) .整理 .下載可編輯第 3 章 控制系統(tǒng)的設計3.1 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則和步驟PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則：（ 1）充分發(fā)揮 PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。（ 2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟、使用及維修方便。（ 3）保證控制系統(tǒng)安全可靠。（ 4）應考慮生產的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC的型號、 I O點數和存儲器容量等容時，應留有系統(tǒng)的調整和擴充。PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟：設計PLC應用系統(tǒng)時，首先是進行PLC應用系統(tǒng)的功能設計，

23、 即根據被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進行 PLC 應用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出 PLC 控制系統(tǒng)的結構形式，控制信號的種類、數量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據系統(tǒng)分析的結果，具體的確定 PLC的機型和系統(tǒng)的具體配置。 PLC控制系統(tǒng)設計可以按以下步驟進行：(1) 熟悉被控對象， 制定控制方案 分析被控對象的工藝過程及工作特點， 了解被控對象機、電、液之間的配合，確定被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求。(2) 確定 I O設備 根據系統(tǒng)的控制要求， 確定用戶所需的輸入 ( 如按鈕、行程開關、選擇開關等 ) 和輸出設備 ( 如接觸器、電

24、磁閥、信號指示燈等 ) 由此確定 PLC 的 I O點數。(3) 選擇 PLC 選擇時主要包括 PLC機型、容量、 I O模塊、電源的選擇。(4) 分配 PLC的 I O地址 根據生產設備現場需要，確定控制按鈕，選擇開關、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設備的型號、規(guī)格、數量；根據所選的PLC的型號列出輸入輸出設備與PLC輸入輸出端子的對照表，以便繪制PLC外部 I O接線圖和編制程序。(5) 設計軟件及硬件進行 PLC程序設計，進行控制柜（臺）等硬件的設計及現場施工。由于程序與硬件設計可同時進行， 因此，PLC控制系統(tǒng)的設計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設計出全部的電氣控制線

25、路后才能進行施工設計。(6) 聯機調試 聯機調試是指將模擬調試通過的程序進行在線統(tǒng)調。加熱反應爐對電控系統(tǒng)的要求1. 進料控制加熱反應爐開始工作時， 首先檢測下液面SK1，爐溫 SK2，爐壓力 SK4是否都小.專業(yè) .整理 .下載可編輯于給定值，即是否都為邏輯 0，若為 0，則開啟排氣閥 KV1和進料閥 KV2。液面上升到設定位置時， 使 SK3閉合，并關閉排氣閥和進料閥， 延時 20S后，開啟氮氣閥 KV3 使爐壓力上升，當壓力上升到給定值時（ SK4=1），關閉氮氣閥，進料過程結束。2. 加熱反應控制當爐溫低于給定值時（ SK2=0），接通加熱反應爐電源接觸器KM1；當爐溫高于給定值時（

26、SK2=1）, 切斷加熱電源，維持10 min，在此時間爐溫實現通斷控制，即保持 SK2=13. 泄放控制打開排氣閥 KV1，使爐壓力降到起始值 (SK4=0)，并打開排放閥 KV4，當爐液面下降到下液面時（ SK1=0）, 關閉 KV4和 KV1，系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，進入下一個循環(huán)。分配表根據加熱反應爐自動控制系統(tǒng)的要求，需要 6 個輸入點， 5 個輸出點，共 11 個 I/O 點。結合 PLC 實驗室現有資源，同時兼顧系統(tǒng)的經濟性和技術指標，因此選用西門子 S7-300 型 PLC 該 CPU基本單元共有 8 個輸入點， 8 個輸出點；它功能簡單實用，價格便宜，主要用于小型開關量控制系于橫

27、排端子排，繼電器輸出。其指令系統(tǒng)完全能達到加熱反應爐自動控制系統(tǒng)的要求。具體的I/O分配表見下表表 3.1 I/O 地址分配表輸入地址輸出地址啟動按鈕 QA00000排氣閥 YV101000停止按鈕 TA00001進料閥 YV201001下液面 SL100002氮氣閥 YV301002上頁面 SL200003泄放閥 YV401003爐壓力00004加熱絲 KM01004爐溫度00005接線圖加熱反應爐 PLC 接線如圖 3.1 所示。PLC 控制系統(tǒng)構成必須和電源、 主令裝置、傳感器設備以及驅動執(zhí)行相連接。 外界輸入器件可以是無源觸點或是有源的傳感器輸入。這些外部器件的兩頭，一頭接到 PLC

28、的輸入端，另一頭連在一起接到公共端上 (COM 端) ，形成閉合有源回路。交流供電的 S7-300 型 PLC 提供輔助直流電源，供輸入設備和部分擴展單元用。輔助電源容量為 25060mA。在容量不夠的情況下，需.專業(yè) .整理 .下載可編輯要單獨提供直流電源。 輸出口與執(zhí)行裝置相連接，執(zhí)行裝置主要包括各種電磁閥。這些設備本身所需的功率較大， PLC 一般不提供執(zhí)行器件的電源， 需要外接電源。 由于執(zhí)行器件都是相同幅值的電磁閥，因此可接同一個 COM端。QA0000001000YV1TA0000101001YV2SL100002SL200003P01002YV3LSP00004C01003YV4

29、ST0000501004KMCOMGNDCOM220V24V圖 3.1 PLC I/O接線圖的控制流程由加熱反應爐控制系統(tǒng)實現的功能，結合 PLC 可以設計如圖 3-2 所示的系統(tǒng)控制流程。按下啟動按鈕 QA后，系統(tǒng)運行；按下停止按鈕 TA后，系統(tǒng)停止。第一階段：送料控制，檢測下液面 SL1，爐溫度 ST，爐壓力 SP是否小于給定值（都為“ 0”）若是則開啟排氣閥 YV1 和進料閥 YV2。當液位上升到上液位設定值時SL2=1，應關閉排氣閥 YV1 和進料閥 YV2。延時 20S，開啟氮氣閥 YV3，氮氣進入反應爐，爐壓力上升。當壓力上升到給定值時，即 SP=1,關閉氮氣閥。送料過程結束。第二

30、階段：加熱反應控制，接通反應爐電源 KM，開始對反應爐加溫。當溫度上升到給定值時（此時信號 ST=1），切斷加熱電源。延時 10min，加熱過程結束。第三階段：泄放控制， 打開排氣閥 YV1, 使爐壓力降到給定值以下 （此時 SP=0），打開泄放閥 YV4 ，當爐溶液下降到下液面以下（此時SL1=0 ），關閉泄放閥 YV4 和排氣閥 YV1。系統(tǒng)恢復到原始狀態(tài)準備進入下一循環(huán)。本系統(tǒng)設計為條件型順序控制系統(tǒng)，運算速度快，可靠性高，功能強，輸入為干接觸式，輸出為繼電器形式。綜上，其控制流程圖如下3.2 所示：.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 3.2控制流程圖3.2 PLC 型號的選擇及其簡介本溫度

31、控制系統(tǒng)采用德國西門子S7-300 PLC。S7-300 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-300 系列的強大功能使其無論在獨立運行中， 或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。 因此 S7-300 系列具有極高的性能 / 價格比 5 。數字量輸入模塊與輸出模塊數字量輸入模塊：數字量輸入模塊用于連接外部的機械觸點和電子數字式傳感器，例如二線式光電開關和接近開關等。數字量輸入模塊將從現場傳來的外部數字信號的電平轉換為 PLC部的信號電平。 輸入電路中一般設有 RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號，輸入電流一般為數毫安

32、。數字量輸出模塊： SM322數字量輸出模塊將 S7-300 的部電平信號轉化為控制過程所需的外部信號電平， 同時具有隔離和功率放大的作用。 輸出模塊的功率放大元件有驅動直流負載的大功率晶體管和場效應晶體管、 驅動交流負載的雙向晶閘管或固態(tài)繼電器，以及既可以驅動交流負載又可以驅動直流負載的小型繼電器。 輸出電流典型值為 0.52A，負載電源由外部現場提供。.專業(yè) .整理 .下載可編輯模擬量輸入模塊與輸出模塊模擬量變送器：生產過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC 來測量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量、液位、物體的成分（例如氣體中的含氧量）和頻率等。有的是強電電量， 例如發(fā)電機組

33、的電流、 電壓、有功功率和無功功率、功率因素等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉換為標準的直流電流或直流電壓信號，例如 DC010V和 420mA。SM331 模擬量輸入模塊的基本結構：模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉換為CPU部處理用的數字信號，其主要組成部分是A/D（ Analog/Digit）轉換器。 SM331也可以直接連接不帶附加放大器的溫度傳感器（熱電偶或熱電阻），這樣可以省去溫度變送器，不但節(jié)約了硬件成本，控制系統(tǒng)的結構也更加緊湊。模擬量輸出模塊的基本結構： S7-300 的模擬量輸出模塊 SM332用于將 CPU送給的數字信號轉換為成比例的電流信號或電壓信號， 對執(zhí)行進行

34、調節(jié)或控制， 其主要組成部分是 D/A 轉換器。模擬量輸出模塊的技術參數： SM332的 4 種模擬量輸出參數均有診斷功能，用紅色 LED指示故障，可以讀取診斷信息。額定負載電壓均為 DC24V。模塊與背板總線有光隔離，使用屏蔽電纜時最大距離為 200m。都有短路保護， 短路電流最大 25mA,最大開路電壓 18V。3.3系統(tǒng)軟件的設計本溫度控制系統(tǒng)的軟件的設計過程，是先跟據控制流程圖畫出梯形圖，再由梯形圖寫出指令。由梯形圖的到指令表的過程很簡單、方便，能有效的避免出錯，并且梯形圖也很直觀，能清楚的看懂控制過程。傳感器在不同的狀態(tài)時，輸出的數字量不同，表3.2 是對各傳感器不同狀態(tài)下的數字量的

35、定義。表 3.2傳感器狀態(tài)定義傳感器作用01SL1下液面檢測液面低于下液位液位超過下液位SL2上液面檢測液面低于上液位液面超過上液位ST爐溫度檢測溫度低于設定值溫度超過設定值SP爐壓力檢測壓力低于設定值壓力超過設定止.專業(yè) .整理 .下載可編輯軟件梯形圖階段一：溶液低于下液位，爐壓力和溫度都低于設定值， 即 00002、00003、00004、00005 為 OFF，常閉觸點閉合時， 20002 為 ON，01000、 01001 為 ON，線圈閉合，使排氣閥 YV1和進料閥 YV2開啟。當液面上升到上液面時， 00003 為 ON，常閉觸點斷開， 01000，01001 為 OFF，使排氣閥

36、 YV1和進料閥 YV2關閉，同時， 000003 的常開觸點閉合，啟動定時器 0，定時 20s 后， TIM000常開觸點閉合，此時爐壓力小于給定值，故 00004 為 OFF， 01002 為 ON，氮氣閥 YV3開啟，給爐加入氮氣，當壓力超過設定值時， 00004 為 ON，常閉觸點斷開， 01002 為 OFF， YV3關閉。2000000002KEEP200000000320002200020000400005200000100020002 0000400005200000100100003TIM000#0200TIM0000000401002圖 3.3階段一的梯形圖階段二：在氮氣閥關閉的時候， 即輸出 01002 為 OFF時，因為還沒有開始加熱，所以爐溫度小于設定值， 00005 為 OFF，常開觸電斷開， 01004 為 ON，常開觸電閉合，接觸器 KM閉合，開始給反應爐加熱， 當溫度高于設定溫度時， 00005 為 ON，常閉觸點斷開， 01004 為 OFF，接觸器 KM斷開，停止加熱，此時 00005 的常開觸點閉合，啟動定時器 1，給定時器 TIM001裝入初值 6000，定時時間為 6000*0.1s=600s=10min 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯2000000004KEEP2000000005010042000000005KE