【正文】 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）基于PLC的爐膛溫度控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文目　錄前　言 1第1章 緒論 2 課題研究的意義 2 鍋爐控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 本文所做工作 4第2章 PLC基礎及系統(tǒng)方案設計 5 可編程控制器基礎 5 可編程控制器的產(chǎn)生和應用 5 可編程控制器的組成 5 可編程控制器的工作原理 7 可編程控制器的分類及特點 8 系統(tǒng)方案設計 8第3章 硬件設計 9 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則和步驟 9 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 9 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟 9 PLC系統(tǒng)選型 10 系統(tǒng)控制要求 11 電氣控制系統(tǒng)電路圖 12第4章 軟件設計 14 PLC編程語言簡潔 14 PLC編程語言的國際標準 14 復合數(shù)據(jù)類型與參數(shù)類型 15 系統(tǒng)存儲器 16 STEP7的原理 17 程序設計 18 通信系統(tǒng) 19結　論 21謝 辭 22參考文獻 23附　錄 24外文資料翻譯 320前　言在經(jīng)濟科技日益金華的今天自動生產(chǎn)代替單純的手工勞動已是不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流，于是過程控制這門課程被提上日程在經(jīng)濟科技日益進化的今天自動生產(chǎn)代替人工已是不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流一過程控制被提上日程。在化工過程控制中溫度控制應用相當廣泛。往往在控制中還存在著多種擾動，例如流量、液位等。溫度控制作為過程控制中的一個很重要的方面，由于其特殊性一直以來都是一個控制難點。溫度控制具有很大的滯后性，在控制中難以得到理想的效果。再加上各種擾動，溫度控制已經(jīng)不能光靠簡單的PID控制達到目標。在這種情況下我們往往就需要借助別的控制方式。前饋控制作為一種特殊的控制規(guī)律就是在這種情況下發(fā)展起來的。前饋控制就是在擾動影響到被控對象前就將其通過補償消除掉。因此在這次設計中我們用前饋控制方式來克服流量的擾動使得溫度控制精度更加精確。前饋控制等控制算法我們往往用PLC來實現(xiàn)。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)、和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。本次設計綜合運用計算機、PLC、溫度傳感器、流量傳感器等對工業(yè)對象的夾套鍋爐、管道進行控制，運用計算機編程、PLC編程、控制算法設計、過程控制、工業(yè)現(xiàn)場總線技術、電器線路設計等知識和技術實現(xiàn)前饋反饋控制。首先由變頻器、泵、壓力傳感器組成恒壓供水系統(tǒng)，再由兩個調(diào)節(jié)閥控制兩個支路分別給鍋爐的夾套和內(nèi)膽供水，由PLC編程、加熱器、溫度傳感器組成鍋爐內(nèi)膽水溫反饋加熱系統(tǒng)，流量傳感器、PLC、加熱絲組成前饋補償系統(tǒng)，從而組成前饋反饋控制系統(tǒng)。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 第1章 緒論 課題研究的意義 鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和集中供熱過程中重要的動力設備。水暖鍋爐在我國已有近百年的歷史，在過去很長一段時間，我國水暖鍋爐控制一直都是人工手動控制。隨著我國人民生活水平的穩(wěn)步提高和城市化建設的步伐加快，建筑業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要性日益凸顯。而對新型采暖設備的需求量也呈全面迅猛增長的態(tài)勢。雖然近年來，電熱采暖、地熱采暖悄然進入尋常百姓家，但以水暖鍋爐進行采暖仍是我國最為普遍使用的冬季采暖方式。工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和集中供熱過程中重要的動力設備。水暖鍋爐在我國已有近百年的歷史，在過去很長一段時間，我國水暖鍋爐控制一直都是人工手動控制。隨著我國人民生活水平的穩(wěn)步提高和城市化建設的步伐加快，建筑業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要性日益凸顯。而對新型采暖設備的需求量也呈全面迅猛增長的態(tài)勢。雖然近年來，電熱采暖、地熱采暖悄然進入尋常百姓家，但以水暖鍋爐進行采暖仍是我國最為普遍使用的冬季采暖方式。工業(yè)鍋爐能耗巨大，每年的耗煤量超過上億噸，占我國原煤產(chǎn)量的三分之一，提高其生產(chǎn)效率不僅具有可觀的經(jīng)濟效益，還有重要的環(huán)保意義。但是我國目前運行的大多數(shù)鍋爐系統(tǒng)控制水平不高，效率普遍低于國家標準，操作工人水平參差不齊，經(jīng)常是憑感覺和經(jīng)驗去操作，長期使鍋爐處在能耗高、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。據(jù)有關資料顯示，世界85%的人口正陸續(xù)進入工業(yè)化階段，全球性的人口、資源、環(huán)境矛盾尖銳，使我國的現(xiàn)代化面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，即使國際市場能夠彌補中國資源的不足，生態(tài)和環(huán)境破壞的沉重代價也難以承受。工業(yè)鍋爐生產(chǎn)效率會受到諸多因素的影響。爐體本身的生產(chǎn)狀況是影響鍋爐產(chǎn)熱效率的重要因素，但是國內(nèi)很多供熱單位的鍋爐爐齡較長、生產(chǎn)狀況遠低于設計標準，要徹底的更新?lián)Q代，需要很大的投資，這是大多數(shù)的供熱單位不能承受的，也不符合我國現(xiàn)在的基本國情。然而鍋爐設備是一個復雜的控制對象，作為一個長期運行的設備，其控制系統(tǒng)的優(yōu)劣也是影響鍋爐生產(chǎn)效率的重要因素。應用計算機技術對鍋爐生產(chǎn)過程的相關環(huán)節(jié)進行自動化控制，能夠有效地提高鍋爐運行可靠性和生產(chǎn)效率。實際表明，應用于20~30噸/時中壓鍋爐的DMC一50系列微機控制系統(tǒng)，經(jīng)實測節(jié)煤率達5%以上。工業(yè)鍋爐的耗煤產(chǎn)汽既是一個能源轉(zhuǎn)換過程，又是一個生產(chǎn)過程，對于由多個鍋爐控制站組成的鍋爐群系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡技術對整個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)控管理，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行記錄、統(tǒng)計、分析，將統(tǒng)計分析的各種數(shù)據(jù)及時發(fā)布給相關的部門，如廠領導、調(diào)度室、工段室、技術室等有著重要的意義。利用先進網(wǎng)絡技術，構建一個由現(xiàn)場控制層、顯示操作層和信息管理層組成的集成自動化系統(tǒng)可以使企業(yè)生產(chǎn)和管理有機地結合起來。通過現(xiàn)代信息化技術改造，提高整個供熱單位的管理水平，管控結合，獎優(yōu)罰劣，充分調(diào)動工作人員的責任心和積極性，通過加強管理提高生產(chǎn)水平，使整個鍋爐系統(tǒng)的生產(chǎn)過程處在可達最佳優(yōu)化狀態(tài)，可以有效地提高生產(chǎn)效率。 鍋爐控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鍋爐的自動化控制從上世紀三、四十年代就開始了，當時大都為單參數(shù)儀表控制，進入上世紀五十年代后，美國、前蘇聯(lián)等國家都開始進行對鍋爐的操作和控制的進一步研究。但由于當時科技發(fā)展的局限性，對鍋爐的控制主要停留在使用汽動儀表(包括汽動單元組合儀表和汽動基地式儀表)的階段，而且大多數(shù)鍋爐只是檢測工藝參數(shù)，不進行自動控制。到上世紀六十年代，在發(fā)達國家，鍋爐的控制主要以電動單元組合儀表(相當于我國的DDZII, DDZIII儀表)檢測與控制，還是以檢測報警為主，控制為輔助功能。到了上世紀七十年代，隨著計算機技術和自動控制技術理論的發(fā)展，使得鍋爐的計算機控制成為可能。尤其是近一、二十年來，隨著先進控制理論和計算機技術的飛速發(fā)展，加之計算機各種性能的不斷增強，價格的大幅度下降，使鍋爐應用計算機控制很快得到了普及和應用。許多發(fā)達國家都相繼開發(fā)出了鍋爐計算機控制系統(tǒng)。如 今在 國 外，鍋爐的控制己基本實現(xiàn)了計算機自動控制，在控制方法上都采用了現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)控制、多變量頻域、模糊控制等方法，因此，鍋爐的熱效率很高、鍋爐運行平穩(wěn)，而且減少了對環(huán)境的污染。在國內(nèi)，由于經(jīng)濟技術條件的限制，中小企業(yè)鍋爐設備水平一直比較落后，大多數(shù)中小型鍋爐水平基本上停留在手動和簡單儀表操作的水平。80年代中后期，隨著先進的控制技術引入我國的鍋爐控制，鍋爐的計算機控制得到了很大的發(fā)展。至90年代，鍋爐的自動化控制己成為一個熱門領域，利用單片機、可編程序控制器、工業(yè)計算機以及引進的國外控制設備開發(fā)的各種控制系統(tǒng)，己逐漸用于對原有鍋爐的技術改造中，并向與新建爐體配套的方向發(fā)展，許多新的控制方法，諸如最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、或控制算法的建模往往不能反映真實的鍋爐燃燒狀況，導致在工程實踐中并不怎么成功，不能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益，挫傷了用戶在工業(yè)鍋爐上用計算機進行控制的積極性。進入本世紀以來，為了進一步改善鍋爐操作狀況，降低能耗，確保安全運行，減少對大氣的污染，同時隨著人工智能理論的發(fā)展成熟，智能控制技術的大規(guī)模應用，對新一代鍋爐計算機優(yōu)化控制系統(tǒng)的開發(fā)和應用已勢在必行且條件成熟。 本文所做工作在工業(yè)生產(chǎn)自動控制中，為了生產(chǎn)安全或為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，對于溫度，壓力，流量，成分，速度等一些重要的被控參數(shù)，通常需要進行自動監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結果進行相應的控制，以反復提醒操作人員注意，必要時采取緊急措施。溫度是工業(yè)生產(chǎn)對象中主要的被控參數(shù)之一。本設計以一個溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)為例來說明PLC在模擬量信號監(jiān)測與控制中的應用問題。本文所做工作： 爐膛溫度控制系統(tǒng)方案設計； 爐膛溫度控制系統(tǒng)硬件設計，包括PLC控制系統(tǒng)構成、變頻器功能原理等； 、爐膛溫度控制系統(tǒng)軟件設計、STEP7 的原理、使用技巧，PLC系統(tǒng)程序設計，人機界面設計等；第2章 PLC基礎及系統(tǒng)方案設計可編程控制器是是一種工業(yè)控制計算機，簡稱PLC，它使用可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行邏輯、順序、計時、計數(shù)、和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機械或過程。 可編程控制器基礎 可編程控制器的產(chǎn)生和應用1969年美國數(shù)字設備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP14，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。1971年日本從美國引進這項技術，很快研制出第一臺可編程序控制器DSC18。1973年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應用。進入20世紀70年代，隨著電子技術的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進一步增強。進入20世紀80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構成的微機化PLC，使PLC的功能增強，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 可編程控制器的組成可編程控制器的組成:PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架?！　PU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模?！? 　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊?！　〕Ｓ玫腎/O分類如下：　　開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（420mA，020mA）、電壓型（010V，05V，1010V）等，按精度分，有12bit，14bit，16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制?！? 　　編程器的作用是用來供用戶進行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡易型和智能型兩類。簡易型只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器），不但可以連機編程，而且還可以脫機編程。操作方便且功能強大。PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 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 21 所示的運行框圖來表示。圖21 可編程控制器運行框圖 可編程控制器的分類及特點小型PLC 的I/O 點數(shù)一般在128 點以下，其特點是體積小、結構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術、運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應用指令。中型PLC 采用模塊化結構，其I/O 點數(shù)一般在256～1024 點之間，I/O 的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。一般I/O 點數(shù)在1024 點以上的稱為大型PLC，大型PLC 的軟硬件功能極強，具有極強的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構成三級通訊網(wǎng)實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化，大型PLC 還可以采用冗余或三CPU 構成表決式系統(tǒng)使機器的可靠性更高。 系統(tǒng)方案設計系統(tǒng)將溫度控制在50℃~60℃以內(nèi)，為了控制方便，本設計設定50℃為溫度較佳值，并依此作為被控溫度的基準值。另外，正常情況下，輸出基準量是被控制溫度接近較佳值。本設計設定的基準調(diào)節(jié)量相當于PLC（輸出6V）。加熱爐的溫度控制對象，其系統(tǒng)本身的動態(tài)特性基本上屬于一階滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上可以采用PLD控制或在林算法。由于本系統(tǒng)溫度控制要求不高，為了簡化起見，本設計按P（比例）控制算法進行運算采樣調(diào)節(jié)周