【正文】 1 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）任 務(wù) 書 基于 PLC 的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題目 : 基于 PLC 的加熱爐 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 原始依據(jù) (包括 設(shè)計(jì)（論文）的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等 )： 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。 加熱爐的溫度控制系統(tǒng)具有較大的容量滯后，采用單回路控制往往會(huì)出現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)偏差，很難達(dá)到好的控制效果，為提高系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化較大或其他擾 動(dòng)比較劇烈時(shí)的控制質(zhì)量，采用基于 PLC的雙閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)來提高加熱爐的燃燒效率。 通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能進(jìn)行分析和解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生受到 PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，達(dá)到能夠進(jìn)行 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的目的。 主要內(nèi)容和要求 （ 包括 設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求 ）： 如圖 1 所示的加熱爐，它是由溫度內(nèi)膽、夾套、加熱器、溫度檢測(cè)變送器組成。 圖 1 加熱爐溫度系統(tǒng) 加熱器采用 傳統(tǒng)的價(jià)格較低 的 電阻板加熱 ，水系統(tǒng)是加速加熱爐溫度 恒定。 2 通 過檢測(cè)內(nèi)膽和夾套的溫度來控制電阻板兩端的電壓變化，使?fàn)t溫達(dá)到設(shè)定值。 為提高系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化較大或其他擾動(dòng)比較劇烈時(shí)的控制質(zhì)量，采用串級(jí)控制方案，主、副控制器采用 PID控制算法，手動(dòng)整定或自整定 PID參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為 80℃ 左右，并能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。 畢業(yè)論文中需有與本課題有關(guān)的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ， PLC控制程序設(shè)計(jì)（ I/O地址分配，程序流程圖），總結(jié)。 日程安排： . 8 認(rèn)真收集有關(guān)資料，完成開題報(bào)告 提 出總體方案 并進(jìn)行論證 論文主體設(shè)計(jì) 論文撰寫，完成初稿 程序調(diào)試和修改論文 . 7 編寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯提綱，進(jìn)行答辯 主要參考文獻(xiàn)和書目： [1] 樓順天、姚若玉、沈俊霞， 程序設(shè)計(jì)語言，西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx [2] 黃友銳、曲立國(guó)， PID 控制器參數(shù)整定與實(shí)現(xiàn)，科學(xué)出版社， 20xx [4] 盧京潮，自動(dòng)化控制原理，西北工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx [5] 周美蘭 、 周封 、 王岳宇 ， PLC 電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)，科學(xué)出版社， 20xx [6 ] 李科，溫控系統(tǒng)的智能 PID 控制算法研究， [碩士論文 ]，中華科技大學(xué)， 20xx [7] 吳長(zhǎng)勝，基于 PLC 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)， [學(xué)士論文 ]，貴州師范大學(xué)， 20xx [8] 李世斌、李宏偉， PLC 在鍋爐控制中的應(yīng)用、自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 20xx 年第 22 卷第 1期 [9] 歐祖鴻，基于 Wincc 和 S7200 的溫度測(cè)控系統(tǒng)， [學(xué)士論文 ]，重慶科技學(xué)院， 20xx [10] 廖常初， PLC 編程及應(yīng) 用，機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx [11] 顧占松、陳鐵年，可編程控制器原理與應(yīng)用，北京國(guó)防工業(yè)出版社， 1996 [12] 王偉、張晶逃、柴天佑， PID 參數(shù)先進(jìn)整定方法綜述，自動(dòng)化學(xué)報(bào)， 20xx,5（ 26） 347~355 [13] 胡學(xué)林，可編程控制器教程，電子工業(yè)出版社， 20xx [14] 張揚(yáng)、蔡春偉、孫明健， S7200PLC 原理與應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx [15] Jurgen Muiler、張懷勇，西門子自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)，人民郵電出版社， 20xx 指導(dǎo)教師簽字 ： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 3 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（綜述） 題 目： 基于 PLC 的加熱爐 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本課題來源及研究現(xiàn)狀： 隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過程變量。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。這方面的應(yīng)用大多是基于單片機(jī)進(jìn)行的 PID 控制 ， 然而單片機(jī)控制的 DDC 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，特別是設(shè)計(jì)到邏輯方面更不是其長(zhǎng)處，然而 PLC 在這方面卻 是公認(rèn)的最佳選擇。 隨著 PLC 功能的擴(kuò)充，在許多 PLC 控制器中都擴(kuò)充了 PID 控制功能， 因此在邏輯控制與 PID 控制混合的應(yīng)用場(chǎng)所中采用 PLC 控制是較為合理的，通過采用 PLC 來對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大的優(yōu)先，而且可以大幅度提高被測(cè)溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此， PLC 對(duì)溫度的控制是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題。這也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所重點(diǎn)研究的內(nèi)容。 溫度控制 系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從溫度控制來講，總體發(fā)展水平 仍然 不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó) 家相比有著較大的差距。目前我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于 20 實(shí)際 50 年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以‘點(diǎn)位’控制及常規(guī)的 PID 控制為主。它只能適應(yīng)一般的溫度控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國(guó)外已有較多的成熟產(chǎn)品。但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)開發(fā)工作的滯后還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件 ， 控制參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。 國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。日本 、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家，都生產(chǎn)出了一批商品化得，性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要具有如下的特點(diǎn)：①是適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制；②是能夠適應(yīng)于受控?cái)?shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制；③是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制；④是溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛；⑤是溫度控制器普遍具有參數(shù)自整定功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對(duì)象的變 化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，以保證控制效果 4 的最優(yōu)化；⑥是具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段： 本課題 研究的主要目標(biāo)是 采用串級(jí)控制方案，主、副控制器采用 PID 控制算法，手動(dòng)整定或自整定 PID 參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為 80℃ 左右， 并能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值，其總體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。 圖 1 調(diào)溫總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng) 硬件組成 由 PC 機(jī)、 PLC 控制器、晶閘管調(diào)功器、加熱爐對(duì)象等組成；加熱爐 對(duì)象由溫度內(nèi)膽、夾套、加熱器、溫度檢測(cè)變送器等組成。 總體方案是采用 PLC 控制器來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體控制，溫度變送器采集夾套和內(nèi)膽溫度信號(hào)；兩個(gè)數(shù)顯儀表分別對(duì)夾套溫度和內(nèi)膽溫度的實(shí)際值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；兩個(gè)啟動(dòng)按鈕對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行與停止進(jìn)行手動(dòng)控制；指示燈來顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；模擬量擴(kuò)展模塊承擔(dān)兩個(gè)模擬量輸入和一個(gè)模擬量輸出的任務(wù)；調(diào)功器根據(jù) PLC 的控制信號(hào)對(duì)加熱器進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。其各個(gè)部分的組成連接如圖 2所示。 5 圖 2 設(shè)計(jì)總體方案連接圖 加熱爐溫的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程是：首先溫度傳感器將加熱爐的溫度 轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)， PLC 的擴(kuò)展模塊 EM235 將送過來的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為西門子 S7200PLC可識(shí)別的數(shù)字量，夾套溫度主給定量 SV1 與夾套溫度主反饋量 PV1 比較后得到誤差信號(hào) e1，然后 PLC 將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過PID 運(yùn)算處理，輸出控制量 OUT1 作為副控制器的給定，并與內(nèi)膽溫度副反饋量PV0 進(jìn)行比較得到誤差信 號(hào) e0，經(jīng)?？刂破鬟M(jìn)行 PID 運(yùn)算輸出控制量 OUT0作 為晶閘管調(diào)功器的輸入信號(hào)，來控制輸出電壓的變化，從而控制內(nèi)膽加熱器上電壓的高低，實(shí)時(shí)控制內(nèi)膽溫度副被控量和夾套溫度主被控量，構(gòu) 成雙閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。 圖 3 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 6 設(shè)計(jì)（論文）提綱安排： 第一章 緒論：對(duì)課題研究背景國(guó)內(nèi)外發(fā)展前景 進(jìn)行了闡述， 并分別從 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于工控機(jī)（ IPC）的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度 控制系統(tǒng)（ DCS），現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（ FCS）等 介紹當(dāng)前溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 。 第二章 設(shè)計(jì)總體方案：簡(jiǎn)單的從硬件部分和軟件部分介紹了系統(tǒng)的工作原理，并對(duì) PID 控制算法做了基本介紹，簡(jiǎn)單闡述了 PID 運(yùn)算在本設(shè)計(jì)中的用法，和對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了確定 第三 章， 系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：介紹了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組成和連線圖，對(duì)系統(tǒng)所用到的硬件進(jìn)行了介紹和選型。 第 四 章， 系統(tǒng)軟件編程：對(duì)編程的思路和各個(gè)編程部分的任務(wù)、組成、流程圖和梯形圖進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)編程用軟件的安裝進(jìn)行了說明。 第五章，總結(jié)。 設(shè)計(jì)（論文）提綱及進(jìn)度安排： . 8 認(rèn)真收集有關(guān)資料，完成開題報(bào)告 提出總體方案 并進(jìn)行論證 論文主體設(shè)計(jì) 論文撰寫，完成初稿 程序調(diào)試和修改論文 . 7 編寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯提綱，進(jìn)行答辯 主要參考文獻(xiàn)和書目： [1] 廖常初 .S7200PLC 編程及應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,20xx. 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