【正文】 1 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書 基于 PLC 的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計論文 題目 : 基于 PLC 的加熱爐 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 原始依據(jù) (包括 設(shè)計（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)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，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出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差，很難達(dá)到好的控制效果，為提高系統(tǒng)對負(fù)荷變化較大或其他擾 動比較劇烈時的控制質(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)計培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識、基本技能進行分析和解決實際問題的能力，使學(xué)生受到 PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，達(dá)到能夠進行 PLC系統(tǒng)設(shè)計和實施的目的。 主要內(nèi)容和要求 （ 包括 設(shè)計（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)對負(fù)荷變化較大或其他擾動比較劇烈時的控制質(zhì)量，采用串級控制方案，主、副控制器采用 PID控制算法，手動整定或自整定 PID參數(shù)，實時計算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為 80℃ 左右，并能實時顯示當(dāng)前溫度值。 畢業(yè)論文中需有與本課題有關(guān)的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)總體方案設(shè)計，硬件的工程設(shè)計與實現(xiàn) ， PLC控制程序設(shè)計（ 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，完成開題報告 提 出總體方案 并進行論證 論文主體設(shè)計 論文撰寫，完成初稿 程序調(diào)試和修改論文 . 7 編寫設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯提綱，進行答辯 主要參考文獻和書目： [1] 樓順天、姚若玉、沈俊霞， 程序設(shè)計語言，西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx [2] 黃友銳、曲立國， PID 控制器參數(shù)整定與實現(xiàn)，科學(xué)出版社， 20xx [4] 盧京潮，自動化控制原理，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，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] 吳長勝，基于 PLC 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計， [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，北京國防工業(yè)出版社， 1996 [12] 王偉、張晶逃、柴天佑， PID 參數(shù)先進整定方法綜述，自動化學(xué)報， 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、蔡春偉、孫明健， S7200PLC 原理與應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)，機械工業(yè)出版社， 20xx [15] Jurgen Muiler、張懷勇，西門子自動化系統(tǒng)實戰(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（論文）開題報告（綜述） 題 目： 基于 PLC 的加熱爐 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 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)、機械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進行控制。這方面的應(yīng)用大多是基于單片機進行的 PID 控制 ， 然而單片機控制的 DDC 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計較為復(fù)雜，特別是設(shè)計到邏輯方面更不是其長處，然而 PLC 在這方面卻 是公認(rèn)的最佳選擇。 隨著 PLC 功能的擴充，在許多 PLC 控制器中都擴充了 PID 控制功能， 因此在邏輯控制與 PID 控制混合的應(yīng)用場所中采用 PLC 控制是較為合理的，通過采用 PLC 來對它們進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)先，而且可以大幅度提高被測溫度的技術(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 對溫度的控制是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。這也是本次畢業(yè)設(shè)計所重點研究的內(nèi)容。 溫度控制 系統(tǒng)在國內(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、德國等先進國 家相比有著較大的差距。目前我國在這方面總體技術(shù)水平處于 20 實際 50 年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以‘點位’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、時變溫度系統(tǒng)。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(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，國外已有較多的成熟產(chǎn)品。但由于國外技術(shù)保密及我國開發(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)驗及現(xiàn)場調(diào)試確定。 國外溫度控制系統(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、德國、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先的國家，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：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)于受控數(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算機技術(shù)，運用先進的算法，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)驗及控制對象的變 化情況，自動調(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、魯棒性好的特點。目前，國外溫度控制系統(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 采用串級控制方案，主、副控制器采用 PID 控制算法，手動整定或自整定 PID 參數(shù)，實時計算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為 80℃ 左右， 并能實時顯示當(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、 PLC 控制器、晶閘管調(diào)功器、加熱爐對象等組成；加熱爐 對象由溫度內(nèi)膽、夾套、加熱器、溫度檢測變送器等組成。 總體方案是采用 PLC 控制器來對系統(tǒng)進行總體控制，溫度變送器采集夾套和內(nèi)膽溫度信號；兩個數(shù)顯儀表分別對夾套溫度和內(nèi)膽溫度的實際值進行實時顯示；兩個啟動按鈕對系統(tǒng)的運行與停止進行手動控制；指示燈來顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)；模擬量擴展模塊承擔(dān)兩個模擬量輸入和一個模擬量輸出的任務(wù)；調(diào)功器根據(jù) PLC 的控制信號對加熱器進行控制，來實現(xiàn)對溫度的控制。其各個部分的組成連接如圖 2所示。 5 圖 2 設(shè)計總體方案連接圖 加熱爐溫的控制系統(tǒng)實現(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， PLC 的擴展模塊 EM235 將送過來的電壓信號轉(zhuǎn)化為西門子 S7200PLC可識別的數(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 e1，然后 PLC 將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來的溫度值進行比較并經(jīng)過PID 運算處理，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 進行比較得到誤差信 號 e0，經(jīng)福控制器進行 PID 運算輸出控制量 OUT0作 為晶閘管調(diào)功器的輸入信號，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，實時控制內(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 串級控制系統(tǒng)方框圖 6 設(shè)計（論文）提綱安排： 第一章 緒論：對課題研究背景國內(nèi)外發(fā)展前景 進行了闡述， 并分別從 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于工控機（ IPC）的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度 控制系統(tǒng)（ DCS），現(xiàn)場總線控制系統(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)計總體方案：簡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 PID 控制算法做了基本介紹，簡單闡述了 PID 運算在本設(shè)計中的用法，和對相關(guān)參數(shù)進行了確定 第三 章， 系 統(tǒng)硬件設(shè)計：介紹了硬件系統(tǒng)設(shè)計的組成和連線圖，對系統(tǒng)所用到的硬件進行了介紹和選型。 第 四 章， 系統(tǒng)軟件編程：對編程的思路和各個編程部分的任務(wù)、組成、流程圖和梯形圖進行了詳細(xì)介紹，并對編程用軟件的安裝進行了說明。 第五章，總結(jié)。 設(shè)計（論文）提綱及進度安排： . 8 認(rèn)真收集有關(guān)資料，完成開題報告 提出總體方案 并進行論證 論文主體設(shè)計 論文撰寫，完成初稿 程序調(diào)試和修改論文 . 7 編寫設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯提綱，進行答辯 主要參考文獻和書目： [1] 廖常初 .S7200PLC 編程及應(yīng)用 [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,20xx. [2] 吳中俊，黃永紅主編 .可編程序控制器原理及應(yīng)用 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，北京 .20xx,4. [3]王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx [4]馬秀坤，史云濤，馬學(xué)軍 .S7200PLC 與數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的原理及應(yīng)用 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 20xx [5]陳伯時主編 .電力系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,20xx [6] 張志杰 加熱爐控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用 [J].工業(yè)爐 ,20xx,22(3):2627. [7] 王浩宇 ,張云生 ,張果 .管式加熱爐 PID 算法改進及其在虛擬儀器中的應(yīng)用 [J].自動化儀表 ,30(4):5154 [8] 樓順天、姚若玉、沈俊霞， 程序設(shè)計語言，西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx [9] 黃友銳、曲立國， PID 控制器參數(shù)整定與實現(xiàn)，科學(xué)出版社， 20xx [10] 盧京潮，自動化控制原理，西北工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx [11] 周美蘭 、 周封 、 王岳宇 ， PLC 電氣控制與組態(tài)設(shè)計，科學(xué)出版社， 20xx [12] 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 [13] 吳長勝，基于 PLC 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計， [學(xué)士論文 ]，貴州師范大學(xué)， 20xx [14] 李世斌、李宏偉， PLC 在鍋爐控制中的應(yīng)用、自動化技術(shù)與應(yīng)用， 20xx 年第 22 卷第1 期 [15] 歐祖鴻，基于 Wincc 和 S7200 的溫度測控系統(tǒng)， [學(xué)士論文 ]，重慶科技學(xué)院， 20xx [16] 廖常初， PLC 編程及應(yīng) 用，機械工業(yè)出版社， 20xx [17] 顧占松、陳鐵年，可編程控制器原理與應(yīng)用，北京國防工業(yè)出版社， 1996 [18] 王偉、張晶逃、柴天佑， PID 參數(shù)先進整定方法綜述，自動化學(xué)報， 20xx,5（ 26） 347~355 [19] 胡學(xué)林，可編程控制器教程，電子工業(yè)出版社， 20xx [20] 張揚、蔡春偉、孫明健， S7200PLC 原理與應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)，機械工業(yè)出版社， 20xx [21] Jurgen Muiler、張懷勇，西門子自動化系統(tǒng)實戰(zhàn)，人民郵電出版社， 20xx [22] 劉迎春 ， 葉湘濱 .傳感器原理 .， 國防科技大學(xué)出版社 ， 20xx [23] 付家才 ， PLC 實驗與實踐 .， 北京高等教育出版社 ， 20xx [24] 袁寶歧 ， 加熱爐原理與設(shè)計 ， 航空工業(yè)出版社 1989 [25] .、 時光譯 ，顯示電子學(xué)，人們郵電出版社， 20xx 指導(dǎo)教師審核意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 8 摘 要 可編程控制器是一種應(yīng)用很廣泛的自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)融為一體，具有控制力強、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點，非常適合溫度控制的要求。 本文先從課題研究背景說起，通過幾個溫控 系統(tǒng)簡單介紹了國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。然后主要通過對系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，硬件的選擇、設(shè)計、使用，軟件程序的 思路、 流程圖、編寫等方面 詳細(xì)介紹了各個模塊的原理、設(shè)計和使用，并對程