基于s7-200的步進式加熱爐控制系統設計-資料下載頁

【導讀】為了實現高效節能、減少污染的目標，軋鋼加熱爐將向自動化和計算機控制。方向進一步發展。PLC作為面向過程控制的軟件開發平臺，已經在越來越多的工。業控制領域應用。特點，設計了利用PLC技術實現步進式加熱爐的控制系統。本文首先在介紹加。熱爐工藝流程，著重介紹了步進式加熱爐的爐溫控制和爐壓控制的設計。入了脈沖燃燒這一先進技術。能和特點做了詳細描述，并在S7-200模塊上進行了軟件編程并調試。及安全穩定運行。

　　

【正文】 連續調節，（力圖突破的新構思不少，但還都處于試驗試用階段）所以調節精度還受到一定限制。電磁閥對介質潔凈度有較高要求，含顆粒狀的介質不能適用，如屬雜質須先濾去。另外，粘稠狀介質不能適用，而且，特定的產品適用的介質粘度范圍相對較窄。 （ 5）型號多樣，用途廣泛。電磁閥雖有先天不足，優點仍十分突出，所以就設計成多種多樣的產品，滿足各種不同的需求，用途極為廣泛。電磁閥技術的進步也都是圍繞著如何克服先天不足，如何更好地發揮固有優勢而展開。 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 21 第四章 步進式加熱爐 PLC 控制系統設計 PLC 控制技術概述 PLC 控制技術現狀 進入 21 世紀后，工業生產的迅速發展，市場競爭越來越激烈，工業產品更新換代的周期日趨縮短，新產品不斷涌現。當產品更新、生產工藝發生變化或工作模式不固定、工業控制系統較復雜時，迫切需要一種新的更先進的自動控制裝置來取代傳統的繼電器控制系統，以滿足現代社會小批量、多品種、低成本、高質量生產方式的生產控制要求。 自 1969 年，美國數字設備公司 (DEC)研制出第一臺可編程控制器 PDP14，用它取代傳統的繼電器控制系統在美國通用汽車公司的 汽車自動裝配線上使用，取得成功以來，經過上世紀七十年代日本、西德、法國等西歐國家對其進一步開發和研制，此項技術得到不斷發展與提高。目前在美國、日本、德國和英國等世界先進工業國家， PLC 成為工業自動控制的標準設備，它的應用幾乎覆蓋了機械、冶金、礦山、石油化工、輕工、交通運輸等所有工業行業，成為工業自動化領域中最重要、應用最多的控制設備，并己躍居現代工業自動化三大支柱 (PLC、機器人、 CAD/CAM)的首位。在我國，近年來 PLC的研制、生產和應用也發展很快尤其在應用方面更為突出，對提高我國的工業生產自動化水平起 到巨大的作用，取得了顯著的經濟效益。因此應用 PLC 技術是當今世界潮流，必將對生產、科研和社會生活等諸多領域產生巨大而深遠的影響。數字、信息化二十一世紀， PLC 技術應用的深度和廣度成為衡量一個國家工業自動化程度高低的標志。 工業自動化涉及的范圍極廣， PLC 控制系統是其中最重要的一個分支。它主要針對所謂六大參數，即溫度、壓力、流量、液位 (或物位 )、成分和物性等參數的控制問題。它能覆蓋許多工業部門，諸如冶金、石油、化工、電力、輕工、紡織等等，因而 PLC控制系統在國民經濟中占有極其重要的地位。 PLC 控制的任務就是 在了解、掌握工藝流程和生產過程的靜態和動態特性的基礎上，應用理論對控制系統進行分析和綜合，最后采用適宜的技術手段加以實現。值得指出的是，為適應當前生產對控制的要求愈來愈高的趨勢，必須充分注意現代控制技術在過程中的應用，其中過程模型化的研究起著舉足輕重的作用，因為現代控制技術的應用在很大程度上取決于對過程靜態和動態特性認識的深度。因此可以說， PLC 控制是控制理論、工藝知識、計算機技術和儀器儀表等知識相結合而構成的一門應用科學。 [22] 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 22 PLC 控制技術的發展 由于工業自動化和過程控制等大系統和復雜 的應用要求，網絡化和強化通信能力是PLC 的重要發展方向。 PLC 控制主要發展趨勢為以下幾點： (1)小型機功能的強化。 (2)分散型、智能型、現場總線型 I/O 及模塊化結構。 (3)網絡通信技術進一步發展。 (4)過程控制應用加大。 (5)存在冗余特性。 PLC 控制技術的應用領域 PLC 控制系統在石油、冶金、制造業、流量工業、電力、交通、樓宇、醫療等諸多領域的自動化系統中具有廣泛的應用。以其功能來分，主要有表現以下幾個方面 : (1)數字量邏輯控制。可編程控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可 以實現觸點和電路的串并聯，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。 (2)運動控制。可編程控制器使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，可實現單軸、雙軸、 3 軸和多軸位置控制，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。 (3)過程控制。過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續變化的模擬量的閉環控制。可編程控制器通過模擬量 I/O 模塊，實現模擬量 (Analog)和數字量 (Digital)之間的 A/D 轉換和 D/A 轉換。 (4)數據處理。現代的可編程控制器具有數學運算 (包括四 則運算、矩陣運算、函數運算、字邏輯運算以及求反、循環、移位、浮點數運算等 )、數據傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。 (5)通訊聯網。可編程控制器的通信包括主機與遠程 I/O 之間的通信、多臺可編程控制器之間的通信、可編程控制器和其它智能控制設備之間的通信。可編程控制器與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統。 S7200 簡介 SIMATIC S7200 系列是西門子公司投放市場的小型可編程控制器。全部采用整體式結構，根據型號的不同，有的 只能單機運行，有的可以進行輸入輸出擴展，有的還可以接特殊功能模塊。它的體積小，可靠性高，運行速度快，有豐富的指令集，具有強大內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 23 的多種集成功能和實時特性，配有豐富的功能擴展模塊以及它使用靈活方便等優點。S7200 系列小型 PLC 應用領域極為廣泛，覆蓋了所有的自動檢測、自動化控制有關的工業及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、環境保護設備等。所以 S7200 系列 PLC 在規模不太大的控制領域是較為理想的控制器。 PLC 價格比較貴，依據器件選型性價比要高的原則，本文采用了西門子公司 S7200系列的 PLC。它有 4 個不同基本型號的的 8 種 CPU 可提供選用，有 CPU22 CPU22CPU22 CPU224XP、 CPU226 等。 各種型號優點： (1)CPU 221 集成 6 輸入 /4 輸出共 10 個數字量 I/O 點。無 I/O 擴展能力。 6K 字節程序和數據存儲空間。 4 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出。 1 個 RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協議、 MPI 通訊協議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數控制的微型控制器。 (2)CPU 222 本機集成 8 輸入 /6 輸出共 14 個數字量 I/O 點。可 連接 2 個擴展模塊。 6K 字節程序和數據存儲空間。 4 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出。 1個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協議、 MPI 通訊協議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數控制的微型控制器。 （ 3） CPU 224 本機集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數字量 I/O 點。可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 13K 字節程序和數據存儲空間。 6 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個 RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協議、 MPI 通訊協議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。 （ 4） CPU 224XP 本機集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數字量 I/O 點， 2 輸入 /1 輸出共 3 個模擬量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展值至 168 路數字量 I/O 點或 38 路模擬量 I/O 點。 20K 字節程序和數據存儲空間， 6 個獨立的高速計數器（ 100KHz）， 2 個 100KHz 的高速脈沖輸出， 2 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協議、 MPI 通訊協議和自由方式 通訊能力。本機還新增多種功能，如內置模擬量 I/O,位控特性，自整定 PID 功能，線性斜坡脈沖指內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 24 令，診斷 LED，數據記錄及配方功能等。是具有模擬量 I/O 和強大控制能力的新型 CPU。 （ 5） CPU 226 本機集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個數字量 I/O 點。可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 13K 字節程序和數據存儲空間。 6 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 2 個 RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協議、 MPI 通訊 協議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入 /輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些復雜的中小型控制系統。 本系統控制器選型是 CPU224，還有 2 個模擬量 4 路輸入通用模塊 EM231。 模擬量通用模塊 EM231 的作用是對爐溫、排煙溫度和爐壓信號進行處理。 S7200 控制系統的優點 ： a)可靠性高。西門子 S7200 系列 PLC 無故障運行可達 10 萬 h 以上。 b)實現了 2 臺壓縮機的主備用自動切換 ， 及其中 1 臺壓縮機故障 時自動切換到另 1臺的功能，保證了高壓氣源的穩定。 c)程序的編寫及修改很簡便。西門子 S7200 系列 PLC 適用于針對工業控制的梯形圖，不需要懂太多的計算機編程知識就能編寫程序。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機上編程。 d)故障的查找十分方便。由于有完善的自診斷功能，因此利用 PLC 提示的信息很容易就能查出故障的所在位置，比較復雜的故障還可以通過與計算機相連進行在線監控查找， 使得可以在最短的時間內查出故障并排除，使壓縮機迅速恢復正常運行。 e)報警功能齊全，各種故障都能通過編寫程序 判斷出來，并以硬接點的方式上報給監控系統，便于運行人員及時掌握設備的運行情況。 [23][24] 編程軟件 step7 簡介 Step7 是用于西門子 S7200 系列 PLC 創建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用多種編程語言： (1)梯形圖 (LAD) (2)功能塊圖 (FBD) (3)語句表 (STL) 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 25 梯形圖編程語言簡介 本設計主要利用梯形圖進行編程，故下面著重介紹一下梯形圖編程語言。 梯形圖編程語言是在繼電器 接觸控制系統電路圖基礎上簡化了符號演變而來的，在簡化的同時還加進了許多功能強而又使用靈活的 指令，時目前應用最廣泛的一種可編程控制器編程語言。按在梯形圖（ LAD）中，程序被分為網絡的一些程序段。每個梯形圖網絡是由一個或多個梯級組成。梯形圖程序區段的結構對應于繼電器開關操作的梯級。在梯形圖編輯器中，背景窗口是邏輯網格。在它的左邊有所謂的左匯流條。這些左匯流條對應于梯級的相線 (L 線路 )。正如在梯級中一樣，只有接至電源及接至左匯流條的梯形圖目標將在梯形圖編程期間被“編輯”，對應于中線的右匯流條不進行顯示。但是，在內部，所有的線圈和 FB、 FC 輸出都接在它上面，從而建立起電流通路。編程語言梯形圖的基本目標是 為了構建 PLC 的組織單元節 (Network)，可以加入大量的觸點、線圈以及基本功能、基本功能塊、導出功能塊等。當生成鏈路時，與其它鏈路的目標重疊是允許的。 在梯形圖中，并沒有真實的電流流動。為了便于分析 PLC 的周期掃描原理及信息存儲空間分布的規律，假想在梯形圖中有“電流”流動，這就是“能流”。能流在梯形圖中只能作單方向流動（從左向右流動），層次的改變只能先上后下。梯形圖程序區段中的各個目標的處理次序由節中數據流來確定。添加在左匯流條的網格從上至下進行處理。在程序區段中的彼此獨立的網格按放置次序依次進行處理。 梯形圖控制語言編程的步驟及實現的功能 梯形邏輯圖控制語言編程的步驟如下 ： (1) 根據工藝過程對順序控制系統的要求 經過分析 比較 列寫程序條件表或圖。 (2) 對輸入輸出單元進行地址分配 并完成輸入輸出模塊的組態工作。 (3) 編制梯形邏輯圖 并對添加的內部繼電器 計數器等分配地址。 (4) 程序輸入和調試。 下位機 PLC 的應用程序基本上都用梯形圖編寫，少量用語句表編寫。 PLC 從功能上主要進行兩方面控制：回路控制 (溫度、流量和壓力 )和電氣邏輯控制。整個控制程序主要實現以下基本功能： (1)信 號處理：該部分內容包括模擬量信號采集、開關量信號處理等。 (2)功能報警：溫度報警、壓力報警和急停報警等。 (3)壓力控制：加熱段和均熱段的爐膛壓力控制等。 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 26 (4)溫度控制：加熱段和均熱段的爐膛溫度。 軟件編程 軟件流程圖 開 始判 斷 空 然 比 是 否 等 于 3調 用 溫 度 控 制 子 程 序調 用 壓 力 控 制 子 程 序結 束手 動 調 整NY 圖 步進式加熱爐主程序流程圖 主流程開始后，首先判斷是空燃比是否等于 3，“ Y”則繼續往下進行，“ N”則轉向手動控