加热反应炉Word文档格式.docx

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2.2PLC的选型和硬件配置4

2.2.1PLC的选型和硬件配置5

2.3PLC的软件设计5

2.3.1PLC程序设计的方法5

第3章要求7

3.1加热反应炉的结构示意图7

3.2输入输出设备清单7

3.3控制流程图7

3.4I/O接线图8

3.5I/O地址分配9

心得体会10

参考文献11

第1章概述

1.1可编程控制器概述

1.1.1可编程控制器的产生和应用

　　1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。

1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。

1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。

我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。

进入20世纪70年代，随着电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器功能得到更进一步增强。

进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

1.2可编程控制器的组成和工作原理

　　可编程控制器的组成:

　　PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。

　　1．CPU

　　CPU是PLC的核心，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

　2.I/O模块

　　PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

　　常用的I/O分类如下：

　　开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

　　模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

　除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

　3.编程器

　　编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。

编程器一般分为简易型和智能型两类。

简易型只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。

而智能型编程器（又称图形编程器），不但可以连机编程，而且还可以脱机编程。

操作方便且功能强大。

　　4.电源

　　PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

[6]

可编程控制器的工作原理:

PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。

每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。

CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。

PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。

1.3可编程控制器的分类及特点

（一）小型PLC

小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。

它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术、运算数据处理和传送通讯联网以及各种应用指令。

（二）中型PLC

中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256～1024点之间，I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式即在扫描用户程序的过程中直接读输入刷新输出，它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。

（三）大型PLC

一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC，大型PLC的软硬件功能极强，具有极强的自诊断功能、通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块可以构成三级通讯网实现工厂生产管理自动化，大型PLC还可以采用冗余或三CPU构成表决式系统使机器的可靠性更高。

第2章硬件设计

2.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤

2.1.1PLC控制系统设计的基本原则

1．充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。

2．在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。

3．保证控制系统安全可靠。

4．应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I／O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。

2.1.2PLC控制系统设计的一般步骤

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。

然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。

最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。

PLC控制系统设计可以按以下步骤进行：

1．熟悉被控对象，制定控制方案分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。

2．确定I／O设备根据系统的控制要求，确定用户所需的输入（如按钮、行程开关、选择开关等）和输出设备（如接触器、电磁阀、信号指示灯等）由此确定PLC的I／O点数。

3．选择PLC选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选择。

4．分配PLC的I／O地址根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各输入输出设备的型号、规格、数量；

根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。

5．联机调试联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。

2.1.3PLC程序设计的一般步骤

1．绘制系统的功能图。

2．设计梯形图程序。

3．根据梯形图编写指令表程序。

4．对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。

调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

　2.2PLC的选型和硬件配置

　　本设计采用的是CPU226。

它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

26K字节程序和数据存储空间。

6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

2.2.1PLC的选型和硬件配置

PLC型号的选择

　　本温度控制系统采用德国西门子S7-200PLC。

S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200CPU的选择

　　S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。

此系统选用的S7-200CPU226,CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

13K字节程序和数据存储空间。

2.3PLC控制系统的软件设计

PLC控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分本在硬件基础上，详细介绍本项目的软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法、编程软件STEP7-Micro/WIN的介绍以及本项目的程序设计。

2.3.1PLC程序设计的方法

　　PLC程序设计常用的方法：

主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、顺序控制设计法、逻辑设计法等。

　　1.经验设计法：

经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。

这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，故称为经验设计法。

　　2.继电器控制电路转换为梯形图法：

用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。

　　3.顺序控制设计法：

根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。

此法的关键是画出功能流程图。

　　4.逻辑设计法：

通过中间量把输入和输出联系起来。

实际上就找到输出和输入的关系，完成设计任务。

编程软件STEP7--Micro/WIN概述

STEP7-Micro/WIN编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。

STEP7--Micro/WIN简单介绍

以STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP7-Micro/WIN，可双击STEP7-Micro/WIN的图标，如图4-1所示，STEP7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建程序的工作空间。

浏览条给出了多组按钮，用于访问STEP7--Micro/WIN的不同编程特性。

指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象指令。

程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。

子程序和中断程序在程序编辑器窗口的的底部按标签显示。

控制要求

第一阶段：

送料控制

1、检测下液面SL2、炉内温度ST、炉内压力SP是否都小于给定值（逻辑值：

小于输出0，大于输出1）。

2、若小于给定值，则开启排气阀YV1和进料阀YV2。

3、当液位上升到SL1时，应该关闭排气阀和进料阀。

4、延时20S，开启氮气阀YV3，氮气进入炉内，炉内气压上升。

5、当压力上升到给定值，即SP=1时，关闭氮气阀。

送料过程结束。

第二阶段：

加热反应控制。

1、交流接触器KM带电，接通加热炉加热器的电源。

2、当温度升高到给定值时，即ST=1时，切断加热器电源。

3、延时10min后，加热过程结束。

第三阶段：

泄放控制。

1、打开排气阀，使炉内压力降到预定值（SP=0）。

*打开泄放阀，当炉内液面下降到到SL2=0时，关闭泄放阀和排气阀，系统返回初始状态，

准备进入下一个循环。

设计要求

（1）按设计任务的要求，列出所需PLC的外部输入输出设备清单。

在尽量少占用I／0点的前提下，计算所需I／O点数，选择PLC机型（CPMlA系列），进行PLC的I／O分配。

（2）画出PLCI／O接线图。

（3）画出外部设备的主电路图。

（4）按设计任务的要求，绘制控制流程图，设计控制程序，画出梯形图并加以说明，并给出指令助记符程序。

第3章课题要求

设计原则：

国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。

设计范围：

控制系统主电路及控制电路设计、PLC控制程序设计。

设计成果：

课程设计报告含输入输出设备清单、主电路、控制流程图、I/O接线图、梯形图及程序说明、指令助记符程序、设计心得等。

（所有成果均应为打印稿）

3.1加热反应炉的结构示意图如图（原理图）如下所示：

3.2输入输出设备清单

3.3控制流程图

3.4I/O接线图

3.5I/O地址分配：

根据示意图和控制要求可知，该系统需要6个输入点和5个输出点，其地址分配如下：

心得体会

两周的PLC课程设计对我收益匪浅，让我系统性地认识和全面地掌握了PLC编程和调试技术，让我将平常学的PLC编程及应用方法学以致用，使我的PLC编程能力有了很大提高和进步，让我对PLC应用有了深入细致的了解。

第一周，我们寻找有关的资料和课题小组成员间一起交流看法和讨论设计方案，进行设计的总体规划，理清课程设计思路。

但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中，难免会出现意想不到错误，这就需要我们在进行设计的过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因，多方面的思考问题的关键不断地改正自己的设计不足之处和错误。

第二周，对硬件电路的工作原理和可编程知识的掌握是进行下一步的软件设计的关键。

进入了软件设计方案和具体的编程和调试运行阶段。

在这个阶段中，对系统的需求分析和如何采用模块化设计思想是设计方案主要解决的问题。

在这一周遇到最大的问题就是如何实现闭环方法来实现温度控制，在没有任何有价值的参考资料的情况下，通过不断地设计尝试和反复地设计调试初步解决了问题。

但是也存在了设计上的不足之处。

需要用到模拟量的输入/输出模块，而且所编程序也和课堂上老师所讲完全不一样，给我们的课题制作带来了很大的困难。

但是我们还是通过查阅资料，询问老师按时完成了我们的课题。

两周的PLC编程及应用的课程设计，发现自己在这方面的学习还需要不断的加深。

通过这段时间的学习认识，对温控闭环的系统有了一个整体的认识，熟悉各种器件和软件应用。

在这里，本次设计中感谢两位指导老师对我的帮助。

参考文献

[1]王莺.工业可编程控制器的现状与发展趋势[J].北京：

航天技术与民品1999，5：

30.

[2]吴中俊主编.可编程控制器原理及应用[M].北京：

机械工业出版社，2004.28-29.

[3]吴中俊.可编程序控制器原理及应用[M].北京：

机械工业出版社，2004.29-34.

[4]王永华.电气控制及PLC应用技术[M].北京:

北京航空航天大学出版社，2003.80-96.

[5]许谬.电气控制与PLC控制技术[M].北京：

.机械工业出版社，2005.153-154.

[6]殷洪义.可编程控制器选择设计与维护[M].北京︰机械工业出版社，2002.24-49.

[7]罗宇航.流行PLC实用程序及设计[M].西安电子科技大学出版社，2006.271.

[8]许谬.电气控制与PLC控制技术[M].北京：

.机械工业出版社，2005.218.

[9]许谬、王淑英.电气控制与PLC控制技术[M].北京：

.机械工业出版社，2005.211-213.

[10]杨亚萍,陈北莉.电气控制与PLC[M].北京:

化学工业出版社,2009