基于PLC的锅炉温度闭环控制系统设计毕业论文设计word格式Word下载.docx

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1.锅炉温度控制中检测元件的选择与检测原理;

2.锅炉温度闭环控制的PLC硬件电路设计;

3.锅炉温度闭环控制的PLC控制软件设计;

4.上位机监控系统设计;

要求完成的主要任务及其时间安排:

1.第2周:

查阅资料，了解设计选题的主要内容;

2.第3周:

根据任务书要求及所查阅的资料，撰写并完成开题报告;

3.第4周:

完成检测元件的选型与测量电路设计;

4.第5周:

锅炉温度闭环控制的PLC硬件电路设计;

5.第6-7周:

完成锅炉温度采集与控制的PLC软件系统设计;

6.第7-8周:

完成上位机监控系统设计;

7.第9周:

对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果;

8.第10周:

完善设计报告，给出毕业设计论文初稿;

9.第11-13周:

根据指导教师批阅意见修改毕业设计论文，并给出定稿。

10.第14-15周:

总结设计过程，准备答辩;

11.第16周:

按学校统一规定的答辩时间完成答辩。

必读参考资料:

1.向晓汉.西门子PLC高级应用实例精解.机械工业出版社，2010.

2.李新光等.过程检测技术.北京:

机械工业出版社2004.9

3.王志锋主编.工控组态软件.电子工业出版社，2007.指导教师签名:

教研室主任签名:

盖章

毕业设计（论文）开题报告

题目基于PLC的锅炉温度闭环控制系统设计1（目的及意义（含国内外的研究现状分析）:

电热锅炉的应用领域相当广泛，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。

目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。

PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。

PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

电热锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设备。

加上目前人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。

电热锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。

主要是控制水的温度，保证恒温供水。

2（基本内容和技术方案:

PID控制是迄今为止最通用的控制方法之一。

因为其可靠性高、算法简单、鲁棒性好，所以被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。

PID控制的效果完全取决于其四个参数,即采样周期t、比例系数K、积分系数K、微分系数K。

因而,PIDspid参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。

PID在工业过程控制中的应用已有近百年的历史，在此期间虽然有许多控制算法问世,但由于PID算法以它自身的特点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。

在PID算法中，针对P、I、D三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。

PLC技术在温度监控系统上的应用从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计，控制对象数学模型的建立、控制算法的选择和参数的整定、人机界面的设计等。

论文通过对德国西门子公司的S7-200系列PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字信号送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出转化为0-10mA的电流信号。

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。

3（进度安排:

12.第2周:

13.第3周:

14.第4周:

15.第5周:

16.第6-7周:

17.第7-8周:

18.第9周:

19.第10周:

20.第11-13周:

21.第14-15周:

22.第16周:

4（指导教师意见:

指导教师签名:

年月日注:

1.开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后三周内完成;

2（设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字;

3（指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。

郑重声明

本人郑重声明:

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

本人签名:

曹世奇日期:

摘要..........................................................................6ABSTRACT........................................................................21绪论.........................................................................31.1课题背景及研究目的和意义....................................................31.2国内外研究现状..............................................................32系统总体设计.................................................................42.1系统控制要求................................................................4

思路................................................................42.2系统设计

3基于PLC的锅炉温度闭环控制系统的硬件设计.....................................53.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤...........................................53.1.1PLC控制系统设计的基本原则.............................................53.1.2PLC控制系统设计的一般步骤.............................................53.2PLC的选型和硬件配置.......................................................73.2.1S7-200PLC选型..........................................................73.2.2温度传感器..............................................................83.2.3EM235模拟量输入/输出模块...............................................83.3系统整体设计方案和电气连接图................................................93.4PLC控制器的设计...........................................................93.4.1控制系统数学模型的建立.................................................103.4.2PID控制及参数整定....................................................104PLC控制系统的软件设计......................................................124.1STEP7MICRO/WIN32软件介绍.................................................124.2输入输出点配置.............................................................134.3程序设计.................................................................144.3.1程序设计思路...........................................................144.3.2PID指令向导...........................................................14

4.3.3控制程序及分析.........................................................205组态画面的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.21

5.1组态变量的建立及设备连接„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.22

5.1.1新建项目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24

5.2创建组态画面„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..25

5.2.1新建主画面„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.

5.2.2新建PID参数设定窗口„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..

5.2.3新建数据报表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

5.2.4新建实时曲线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..

5.2.5新建历史曲线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

5.2.6新建报警窗口„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

6系统测试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

6.1启动组态王„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

6.2实时曲线观察„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

6.3分析历史趋势曲线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

6.4查看数据报表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

结束语.........................................................................39参考文献.......................................................................34致谢.........................................................................41

摘要

随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。

其中，温度是一个非常重要的过程变量。

例如:

在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制。

这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。

随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。

这也正是本课题所重点研究的内容。

本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。

通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。

关键词:

电热锅炉的控制系统温度控制串级控制PLCPID

1

ABSTRACT

Withmodernindustrialdevelopment,intheindustrialproduction,temperature,pressure,flowandlevelarethefourmostcommonprocessvariables.Amongthem,thetemperatureisaveryimportantprocessvariables.Forexample:

inmetallurgicalindustry,chemicalindustry,powerindustry,machineryandfoodprocessingandmanyotherfields,istheneedforallkindsofheatingfurnace,heattreatmentfurnace,furnaceandboilertemperaturecontrol.ThisapplicationismostlybasedonMCUPIDcontrol,however,SCMcontrolsystemhardwareandsoftwaredesignofDDCisrelativelycomplex,especiallyrelatestothelogiccontrolmorethanitsstrengths,howeverPLCinthisregardisrecognizedasthebestchoice.

WiththePLCfunctionexpansioninmanyPLCcontrollersareexpandedPIDcontrolfunction,sothelogiccontrolandPIDcontrolinhybridapplicationsusingPLCcontrolismorereasonable,byusingPLCtocontrolthemnotonlyhastheconvenientcontrol,simpleandflexibility,andcangreatlyimprovethemeasuredthetemperatureofthetechnicalindicators,whichcangreatlyimprovethequalityandquantityoftheproducts.Therefore,thePLCofthetemperaturecontrolisaprobleminindustrialproductionoftenencounteredcontrolproblems.Thisisthesubjectofthekeyresearchcontent.Thispaperdiscussestheworkingprincipleofcontrolsystemofelectricboiler,temperaturetransmitterselection,PLCconfiguration,configurationsoftwaredesignandsoonseveralaspects.

Throughthetransformationofelectricheatingboilercontrolsystemwithfastresponse,goodstability,highreliability,goodcontrolprecisioncharacteristics,industrialcontrolhasarealisticsignificance.

Keywords:

heatingboilercontrolsystemtemperaturecontrolcascadecontrolPLCPID

2

1绪论

1.1课题背景及研究目的和意义

在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。

1.2国内外研究现状

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义:

“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。

用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。

一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。

”以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义:

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统的发展迅速，并在智能化，自适应、参数整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行各业广泛应用。

它们主要有以下特点:

1）适应于大惯性、大滞后等复杂的温度控制体统的控制。

2）能适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。

3）能适用于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。

3

4）这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应范围广泛。

5）温度控制器普遍具有参数整定功能。

借助于计算机软件技术，温度控制器具有对控制参数及特性进行自整定的功能。

有的还具有自学习功能。

6）温度控制系统既有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。

目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方向发展。

越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展的趋势。

2系统总体设计

2.1系统控制要求

本PLC温度控制系统的具体指标要求是:

对加热器加热温度调整范围为0?

—150?

，温度控制精度小于3?

，系统的超调量须小于15%。

软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。

2.2系统设计思路

根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。

整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。

系统硬件框图结构如图所示:

给定温度

运算处理CPUSSR加热器炉子

S7-200PLC

温度温度

变送器传感器

图2.1系统硬件框图

被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成0,10V的电压信号送入PLC模块。

PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现炉温的连续控制。

4

3基于PLC的锅炉温度闭环控制系统的硬件设计3.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤

3.1.1PLC控制系统设计的基本原则

1.最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提