PLC控制加热反应炉设计报告.docx

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PLC控制加热反应炉设计报告

（封面）

XXXXXXX学院

PLC控制加热反应炉设计报告

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第一章绪论

加热反应炉是冶金，化工工业常用的重要设备，过去仅靠人工经验进行操作，往往存在送料，温度，压力等条件变化时不能实施有效控制的问题，产品质量不稳定甚至出现次品，造成原料浪费，给企业带来经济损失。

可编程控制器（programmablelogiccontroller）以其可控性高，功能强，控制灵活等特点，已成为目前工业现场环境的首选控制装置。

它不仅能实现复杂的顺序控制，还能完成少量模拟量的过程控制，且编程简单，使用方便，所以，本文选用可编程控制器对加热反应炉电气设备进行改造并采用通用组态软件MCGS实现加热反应炉的可视化安全生产控制。

组态控制技术是一种计算机控制技术。

利用组态技术构成的计算机测控系统由被控对象、传感器、I/O接口、计算机和执行机构等几部分组成。

组态（Configuration）就是模块的任意组合。

采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业PC机外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。

这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。

利用组态控制技术，可以将加热反应炉生产过程的数据在控制室的计算机屏幕上直观地以曲线、图表、直方图、虚拟仪表等形式显示出来，还可以通过计算机鼠标或触摸屏上的按钮对现场的设备实施遥控。

在控制室里监视和控制生产过程中，能及时发现和干预各种不安全状况；并且由于操作人员远离现场，可以极大地提高人员和设备的安全系数；所以，这种基于组态软件的可视化控制技术是一种很有效的安全生产技术。

煤矿、化工过程、铁路沿线容易塌方的地段等都有这种技术的用武之地。

尤其是在目前安全生产形势比较严峻的形势下，这项技术的采用更有其现实意义。

第二章PLC简介

2.1PLC的定义　　

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

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.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

国际电工委员会（IEC）在其标准中将PLC定义为:

可编程逻辑控制器是一种数位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。

可编程逻辑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。

2.2PLC的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.3系统抗干扰措施

可编程控制器的主要应用场合是工业现场，工作环境中各种干扰对系统设备的正常运行存在着严重的影响。

所以在本系统中也不例外，有必要考虑系统的抗干扰措施。

抗干扰的主要措施有：

1）数据采集采用屏蔽电缆，所有屏蔽电缆层汇线接地，多芯电缆中的备用芯线也要一端接地，这样可扩大屏蔽作用，并抑制芯线间干扰。

必要时可采用带有屏蔽层的输入和输出信号电缆。

2）信号回路汇线接，输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开敷设，不能扎在一起，信号电缆接线端子均安装在柜体下侧。

3）所有机柜、操作台等均需保护接地，台柜内需有独立的PLC直流地、机壳安全地、电缆屏蔽地接地端子，与结构内部未接地电路板在电气上隔离。

电源柜、动力柜、交频柜进线方式均为：

下进下出。

4）引至PLC柜的电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。

5）同一电平等级的信号才能用一条多芯电缆传输。

因此对数字信号和模拟信号，在任何情况下，都必须分开电缆迸行传输。

低电平信号线应与其它信号线分开。

尽量缩短模拟量加信号线的长度，并采用双芯屏蔽线作为信号线。

6）保证PLC柜良好的通风环境，在设备现场，要充分考虑周围环境的影响，尽量不要将PLC安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。

第三章MCGS组态软件

3.1MCGS组态软件简介

组态软件，又称监控组态软件，译自英文SCADA,即Supervision,ControlandDataAquisition（数据采集与监视控制）,组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTUSystem,RemoteTerminalUnit）。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。

对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。

在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。

组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

（1）产品特点

方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；

高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；

强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；

支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；

强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；

全新的、灵活的报表设计工具：

提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：

脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板；

提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案；

支持通过PDA掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备或其它远程力控节点通讯

支持控制设备冗余、控制网络冗余、监控服务器冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式。

（2）全新的高性能实时、历史数据库

力控6.0重新设计了数据库内核部分。

除了采用旋转门算法对历史数据进行压缩外，重新优化设计了磁盘存贮算法以实现对长年形成的海量历史数据的快速查询。

支持的数据类型除原有的浮点型、布尔型、字符串型外，新增了对二进制型数据的支持。

单台服务器容量可达100,000点，吞吐量支持每秒写入/查询20,000个数据点。

历史数据库可在线备份。

支持多服务器处理。

当数据库构成双机冗余系统时增加了从站操作功能，即处于备用状态的从站可作为普通操作员站使用。

（3）新增数据库快速访问接口DBI

DBI是一套全新设计开发的实时数据库访问接口。

它除了兼容原有接口DbCom的所有接口功能外，还增加了获取数据库结构信息的接口，并增加了动态控制变化数据集功能。

由于DBI口采用了快速数据访问机制，数据访问吞吐量可达到20000次/秒，可以适合过程仿真、优化控制、专家诊断等多种行业应用。

（4）进程管理

新增的进程管理器可按照配置安全启动、停止各个程序进程，支持进程异常自动处理功能。

可远程监测各进程状态，远程启、停进程，远程上传、下载工程应用或更新程序组件。

（5）报警、事件处理

强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能。

（6）功能强大的、开放的过程可视化监控平台全面提升的HMI

1）支持HMI图层操作，可灵活控制各图层的显示与隐藏。

2）重新设计的HMI的对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性。

3）完善了力控OCX容器的事件型脚本功能，支持更多类型的OCX控件