电炉炉温PLC设计讲解.docx

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电炉炉温PLC设计讲解

2013届毕业设计（论文）

材料

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

蔡和钦

指导教师：

刘冲职称副教授

陆秀令职称教授

专业：

自动化

班级：

0902班

学号：

09401040237

2013年6月

材料清单

1、毕业设计（论文）课题任务书

2、开题报告

3、工作进度检查表

4、指导教师评阅表

5、评阅评语表

6、答辩资格审查表

7、答辩及最终成绩评定表

8、毕业设计说明书

2013届毕业设计（论文）课题任务书

院系：

电气与信息工程学院专业：

自动化

指导教师

刘冲、陆秀令

学生姓名

蔡和钦

课题名称

电炉炉温PLC控制

内容及任务

本毕业设计的内容：

根据控制要求，拟定设计方案与进度计划，应用所学的理论知识，进行电炉炉温控制的原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

本毕业设计的主要任务：

1、编写出系统动作流程图；

2、选择可编程控制器；

3、编写可编程I/0端口分配表；

4、绘制PLC外部接线图；

5、编写程序梯形图；

6、进行系统仿真，实现炉温的控制要求；

编写报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整

拟达到的要求或技术指标

1．设计PLC的温控曲线程序，系统采用闭环PID调节，使电炉温度按设定的温控曲线变化。

2.首先，对电炉进行加热，此时温度逐渐开始升高，当达到温度设定值D16时，停止升温，则形成第一段温控曲线。

3.当第一平台恒温时间D18一过，电炉温度又开始逐渐升高，当达到温度设定值D36时，停止升温，则形成第二段温控曲线。

4.当第二平台恒温时间D38一过，电炉温度开始逐渐升高，当达到温度设定值D56时，停止升温，则形成第三段温控曲线。

5.当第三平台恒温时间D58一过，电炉炉温开始逐渐降低，当炉温达到0时停止，则第四段温控曲线形成。

6.当电炉内温度超过系统设定的上限值或者下限值时，系统报警

进度安排

起止日期

工作内容

备注

2012年1月5日到

2013年2月25日

审阅课题，完成框架设计。

由于实习的安排可能有所调整。

2013年3月24日前

上交开题报告，指导老师审阅报告。

2013年3月25日到2013年4月25日

进行资料的收集和分拣，设计论文的总体方案。

2013年4月26日到2013年5月25日

将论文初稿交于指导老师评阅

2013年5月25日到2013年5月31日

论文初稿进行修改和完善，做好答辩准备。

2013年6月5日到

2013年6月9号

进行答辩

主要参考资料

[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].化学工业出版社，2010

[2]周梅芳,金向平.基于PLC的智能PID控制方法及其应用[M].化工自动化与仪表，1998

[3]钟义新,彭侃.可编程控制器原理与应用[M].华南理工大学出版社，2004

[4]陶永华,葛卢生.新型PID控制及其应用[M].机械工业出版社，2001

[5]邱公伟.可编程控制器网络通信与应用[J].清华大学，1998

[6]戴一平.可编程序控制器技术[M].机械工业出版社，2003

[7]邓则名.电器与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社，2004

[8]王永华.现代电气及可编程控制技术[J].北京航空航天大学出版社，1996

[9]李振安.工厂电气控制技术[M].重庆大学出版社，2003

[10]熊葵.电气逻辑控制技术[J].科学出版社，2004

[11]丁起英,徐岩,刘俊伟.PLC和微机在热处理设备上的应用[J].应用能源技术，2005

[12]钱兵,吕国芳,王强.PLC在热处理生产线中的应用[M].自动化与仪表，2004

教研室

意见

年月日

院主管领导意见

年月日

2013届毕业设计论文开题报告

院系：

电气与信息工程学院

学生姓名

蔡和钦

学号

09401040237

班级

0902班

指导教师

刘冲、陆秀令

专业

自动化

课题名称

电炉炉温PLC控制

内容及任务

一.对指导教师下达的课题任务的学习与理解

本次课题主要是基于PLC技术进行设计，PLC=ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，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。

是工业控制的核心部分。

在今天，PLC应用已十分广泛和深入，PLC应用系统设计不但要熟练掌握PLC程序设计语言和编程技术，而且还要具备扎实的PLC硬件方面的理论和实践知识。

我设计的是基于PLC电炉炉温控制系统，本设计作为毕业设计考核我们大学四年综合素质的一个重要环节，特别注重基础理论的实用性和技术内容的先进性，充分体现了PLC技术的新发展，来设计这个基于现代PLC技术的电路控制系统。

二.阅读文献资料进行调研的综述

1、课题的国内外研究现状

PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

　　从结构上，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

2、课题研究的目的和意义

由于许多领域都需要对温度的监控,如工厂的生产设备、化工领域、航空航天、农作物的种植和储存、实验室等等.。

有很多领域的温度可能较高或较低,人无法靠近或现场无需人力来监控,我们可以用远程监控,坐在办公室里就可以对现场进行监控,又方便又节省人力。

综上所述，基于PLC在实验电炉控制系统主要在功能上力求软硬件结合，能够较好的解决传统加热电炉温控系统中出现的问题。

同时力求在设计便捷有效，精度高，工作可靠且易于拓展，集成在PLC内部的PID指令使用简单易于上手，而本课题研究主要也是从上述问题中进行设计和研究，达到电路控制系统设计的合理性及可利用性。

3、选题依据、主要的研究内容、研究思路及方案

（1）选题依据

1、根据本专业的研究方向。

2、熟悉可编程控制器电气控制系统。

3、电炉在工业温度控制中必不可少，了解并设计其温度控制系统。

（2）主要的研究内容

1、确定系统的各种工序，绘制系统的工艺流程图。

2、PLC选型及I/O分配。

3、设计、绘制梯形图，满足各控制要求。

4、绘制电气原理图、外部接线图等。

5编程设计说明书。

（3）研究思路

了解电阻炉的工作原理和工作过程，选择出合适研究方案，根据控制系统的特点和要求绘制出原理图，再根据原理图设计控制系统的硬件和软件系统。

（4）方案

选择所需要的设备和器件--三菱公司生产的FX2NPLC主机、FX2N-4AD、FX2N-2DA模块、温度变送器、光耦隔离器等；设计硬件系统，分析温控曲线，设计PLC的温控曲线程序，系统采用闭环PID调节，使试验电炉温度按设定的温控曲线变化；进行试验电炉监控界面的设计，将其连接起来，实现对系统温度的监控，有试验电炉运行界面，温度变化曲线界面，故障显示界面，温度数据报表界面。

通过温度的变化曲线，可更方便了解系统的温度变化。

通过故障界面，可使得系统得温控更加放心，如若发生故障，可以通过报警提示直接查看故障起源，以最快的速度解决问题故障，从而使生产系统可以得到保障。

整个系统通过模拟量模块的使用、PID指令的运用、PLC程序设计等一系列的设计，实现试验电炉的温度监控。

通过组态的软件的模拟界面，从而可以直观的控制系统的温度。

进度安排

起止日期

工作内容

备注

2012年1月5日到

2013年2月25日

审阅课题，完成框架设计。

由于实习的原因时间安排可能有所调整。

2013年3月24日前

上交开题报告，指导老师审阅报告。

2013年3月25日到2013年4月25日

进行资料的收集和分拣，设计论文的总体方案。

2013年4月26日到2013年5月20日

将论文初稿交于指导老师评阅

2013年5月25日到2013年5月31日

论文初稿进行修改和完善，做好答辩准备。

2013年6月5日到

2013年6月9号

进行答辩

参考文献

[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].化学工业出版社，2010

[2]周梅芳,金向平.基于PLC的智能PID控制方法及其应用[M].化工自动化与仪表，1998

[3]钟义新,彭侃.可编程控制器原理与应用[M].华南理工大学出版社，2004

[4]陶永华,葛卢生.新型PID控制及其应用[M].机械工业出版社，2001

[5]邱公伟.可编程控制器网络通信与应用[J].清华大学，1998

[6]戴一平.可编程序控制器技术[M].机械工业出版社，2003

[7]邓则名.电器与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社，2004

[8]王永华.现代电气及可编程控制技术[J].北京航空航天大学出版社，1996

[9]李振安.工厂电气控制技术[M].重庆大学出版社，2003

[10]熊葵.电气逻辑控制技术[J].科学出版社，2004

[11]丁起英,徐岩,刘俊伟.PLC和微机在热处理设备上的应用[J].应用能源技术，2005

[12]钱兵,吕国芳,王强.PLC在热处理生产线中的应用[M].自动化与仪表，2004

指导教师

批阅意见

指导教师（签字）年月日

湖南工学院毕业设计（论文）工作进度检查表

题目

电炉炉温PLC控制

学生姓名

蔡和钦

班级学号

自本0902班09401040237

专业

自动化

指

导

教

师

填

写

学生开题情况

学生调研及查阅文献情况

毕业设计（论文）原计划有无调整

学生是否按计划执行工作进度

学生是否能独立完成工作任务

学生的英文翻译情况

学生每周接受指导的次数及时间

毕业设计（论文）过程检查记录情况

学生的工作态度在相应选项划“√”

□认真

□一般

□较差

尚存在的问题及采取的措施：

1、电路设计时，要不要考虑EMI等的影响？

答：

可以适当考虑，但电磁干扰不会很大。

2、光耦合主要是隔离作用，继电器也有隔离的作用，可以不加光电隔离直接用继电器驱动吗？

答：

这个要根据干扰信号的情况确定。

3、双向可控硅SCR有什么特性？

它的作用是什么？

答：

双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。

双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制，灯光控制，直流电视调控。

指导教师签字：

年月日

院、部意见：

负责人签字：

年月日

湖南工学院2013届毕业设计（论文）指导教师评阅表

院系：

电气与信息工程学院

学生姓名

蔡和钦

学号

09401040237

班级

自本0902班

专业

自动化

指导教师姓名

刘冲、陆秀令

课题名称

电炉炉温PLC控制

评语：

是否同意参加答辩：

是□否□

指导教师评定成绩

分值：

指导教师签字：

年月日

湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表

题　　目

电炉炉温PLC控制

学生姓名

蔡和钦

班级学号

自本0902班

09401040237

专业

自动化

评阅

教师姓名

曹才开

职称

教授

工作单位

湖南工学院

评分内容

具体要求

总分

评分

开题情况

调研论证

能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。

外文翻译

摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。

设计质量

论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。

创新

工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。

撰写质量

结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。

综合能力

能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。

总评分

评阅教师

评阅意见

评阅成绩

评阅教师签名

日期

湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表

题目

电炉炉温PLC控制

学生姓名

蔡和钦

学号

09401040237

专业

自动化

指导教师

刘冲、陆秀令

一、主要的研究步骤及任务

1、编写出系统动作流程图；

2、选择可编程控制器；

3、编写可编程I/0端口分配表；

4、绘制PLC外部接线图；

5、编写程序梯形图；

6、进行系统仿真，实现炉温的控制要求；

二、拟达到的要求：

1．设计PLC的温控曲线程序，系统采用闭环PID调节，使电炉温度按设定的温控曲线变化。

2.首先，对电炉进行加热，此时温度逐渐开始升高，当达到温度设定值D16时，停止升温，则形成第一段温控曲线。

3.当第一平台恒温时间D18一过，电炉温度又开始逐渐升高，当达到温度设定值D36时，停止升温，则形成第二段温控曲线。

4.当第二平台恒温时间D38一过，电炉温度开始逐渐升高，当达到温度设定值D56时，停止升温，则形成第三段温控曲线。

5.当第三平台恒温时间D58一过，电炉炉温开始逐渐降低，当炉温达到0时停止，则第四段温控曲线形成。

6.当电炉内温度超过系统设定的上限值或者下限值时，系统报警

毕业设计论文已完成且符合学校规范要求，现向学院申请答辩！

申请人签名：

日期：

资格审查项目

是

否

工作量是否达到所规定要求

文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）

是否完成任务书规定的任务

完成的成果是否达到验收要求

是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）

指导教师签名：

毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：

符合答辩资格，同意答辩□ 不符合答辩资格，不同意答辩□

审查小组成员签名：

年月日

注：

此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。

湖南工学院2013届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表

院：

电气与信息工程学院专业：

自动化

学生姓名

蔡和钦

学号

0940104237

班级

0902班

答辩

日期

课题名称

电炉炉温PLC控制

指导

教师

刘冲

陆秀令

成绩评定

分值

评定

小计

陆秀令

陈坚

王小虎

王勇刚

李欣

课题介绍

思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。

答辩

表现

思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。

必

答

题

自

由

提

问

合计

100

答辩评分

分值：

答辩小组长签名：

答辩成绩a：

×20％＝

指导教师评分

分值：

指导教师评定成绩b：

×60％＝

评阅教师评分

分值：

评阅教师评定成绩c：

×20％＝

最终评定成绩：

分数：

等级：

答辩委员会主任签名：

年月日

说明：

最终评定成绩＝a+b+c，三个成绩的百分比由各学院自己确定，但应控制在给定标准的10％左右

2013届毕业设计说明书

电炉炉温PLC控制

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

蔡和钦

指导教师：

刘冲职称副教授

陆秀令职称教授

专业：

自动化

班级：

自本0902班

完成时间：

2013年6月

摘要

本课题介绍了通过PLC控制器，使系统按设定的温控曲线，对电炉进行温度无差控制（PID调节）；通过MCGS组态软件，制作系统监控界面，对温度进行实时监控，使原有的温度监控得到更精准的控制。

整个系统通过模拟量模块的使用、PID指令的运用、PLC程序设计等一系列的设计，实现电炉的温度监控。

通过组态的软件的模拟界面，从而可以直观的控制系统的温度。

本课题所需要的器件和设备有FX2NPLC主机、4通道温度传感器模拟量输入模块FX2N-4AD-TC、2通道模拟量输出模块FX2N-2DA、温度变送器、光耦隔离器等，通过分析温控曲线设计四段温控曲线程序。

温度控制系统采用PID控制系统。

主回路用双向可控硅对加热器进行控制，双向可控硅采用过零出发方式，与主回路共同构成调功器。

通过温度变送器将炉膛温度进行检测，并将变送器输出通过FX2N-4AD-TC转换后送给PLC，作为温度反馈信号。

本文分别就电热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：

电热炉的控制系统；温度控制；PLC；PID　

ABSTRACT

ThistopicthroughthePLCcontrollerisintroduced,thesystemaccordingtothesettemperaturecontrolcurve,andthetestfurnacetemperaturewithoutdifferential（PID）control;SystemismadebytheMCGSconfigurationsoftware,monitoringinterface,real-timemonitoringoftemperature,theoriginalmonitoringtogetmoreaccuratetemperaturecontrol.Thewholesystemthroughtheuseofanalogmodule,theuseofPIDinstruction,PLCprogramdesignandsoonaseriesofdesign,testthetemperatureofthefurnacemonitoring.Throughtheconfigurationsoftwareofthesimulationinterface,whichcanbeintuitivecontrolsystemoftemperature.

ThistopicneedthedevicesandequipmenthaveFX2NPLChost,4channeltemperaturesensoranaloginputmoduleFX2N-4AD-TC,2channelanalogoutputmoduleFX2N-2da,temperaturetransmitter,opticalcouplingisolator,etc.,throughtheanalysisoftemperaturecontrolcurvedesignfourtemperaturecontrolcurve.ThetemperaturecontrolsystemusingPIDcontrolsystem.Mainloopwithbidirectionalthyristortocontroltheheater,bidirectionalthyristorzerostartway,withthemainloopconstitutethedynamometer.Throughthetemperaturetransmitterwilltestoffurnacetemperature,andthetransmitteroutputthroughtheFX2N-4AD-TCconvertedtoPLC,asthetemperaturefeedbacksignal.

Thispaperontheheatingboilercontrolsystemworks,selectionoftemperaturetransmitter,PLCconfigurations,theconfigurationsoftwaredesignaspectsweredescribed.Throughthetransformationofelectricboilercontrolsystemhasfastresponse,goodstability,highreliability,controlaccuracyandgoodfeatures,practicalsignificanceforindustrialcontrol.

Keywordsheatingboilercontrolsystem；temperaturecontrolcascadecontrol；PLC；PID

1绪论

1.1课题背景

随着现代科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。

例如：

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等。

随着电炉广泛应用于各行各业，其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。

而采用单片机进行炉温控制，不仅可以大大地提高控制质量和自动化水平，而且具有良好的经济效益和推广价值。

目前在炉温控制系统中最常采用的是PID控制，以PID算法为核心的各种形式DDC控制系统，是目前电加热炉温度控制系统普遍使用的方法[2]。

PID调节是最成熟且应用最广泛的一种控制方法。

在模拟控制系统中，其过程控制是将被测参数温度由传感器

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