加熱爐反應的自動控制畢業(yè)論文

1、 . . . 畢 業(yè) 論 文論文題目 加熱爐反應的自動控制畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作與取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示意。 作者簽名： 日期：畢業(yè)論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解*學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查

2、閱。學校可以公布論文（設計）的全部或部分容。的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。  作者簽名： 指導教師簽名：日期： 日期：注意事項1.設計（論文）的容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1

3、）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體與大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它工程學院畢業(yè)論文任務書學 生 姓 名專 業(yè) 班 級論 文 題 目基于PLC和MCGS的加熱爐反應自動控制接受任務日期完成任務日期

4、指 導 教 師指導教師單位論文要求1、設計系統(tǒng)的畫面。 2、根據(jù)控制工藝編寫程序。 3、制作數(shù)據(jù)報表、繪制運行曲線。4、設置用戶權限管理與工程安全管理。5、編輯用戶菜單,試程序。6、 編寫下位機（PLC）程序7、編寫設計說明書。教師指導過程記錄1）：布置設計任務，深入了解設計容，閱讀參考資料。1>.第一周：熟悉MCGS軟件與加熱反應爐自動控制系統(tǒng)。2>.第二周：根據(jù)控制工藝編寫程序。3>.第三周，第四周：制作數(shù)據(jù)報表、繪制運行曲線。4>.第五周：設置用戶權限管理與工程安全管理，編輯用戶菜單。5第六周：調試程序，編寫設計說明書。6>.第七周：修改，打印說明書，畫正式

5、圖紙。總結，準備畢業(yè)答辯，完成答辯。參考資料1.胡壽松. 自動控制原理.第三版 國防工業(yè) 2.國材. 計算機控制技術 大學3.熊新民. 自動控制原理. 電子工業(yè)4.吳秀英 組太控制技術 電子工業(yè)工程學院畢業(yè)論文成績表學 生 姓 名專 業(yè) 班 級論 文 題 目基于plc和mcgs的加熱爐反應自動控制考 核 項 目考 核 容滿分評分一、指導教師評分1、工作態(tài)度與紀律102、基本理論、基本知識、基本技能和外文水平103、獨立工作能力、分析和解決問題能力104、完成任務的情況與水平（論文質量）10指導教師簽字：年 月日二、評閱教師評分1、論文質量（正確性、條理性、創(chuàng)造性和實用性）152、成果技術水平（

6、理論分析、計算、實驗和實物性能）15評閱教師簽字：年 月日三、答辯小組評分1、完成任務書所規(guī)定的容和要求52、論文的質量53、課題論文容的講述104、回答問題的正確性10答辯組長簽字： 年 月日四、答辯小組成績評定：負責人簽字： 年 月日五、答辯委員會意見：答辯委員會主任簽字：年月日59 / 66目錄摘 要1Abstract2第一章 引言31.1課題背景31.2MCGS組態(tài)軟件31.2.1MCGS簡介31.2.2MCGS的主要特點51.3PLC軟件61.3.2 PLC的特點：71.3.4 PLC結構8第二章系統(tǒng)的硬件軟件112.1加熱反應爐對電氣控制系統(tǒng)的要求112.2系統(tǒng)設計方案112.3

7、對象和圍的確定142.4 S7-200的性能152.4.1S7-200 CPU222一般性能152.4.2輸入特性172.4.3輸出特性182.5系統(tǒng)硬件圖設計19第三章 加熱反應爐簡介213.1 加熱反應爐簡介213.2加熱反應爐原理223.2.1反應爐控制的過程223.2.2加熱反應爐原理圖：22第四章 控制畫面的創(chuàng)建244.1 工程的建立244.2設計監(jiān)控界面244.3 變量的定義254.4動畫264.4.1 液位升降效果274.4.2閥門的啟停284.4.3 水流效果294.5儀表添加應用304.6曲線顯示304.6.1 實時曲線304.6.2歷史曲線324.7 設備連接335.1 腳

8、本程序的語句形式365.2梯形圖37第六章設備選型386.1 溫度傳感器386.2壓力傳感器406.3液位傳感器425.4電磁閥445.4.1 電磁閥工作原理：44總 結48致 49參考文獻50摘 要 該控制系統(tǒng)采用可編程控制器為核心、PC 為上位機,可編程控制器通過專用數(shù)據(jù)線和上位機通信，利用組態(tài)軟件對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，利用 PLC 對加熱反應爐進行現(xiàn)場的實施自動控制。實驗證明，PLC 和 MCGS 結合有利于 PLC 控制系統(tǒng)的設計、檢測，具有良好的應用價值。關鍵詞：PLC，MCGS，加熱反應爐AbstractThe control system uses a programmable

9、 controller as the core, PC as host computer, programmable controller through a dedicated data line and the host computer communication, real-time monitoring of the whole system with configuration software, carry out the automatic control of the heating furnace siteimplementation using PLC. Experime

10、nts show that, PLC and MCGS binding toPLC control system design, test, and has good application value.Keywords: PLC, MCGS, heating furnace第一章 引言1.1課題背景加熱反應爐是冶金、化工工業(yè)常用的重要設備，過去僅依靠人工經(jīng)驗進行操作，往往存在送料、溫度、壓力等條件變化時不能實施有效控制的問題，產品質量不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)次品，造成原料浪費，給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失?？删幊绦蚩刂破?PLC 以其可靠性高、功能強、控制靈活等特點，已成為目前工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的首選控制裝置。它不僅

11、能實現(xiàn)復雜的邏輯順序控制，還能完成少量模擬量的過程控制，且編程簡單，使用方便。本文采用可編程控制器 PLC 為核心、PC 為上位機，通過專用數(shù)據(jù)線和上位機通信，利用組態(tài)軟件對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，利用 PLC 對加熱反應爐進行現(xiàn)場的實施自動控制，進而實現(xiàn)了對加熱反應爐的可視化監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)軟件的應用領域很廣，它可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以與過程控制等諸多領域。在電力系統(tǒng)以與電氣化鐵道上又稱運動系統(tǒng)2。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制和專用軟件，它們是自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動化控制監(jiān)控功能

12、的，通用的層次的軟件工具。組態(tài)軟件能支持各種工控設備的常見的通信協(xié)議，并且通常分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。對于原有的HMI的概念，組態(tài)軟件用戶能夠快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前工控領域的用戶通過編寫HMI應用，開發(fā)時間長，效率底，可靠性差；或者購買過去的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求。很難與外界進行數(shù)據(jù)交互3。組態(tài)軟件出現(xiàn)把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能構建一套適合自己的應用系統(tǒng)。1.2MCGS組態(tài)軟件1.2.1MCGS簡介MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用

13、系統(tǒng))是昆侖通態(tài)自動化軟件科技研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統(tǒng)。MCGS組態(tài)軟件包括三個版本，分別是網(wǎng)絡版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與其他相關的硬件設備結合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構造自己的應用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機

14、界面等專用設備。在使用工控軟件中，我們經(jīng)常提到組態(tài)一詞，組態(tài)英文是“Configuration”，其意義究竟是什么呢？簡單的講，組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務的過。與硬件生產相對照，組態(tài)與組裝類似，當然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間，因為它一般要比硬件中的部件更多，而且每個部件都很靈活，因為軟部件都有部屬性，通過改變屬性可以改變其規(guī)格（如大小、性狀、顏色等）。組態(tài)軟件，又稱監(jiān)控組態(tài)軟件，譯自英文SCADA,即 Supervision,Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制),組態(tài)軟件的應用領域很廣，它可以應用于電力

15、系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以與過程控制等諸多領域。在電力系統(tǒng)以與電氣化鐵道上又稱遠動系統(tǒng)(RTU System,Remote Terminal Unit)。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性，如圖1.1所示。圖1.1 MCGS的構成1.2.2MCGS的主要特點容量?。赫麄€系統(tǒng)最低配置只需要極小的存貯空間，可以方便的使用DOC等存貯設備； 速度快：系統(tǒng)的時間控制精度高，可以方便地完成各種高速采集系統(tǒng)，滿足實時控制系統(tǒng)要求； 成本低：使用嵌入式計算機，大大降低

16、設備成本； 真正嵌入：運行于嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)； 穩(wěn)定性高：無風扇，置看門狗，上電重啟時間短，可在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定長時間運行； 功能強大：提供中斷處理，定時掃描精度可達到毫秒級，提供對計算機串口，存，端口的訪問。并可以根據(jù)需要靈活組態(tài)； 通訊方便：置串行通訊功能、以太網(wǎng)通訊功能、GPRS通訊功能、Web瀏覽功能和Modem遠程診斷功能，可以方便地實現(xiàn)與各種設備進行數(shù)據(jù)交換、遠程采集和Web瀏覽； 操作簡便：MCGS嵌入版采用的組態(tài)環(huán)境，繼承了MCGS通用版與網(wǎng)絡版簡單易學的優(yōu)點，組態(tài)操作既簡單直觀，又靈活多變； 支持多種設備：提供了所有常用的硬件設備的驅動； 有助于建造完整的解決方案：

17、MCGS嵌入版組態(tài)環(huán)境運行于具備良好人機界面的Windows操作系統(tǒng)上，具備與昆侖通態(tài)公司已經(jīng)推出的通用版本組態(tài)軟件和網(wǎng)絡版組態(tài)軟件一樣的組態(tài)環(huán)境界面，可有效幫助用戶建造從嵌入式設備，現(xiàn)場監(jiān)控工作站到企業(yè)生產監(jiān)控信息網(wǎng)在的完整解決方案；并有助于用戶開發(fā)的項目在這三個層次上的平滑遷移；1.3PLC軟件1.3.1 PLC軟硬件介紹PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：PLC

18、英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應用，可以說有半導體的地方就有PLCPLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的

19、指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC與其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。國際電工委員會(IEC)在其標準中將PLC定義為: 可程式邏輯控制器是一種數(shù)位運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等,面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程?？沙淌竭壿嬁刂破髋c其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。1.3.2 PLC的特點：（1）可靠性高，抗干擾

20、能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線與開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可與時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路與設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有

21、極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強與人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接

22、近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計與建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設1.2PLC的應用領

23、域1.3.3PLC主要應用圍的分類PLC的主要應用圍通?？煞譃橐韵聨追N：1.中小型單機電氣控制系統(tǒng)這是PLC應用最廣泛的領域，例如塑料機械、印刷機械、訂書機械、組合機床、磨床、電鍍流水線與電梯控制等。這些設備對控制系統(tǒng)的要求大都屬于邏輯順序控制，所以這也是最適合PLC使用的領域。在這里PLC用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制，應用于單機控制，多機群控等。2.制造業(yè)自動化制造業(yè)是典型的工業(yè)類型之一，在該領域主要對物體進行品質處理、形狀加工、組裝，以位置、形狀、力、速度等機械量和邏輯控制為主。其電器自動控制系統(tǒng)中的開關量占絕大多數(shù)，由于PLC性能的提高和通信功能的增強，使得它在制造業(yè)領域中的大中型控制系

24、統(tǒng)中也占絕對主導地位。3.運動控制 為適應高精度的位置控制，現(xiàn)在的PLC制造商為用戶提供了功能完善的運動控制功能。這一方面體現(xiàn)在功能強大的主機可以完成多路高速計數(shù)器的脈沖采集和大量的數(shù)據(jù)處理的功能；另一方面還提供了專門的單軸或多軸的控制步進電動機和伺服電動機的位置控制模塊，這些智能化的模塊可以實現(xiàn)任何對位置控制的任務要求?，F(xiàn)在工業(yè)自動化領域基于PLC的運動控制系統(tǒng)和其他的控制手段相比，功能更強、裝置體積更小、價格更低、速度更快、操作更方便。1.3.4 PLC結構PLC結構如圖1.2所示 圖1.2PLC的結構可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），

25、它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。1.中央處理器CPU中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以與警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象

26、區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 3.存儲器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC生產廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM，用戶不能更改。它使PLC具有基本的功能，能夠完成PLC設計者規(guī)定的各項工作。用戶存儲器包括用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)存儲器兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶

27、針對具體控制任務用規(guī)定的PLC編程語言編寫的應用程序。用戶程序存儲器根據(jù)所選用的存儲器單元類型的不同，可以是RAM、EPROM或EEPROM存儲器，其容可由用戶任意更改。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等，用戶存儲器的大小關系到用戶程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指標之一。而PLC使用的存儲器類型有三種：ROM（只讀存儲器）、RAM（隨機存取存儲器）和EEPROM（可電擦出可編程的只讀存儲器）。 3.電源部分PLC一般使用220V的交流電源或24V直流電源，部的開關電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V、-12V/+12V、24V等直流

28、電源，整體式的小型PLC還提供一定容量的直流24V電源，供外部有源傳感器使用。PLC所采用的看管電源輸入電壓圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強。 電源不見的位置形式可有多種，對于整體式結構的PLC，通常電源封裝到機殼部；對于模塊式PLC，則多采用單獨的電源模塊。4. 輸入/輸出單元PLC的輸入和輸出信號類型可以是開關量、模擬量。輸入/輸出接口單元包含兩部分：一部分是與被控設備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。第二章系統(tǒng)的硬件軟件2.1加熱反應爐對電氣控制系統(tǒng)的要求在工藝過程上，加熱反應爐對電控系統(tǒng)有如下要求：1.進料控制加熱反應爐開始工作時，首先檢測下液面X1，爐溫X2，爐壓

29、力X4是否都小于給定值，即是否都為邏輯0，若為0，則開啟排氣閥Y1和進料閥Y2。液面上升到設定位置時，關閉排氣閥和進料閥，進料過程結束。2.加熱反應控制當爐溫低于給定值時（X2=0），接通加熱反應爐電源Y5；當爐溫高于給定值時（X2=1）.3.泄放控制打開進氣氣閥與，使爐壓力降到起始值(X4=0)，并打開排放閥Y4，使爐液面下降到下液面時（Y1=0），按SB3系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，進入下一個循環(huán)。2.2系統(tǒng)設計方案首先，選擇機型。目前PLC產品種類繁多，同一個公司生產出來的PLC也常常推出系列產品，這需要去選擇最適合自己要求的產品。正確選擇產品中，首要的是選定機型，其選擇方法有兩種：1. 根據(jù)系

30、統(tǒng)類型選擇機型。從選機型的角度看，控制系統(tǒng)可以分成單體控制小系統(tǒng)、慢過程大系統(tǒng)和快速控制大系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在PLC的選擇上是有區(qū)別的。1）單體控制的小系統(tǒng)：這種系統(tǒng)一般使用一臺PLC就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設備或多臺設備中的一個功能。這種系統(tǒng)對PLC間的通信問題要求不高，甚至沒有要求。但有時功能要求全面，容量要求變化大，有些還要與設備系統(tǒng)的其他機器連接。對這類系統(tǒng)的選擇要注意下面三種情況。一是設備集中，設備的功率較小。這時需選用局部式結構、低電壓高密度輸入輸出模塊。二是設備分散，設備的功率較大。這時需選用離散式結構、高電壓、低密度輸入輸出模塊。三是專門要求的設備。這時輸入輸出容量不是

31、關鍵參數(shù)，更重要的是控制速度功能，選用速計數(shù)功能模塊。2）慢過程大系統(tǒng)：對運行速度要求不高，但設備間有連鎖關系，設備距離遠，控制動作多，如大型料場、高爐、碼頭、大型車站信號控制；也有的設備本身對運行速度要求不高，如大型連續(xù)軋鋼廠、冷連續(xù)軋鋼廠中的輔助生產機組和共有系統(tǒng)、供風系統(tǒng)等。對這一類型對象，一般不選用大型機，因為它編程調試都不方便，一旦發(fā)生故障，影響面也大。一般都采用多臺中小型和低速網(wǎng)相連接。由于現(xiàn)在生產的控制器多為插件式模板結構，它的價格是隨輸入輸出模板數(shù)和智能模板數(shù)的多少決定的，同一種機型輸入輸出點數(shù)少，則價格便宜，反之則貴。所以一般使用網(wǎng)絡相連后就不必要選用大機型。這樣選用每一臺中

32、小型PLC控制一臺單體設備，功能簡單，程序好編，調試容易，運行中一旦發(fā)生故障影響面小，且容易查找。3）快速控制大系統(tǒng)：隨著PLC在工業(yè)領域應用中的不斷擴大，在中小型的快速系統(tǒng)中，PLC不僅能完成邏輯控制和主令控制，并已逐步進入了設備控制級，如高速線材、中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，即使使用輸入輸出容量大、運行速度快、計算功能強的一臺大型PLC也難以滿足控制要求。如多臺PLC，則有互相間信息交換與系統(tǒng)響應要求快的矛盾。采用可靠的高速網(wǎng)能滿足系統(tǒng)信息快速交換的要求。高速網(wǎng)一般價格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。對信息交換的速度要求高，但交換的信息又不太多的系統(tǒng)，也可以采用PLC的

33、輸出端口與另一臺PLC的輸入端口硬件互聯(lián)，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點占用太多。2.根據(jù)控制對象選擇機型 對控制對象要求進行估計，這對確定機型十分重要。根據(jù)控制對象要求的輸入輸出點數(shù)的多少，可以估計出PLC的規(guī)模。根據(jù)控制對象的特殊要求，可以估計出PLC的性能。根據(jù)控制對象的操作規(guī)則，可以估計出控制程序所占存的容量。有了這些初步估計，會使得機型選擇的可行性更大了。為了對控制對象進行粗估，首先要了解下列問題。1）對輸入/輸出點數(shù)的估計：為了正確地估計輸入/輸出點數(shù),需要了解下列問題。對開關量輸入，按參數(shù)等級分類統(tǒng)計。對開關量輸出，按輸出

34、功率要求與其他參數(shù)分類統(tǒng)計。對模擬量輸出/輸入，按點數(shù)進行粗估。2）對PLC性能要求的估計：為了正確地估計PLC性能要求，需要了解下列問題。是否有特殊控制功能要求，如高速計數(shù)器等。機房離現(xiàn)場的最遠距離為多少?，F(xiàn)場對控制器響應速度有何要求。在此基礎上，選擇控制器時尚需注意兩個問題。其一是PLC可帶I/O點數(shù)。有的手冊或產品目錄單上給出的最大輸入點數(shù)或最大輸出點數(shù)，常意味著只插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，有時也稱為掃描容量，需格外注意。其二是PLC通信距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫最大距離，包括遠程I/O板在達到的距離。但是如果PLC裝有遠程I/O模塊時，由于遠程I/O模塊的響應速度慢

35、，會使PLC的響應速度大大下降。3. 對所需存容量的估計：用戶程序所需要的存與下列因素有關。邏輯量輸入輸出點數(shù)的估計。模擬量輸入輸出點數(shù)的估計。存利用率的估計。程序編制者的編制水平的估計。程序中各條指令最后都是以機器語言形式存放在存中?？刂葡到y(tǒng)中輸入輸出點數(shù)和存放系統(tǒng)用戶機器語言所占用的存字節(jié)之比為存利用率。存利用率與編程水平有關。存利用率的提高會使同樣程序減少存容量，從而降低存投資，縮短周期時間，提高系統(tǒng)的響應時間。2.3 對象和圍的確定PLC一般適合應用于環(huán)境差、而對安全性、可靠性要求比較高，系統(tǒng)工藝復雜，輸入/輸出以開關量為主的自動化控制系統(tǒng)或者裝置中。當前的PLC不僅能對開關量能有效地

36、進行控制，而且對模擬量的處理能力也非常強，可以完成復雜的自動控制任務。在確定控制對象和控制圍之后，就要開始PLC的選型。PLC的選擇主要包括PLC容量的選擇與確定、PLC外設的選擇與確定、PLC生產廠家的選擇與確定3個方面。2.3.1. PLC容量的選擇與確定 PLC容量的選擇，首先要對控制任務進行更加詳細分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以與這些I/O點的性質。I/O點的性質主要是指它們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓，以與輸出是繼電器、電磁閥，還是直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)可能大于實際點數(shù)。因此PLC的輸出點一般是幾個組成一組共用一個公

37、共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。這樣就有可能造成輸出點數(shù)的浪費，增加了生產成本。因此在設計中要盡量避免這種情況的出現(xiàn)。一般情況下，輸出為繼電器的PLC使用的最多，但是對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC。分析與了解了這么多之后，就可以確定PLC的容量了，確定該使用多少點和I/O類型的PLC。2.3.2. PLC外設的選擇與確定 PLC外設的選擇也是在控制系統(tǒng)任務詳細分析之后，根據(jù)實際的需要，選擇與所使用的PLC相應的配套模塊。2.3.3. PLC生產廠家的選擇與確定PLC生產廠家的選擇與確定主要考慮以下幾個方面。 1）功能方面：所有的PLC一般都具有常規(guī)的功能

38、，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務，比如，對PLC的通信能力的要求，對PLC運算速度的要求，對PLC程序存儲空間的要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個比較詳細的了解，以便做出正確的選擇。 2）價格方面：不同廠家的PLC產品價格相差會很大，有些功能類似、質量相當、容量相當?shù)腜LC，其價格卻相差40%以上。使用PLC作控制系統(tǒng)的開發(fā)與應用，必須考慮到生產成本的問題，必須要考慮PLC的價格。 3）設計個人的實際情況：PLC控制系統(tǒng)過程中的設計人員的個人喜好必然也會影響到PLC廠家的選擇問題，比如設計人員一直以來對西門子S7-200系列產品比較熟悉，也做過相

39、關的不少開發(fā)與應用，那么在一樣的性能、一樣的要求、相當?shù)膬r格的情況下。綜合各種因素，我們選擇西門子S7-200PLC，根據(jù)本組的需求，選擇CPU224CN。2.4 S7-200的性能2.4.1S7-200 CPU222一般性能電源電壓DC 24V，AC 120230V電源電壓波動DC 20.4-28.8V，AC 85-264V（47-63Hz）負載電壓L+DC 24V,20.4-30V負載電壓L1100V,100-230VAC,(4763Hz)電流消耗28.8V,10A 264，20A從電源L+供電500mA,80-500mA,拓展模塊輸出電流（5VDC）340mA從電源L1供電140mA，2

40、0-70mA(240V);40-140mA(120V)拓展模塊輸出電流（5VDC）340mA后備時間50h，數(shù)據(jù)存儲器2K程序存儲器4KCPU處理時間位指令最大0.22s編程語言LAD，CSF，STL程序結構一個主程序塊（可以包括子程序）程序執(zhí)行自由循環(huán),中斷驅動，時間驅動（1-255ms）計數(shù)器1256，可通過電池保持，可調節(jié)。計數(shù)圍0-32767定時器可保持：256，可調節(jié)：1ms54min4個定時器，1ms30s16個定時器，10ms5min236個定時器，100ms54min指令集邏輯運算、應用功能數(shù)據(jù)區(qū)標志32字節(jié)，可保持M0.0-M31.7通過電池可保持0-255（EEPROM中）

41、，可調；不通過電池可保持0-112（EEPROM中），可調可連接的編程器/PCSIMATIC PG/PC,標準PC擴展設備最大2，只能使用S7-22X系列的拓展模塊。由于受輸出電流的限制，擴展模塊的使用可能會受限制I/O擴展數(shù)字量輸入/輸出，最大78，最大48個輸入和38個輸出（CPU+EM)模擬量輸入/輸出，最大10，最大8個輸入和2個輸出（EM)或最多0個輸入和4個輸出（EM)接口置RS485接口用戶程序保護3級工作溫度垂直安裝，00C-450C 水平安裝，00C-550C大氣壓860hpa-1080hpa相對濕度5%-95%，RH等級2，符合IEC1131-22.4.2輸入特性S7-20

42、0CPU輸入表如2-2所示數(shù)字量輸入點數(shù)8輸入電壓DC 24V“0”信號， 0-5V；“1”信號，15-38V輸入電流“1”信號，典型值，2.5mA輸入延時全部標準輸入：從“0”到“1”最小0.2ms；從“0”到“1”最大12.8ms中斷輸入：（I0.0-I0.3）0.2-12.8ms計數(shù)器/技術功能：（E0.0-E0.5）30KHz模擬量輸入模擬電位計數(shù)量1模擬電位計8位分辨率編碼器電源24V,允許圍15.4-28.8V報警輸入點數(shù)4（4個上升沿或4個下降沿）2.4.3輸出特性S7-200CPU輸出表如2-3所示數(shù)字量輸出點數(shù)6晶體管/6晶閘管電路中斷的電壓極限1W輸出的開關能力阻性負載 最

43、大0.75A/2A,燈負載最大5W/30W DC;200AC輸出電壓“1”信號，20V DC輸出電流“1”信號，750mA/2A“0”信號殘余電流，最大10uA/0mA輸出延時“0”至“1”，標準輸出，最大15us脈沖輸出，最大（Q0.2-Q0.5）15us所有輸出，最大（Q0.0-Q0.1）2us“1”至“0”，標準輸出，最大130us脈沖輸出，最大（Q0.2-Q0.5）100us所有輸出，最大（Q0.0-Q0.1）10us脈沖輸出20KHz，Q0.0-Q0.1脈沖輸出點數(shù)2模擬量輸出電流180mA2.5系統(tǒng)硬件圖設計PLC種類繁多，但其組成結構和基本原理基本一樣。用PLC實施控制，其實質是

44、按控制功能要求，通過程序按一定算法進行輸入/輸出變換，并將這個變換給以物理實現(xiàn)，并應用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入/輸出接口電路等組成。本系統(tǒng)的結構框圖如圖2.1所示，系統(tǒng)硬件構成示意圖如圖3.2所示。圖2.1系統(tǒng)結構圖第3章 加熱反應爐簡介3.1 加熱反應爐簡介加熱反應爐作為一種熱能動力設備，在國民經(jīng)濟的領域具有廣泛應用。以繼電接觸器為主的老一代控制系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代鍋爐越來越高，越來越復雜的要求，這一領域的計算機化已勢在必行，而應用在當前工業(yè)過程控制領域中引人注目的PLC又是使其計算機化的簡便和可靠途徑。在

45、系統(tǒng)中，硬件上采用技術比較的成熟的可編程邏輯控制器，開發(fā)了采用PLC的開關量和模擬量輸入模塊，實現(xiàn)對模擬量采集；方法上運用到的是過程控制中常用的前饋與串級控制方法，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。系統(tǒng)所運用到的界面是由MCGS軟件做的。溫度是工業(yè)生產中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學反應過程都與溫度密切相關。在科學研究和生產實踐的諸多領域中, 溫度控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產中廣泛使用的各種加熱爐、

46、熱處理爐、反應爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。溫度控制系統(tǒng)的工藝過程復雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術和控制理論。故以PLC為基礎的生產過程的計算機控制，使的企業(yè)總的自動化水平大大提高。1.加熱反應爐的輸入輸出設備表：表2.1加熱反應爐的I/O分配輸入設備輸出設備啟動按鈕SB1排氣閥Y1停止按鈕SB2進料閥Y2復位按鈕SB3進氣閥Y3下液位傳感器X1泄料閥Y4溫度傳感器X2電源Y5上液位傳感器X3報警燈Y6壓力傳感器X43.2加熱反應爐原理3.2.1反應爐控制的過程系統(tǒng)進入運行環(huán)境后，按啟動按鈕SB1后，進入送料階段，進料閥Y2開始進料，同時排氣閥Y1開始排氣，以此來

47、保證原料進入加熱倉中，同時液位、壓力開始隨著加熱原料的變化而變化。進料閥、排氣閥打開30S后關斷，然后進入加熱階段。在反應階段中加熱電源Y5接通，系統(tǒng)溫度緩慢升高，同時溫度變送器動作，加熱到預設定的溫度時系統(tǒng)進入泄料階段。在泄料階段中系統(tǒng)自動打開進氣閥Y3和泄料閥Y4，使反應爐壓力、溫度、液位降低，同時爐的物料通過泄料閥Y4泄出后，按復位按鈕恢復到初始狀態(tài)，準備進入下一反應循環(huán)。3.2.2加熱反應爐原理圖：加熱反應爐整體由四個閥：排氣閥、進料閥、進氣閥、泄放閥，四個傳感器：壓力傳感器、溫度傳感器、上液面?zhèn)鞲衅鳌⑾乱好鎮(zhèn)鞲衅?，鍋爐，加熱器與加熱接觸器等組成。第四章 控制畫面的創(chuàng)建4.1 工程的建

48、立 點擊桌面上的 圖標，打開MCGS組態(tài)環(huán)境，新建一個工程，在主窗口中將用戶窗口的名稱改為“加熱反應爐”點“確認”如圖4-1。圖4.1建立工程4.2設計監(jiān)控界面在組態(tài)平臺上，創(chuàng)建“四層電梯實驗監(jiān)控”用戶窗口，單擊“動畫組態(tài)”，進入動畫制作窗口。利用組態(tài)工具，繪制四層電梯實驗監(jiān)控界面，如圖4-2。4.2建立監(jiān)控畫面4.3 變量的定義實時數(shù)據(jù)庫是工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)變量是構成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)變量的過程。定義數(shù)據(jù)變量的容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值圍，確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間圍和保存期限等。編輯數(shù)

49、據(jù)庫如下圖4-3.圖4.3建立數(shù)據(jù)庫4.4動畫4.4.1 液位升降效果水位升降效果是通過設置數(shù)據(jù)對象“大小變化”連接類型實現(xiàn)的。具體設置步驟如下： （1）在用戶窗口中，雙擊反應器，彈出單元屬性設置窗口。(2)單擊“動畫連接”標簽，顯示如圖4.4所示窗口：圖4.4反液位動畫（3）選中折線，在右端出現(xiàn)。（4）單擊進入動畫組態(tài)屬性設置窗口。按照下面的要求設置各個參數(shù)： 表達式：水； 最大變化百分比對應的表達式的值：40；其它參數(shù)不變。如圖4.5所示：圖4.5屬性設置4.4.2閥門的啟停閥門的啟停動畫效果是通過設置連接類型對應的數(shù)據(jù)對象實現(xiàn)的。設置步驟如下：（1）雙擊閥門，彈出單元屬性設置窗口。（2）

50、選中“數(shù)據(jù)對象”標簽中的“按鈕輸入”，右端出現(xiàn)瀏覽按鈕。（3）單擊瀏覽按鈕，雙擊數(shù)據(jù)對象列表中的“閥門Y1”。 （4）使用同樣的方法將“填充顏色”對應的數(shù)據(jù)對象設置為“閥門Y1”。如圖4.6所示：圖4.6閥門動畫（5）單擊“確認”，閥門的啟停效果設置完畢。以此方法分別其他的閥門。4.4.3 水流效果水流效果是通過設置流動塊構件的屬性實現(xiàn)的。實現(xiàn)步驟如下：（1）雙擊水泵右側的流動塊，彈出流動塊構件屬性設置窗口。（2）在流動屬性頁中，進行如下設置，如圖4.7所示：圖4.7流動塊設置4.5儀表添加應用本次的課題中選用了溫度計儀表，壓力儀表，水、溫度、壓力的刻度顯示。在工業(yè)現(xiàn)場一般都會大量地使用儀表進

51、行數(shù)據(jù)顯示。MCGS組態(tài)軟件適應這一要求提供了旋轉儀表構件。用戶可以利用此構件在動畫界面中模擬現(xiàn)場的儀表運行狀態(tài)。具體制作步驟如下：（1）選取“工具箱”中的“旋轉儀表” 圖標，調整大小放在頁面適當位置。（2）雙擊該構件進行屬性設置。各參數(shù)設置如下： “刻度與標注屬性”頁中，主劃線數(shù)目：5。 “操作屬性”頁中，表達式：壓力；最大逆時鐘角度：90，對應的值：0；最大順時鐘角度：90，對應的值：5。 其它不變。（3）按照此方法設置水、溫度數(shù)據(jù)顯示對應的旋轉儀表。（4）表盤式儀表在工具箱中點圖標，選取合適的儀表，屬性設置和元器件屬性設置一樣方法。4.6曲線顯示在實際生產過程控制中，對實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)

52、的查看、分析是不可缺少的工作。但對大量數(shù)據(jù)僅做定量的分析還遠遠不夠，必須根據(jù)大量的數(shù)據(jù)信息，畫出曲線，分析曲線的變化趨勢并從中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，曲線處理在工控系統(tǒng)中也是一個非常重要的部分。4.6.1 實時曲線實時曲線構件是用曲線顯示一個或多個數(shù)據(jù)對象數(shù)值的動畫圖形，象筆繪記錄儀一樣實時記錄數(shù)據(jù)對象值的變化情況。具體制作步驟如下：（1）單擊“工具箱”中的“實時曲線”圖標，在標簽下方繪制一個實時曲線，并調整大小。（2）雙擊曲線，彈出“實時曲線構件屬性設置”窗口，設置：在基本屬性頁中，Y軸主劃線設為：5；其它不變。在標注屬性頁中，時間單位設為：秒鐘；小數(shù)位數(shù)設為：1；最大值設為：40；其它不變。在畫

53、筆屬性頁中，將：曲線1對應的表達式設為：水；顏色為：淺藍色；曲線2對應的表達式設為：溫度；顏色為：粉色。曲線3對應的表達式設為：壓力；顏色為：藍色。點擊“確認”即可。這時，在運行環(huán)境中單擊“數(shù)據(jù)顯示”菜單，就可看到實時曲線。雙擊曲線可以將其放大。如圖為本次課程設計的實時曲線，如圖4.8所示：圖4.8實時曲線4.6.2歷史曲線歷史曲線構件實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的曲線瀏覽功能。運行時，歷史曲線構件能夠根據(jù)需要畫出相應歷史數(shù)據(jù)的趨勢效果圖。歷史曲線主要用于事后查看數(shù)據(jù)和狀態(tài)變化趨勢和總結規(guī)律。制作步驟如下：（1）在標簽下方，使用“工具箱”中的“歷史曲線” 構件，繪制一個一定大小的歷史曲線圖形。（2）雙擊該曲

54、線，彈出“歷史曲線構件屬性設置”窗口，進行如下設置：在基本屬性頁中，將：曲線名稱設為：歷史曲線；Y軸主劃線設為：5；背景顏色設為：灰色。在存盤數(shù)據(jù)屬性頁中，存盤數(shù)據(jù)來源選擇組對象對應的存盤數(shù)據(jù)，并在下拉菜單中選擇：數(shù)據(jù)組；在曲線標識頁中：選中曲線1，曲線容設為：壓力；曲線顏色設為：淺藍色；工程單位設為：Mpa；小數(shù)位數(shù)設為：1；最大值設為：40；實時刷新設為：壓力；其它不變。如圖4.9：圖4.9曲線屬性設置選中曲線2，曲線容設為：溫度；曲線顏色設為粉色；程單位設為：，小數(shù)位數(shù)設為：1；最大值設為：50；實時刷新設為：溫度。選中曲線3，曲線容設為：水；曲線顏色設為藍色；程單位設為：m，小數(shù)位數(shù)設為：1；最大值設為：40；實時刷新設為：水。在高級屬性頁中，選中：運行時顯示曲線翻頁操作按鈕；運行時顯示曲線放大操作按鈕；運行時顯示曲線信息顯示窗口；運行時自動刷新；進入運行環(huán)境，單擊“數(shù)據(jù)顯示”菜單，打開“數(shù)據(jù)顯示窗口”，就可以看到實時報表，歷史報表，實時曲線，歷史曲線，如圖：圖4.10歷史曲線4.7 設備連接MCGS組態(tài)軟件提供了大量的工控領域常用的設備驅動程序。模擬設備是調試工程的虛擬的設備。該構件可以產生標準的正弦波，方波，三角波，鋸齒波信號。其幅值和周期都可以任意設置。通過模擬設備的連接，可以使動畫不需要手動操