真空热压炉及其控制系统的设计
摘要: 从上世纪80年代到90年代中期,PLC已快速发展,在此期间，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大幅度提高，PLC进入过程控制领域,在某些应用程序中替代的主导过程控制领域的DCS系统。PLC具有较强的通用性,易于使用,改编自宽,可靠性高,抗干扰能力强,简单的编程的特点。PLC在工业自动化控制的地位特别是顺序控制,在可预见的未来,不能被取代。
锅炉作为控制对象介绍了本文主要对锅炉出口水温被控参数,水温在室副被控参数炉膛,加热电阻丝电压作为控制参数,PLC作为控制器,锅炉温度串级控制系统,PID算法,使用PLC梯形图编程语言编程,实现锅炉温度的自动控制。
真空热压炉广泛应用在相当多的领域,真空热压炉的性能质量决定产品的质量。目前真空热压炉控制系统主要是利用计算机的微处理器为核心的控制技术,提高设备自动化程度,改善设备的控制精度。
本文分别是真空热压炉的工作原理,控制系统的温度传感器选择、配置PLC和组态软件程序设计等等。通过改革真空热压炉控制系统的快速响应,稳定性好,可靠性高,控制精度好,对工业控制有现实意义。
关键词：真空热压炉的控制系统; 温度控制; 串级控制; PLC; PID
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及研究目的和意义 1
第二章 PLC和组态软件基础 3
2.1可编程控制器基础 3
2.2组态软件的基础 5
2.3组态的定义 5
2.4组态王软件的特点 6
第三章PLC控制系统的硬件设计 7
3.1 PLC控制系统设计的基本原则 7
3.2 PLC的选型和硬件配置 8
3.2 PLC型号的选择 8
3.3系统整体设计方案和电气连接图 8
3.4 PLC控制器的设计 8
3.4控制系统数学模型的建立 8
第四章 PLC控制系统的软件设计 10
4.1 PLC程序设计的方法 10
4.2 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述 10
4.2 STEP7--Micro/WIN 简单介绍 10
4.2 计算机与PLC的通信 11
4.3 程序设计 12
4.3 程序设计思路 12
4.3 PID指令向导 12
4.3 控制程序及分析 12
第五章 组态画面的设计 17
5.1 组态变量的建立及设备连接 17
5.1 新建项目 17
5.2 创建组态画面 21
5.2 主画面 21
5.2 PID参数设定窗口 21
5.2 数据报表 22
5.2 实时曲线 22
5.2 历史曲线 23
第六章 系统测试 25
6.1启动组态王 25
6.2实时曲线观察 25
6.3分析历史趋势曲线 26
6.4查看数据报表 28
结束语 30
参考文献 31
附录 32
第一章 绪论
1.1课题背景及研究目的和意义
真空热压炉的应用领域相当广泛，真空热压炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前真空热压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。
真空热压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，真空热压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。真空热压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。
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，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ts、比例系数 Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。因而,PID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[1]-[6]。
1.2项目研究内容
以加热炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。
可编程逻辑控制器（PLC)是一种新型自动控制装置，它集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体。其性能优越，已被广泛的应用于工业控制的各个领域，并已经成为工业自动化的三大支柱之一。
PLC技术在温度监控系统上的应用，是从整体上分析和研究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的电流信号输入控制可控硅电压调整器或触发板改变可控硅管导通角的大小来调节输出功率。
监控画面，利用的组态软件“组态王”是由调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：被控作用在主过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高[7]-[15]。
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