基于PLC的双闭环温度串级控制系统设计论文Word格式.doc
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基于PLC的双闭环温度串级控制系统设计论文Word格式.doc
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通过改造电热加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:
电热加热炉;
温度控制;
串级控制;
PLC
I
THEDESIGNINGOFCLOSED-LOOPTEMPERATURECASCADECONTROLSYSTEM
Abstract
Fromthelastcenturyto90inthemid80'
s,PLChasbeenrapiddevelopmentinthisperiod,PLCcapabilityindealingwithanaloganddigitalcomputingpower,man-machineinterfacecapabilitiesandnetworkcapabilitiesaregreatlyimproved,PLCgraduallyenteringthefieldofprocesscontrol,replacedinsomeapplicationsinthefieldofprocesscontroldominantDCS.PLChastheversatility,easeofuse,wideadaptation,highreliabilityandstronganti-interference,simpletoprogramandsoon.PLCcontrol,especiallyintheindustrialautomationsequencecontroltheposition,intheforeseeablefuture,isnosubstitute.
ThispaperintroducestheelectricfurnaceasthechargedobjecttotheelectricfurnacewatertemperatureofthemainaccusedoftheexportparameterstofurnacetemperatureasdeputyaccusedofparameterstocontroltheheatingresistancewirevoltageparameterstoPLC,controller,constitutesaseriesofelectricfurnacetemperaturelevelcontrolsystem;
usingPIDalgorithm,theuseofPLCladderprogramminglanguage,programming,electricfurnacetemperaturecontrol.
Electricfurnacesawiderangeofapplications,inaconsiderablenumberoffield,theelectricfurnaceperformanceadvantagesanddisadvantagesofthedecisionThequalityoftheproduct.Electricfurnacecontrolsystemscurrentlyusedmostlyforcomputercontrolmicroprocessorcoretechnology,bothtoimprovetheautomationequipmenthaveimprovedthecontrolprecisionequipment.
Thispaperontheheatingelectricfurnacecontrolsystemworks,selectionoftemperaturetransmitter,PLCconfigurations,theconfigurationsoftwaredesignaspectsweredescribed.Throughthetransformationofelectricfurnacecontrolsystemhasfastresponse,goodstability,highreliability,controlaccuracyandgoodfeatures,practicalsignificanceforindustrialcontrol.
KeyWords:
electricfurnace;
temperaturecontrol;
cascadecontrol;
PLC
II
目录
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1课题产生的背景和意义 1
1.2课题的国内外研究现状 1
1.3项目研究内容 2
1.4本课题的章节安排 2
2控制系统总体方案设计 4
2.1概述 4
2.2控制方式确定 4
2.3控制算法的选择和计算 5
2.3.1控制算法的选择 5
2.3.2参数的计算 7
3硬件系统设计 9
3.1可编程控制器 9
3.2PLC硬件选型 10
3.2.1检测元件和执行机构的选择原则 10
3.2.2系统硬件组成 11
3.2.3CPU模块的选型 12
3.2.4基本I/O输入输出模块选型 13
3.2.5模拟量输入模块选型 14
3.2.6模拟量输出模块 16
4软件系统设计 18
4.1CX_PRG_610编程软件介绍 18
4.2系统程序设计 19
4.2.1I/O分配表 19
4.2.2PID设置 19
4.3程序流程图 19
4.4程序梯形图及语句表 21
4.5标度转换 25
结论 27
参考文献 28
致谢 29
1绪论
1.1课题产生的背景和意义
随着我国国民经济的快速发展,加热炉的应用越来越广泛。
加热炉是工业企业重要的动力设备,其任务是供给合格稳定的蒸汽或热水,以满足负荷的需要。
它也是一个复杂的控制对象,影响加热炉温度恒定的因素很多,因此对加热炉进行控制是工业过程的一个重要而且困难的问题[1]。
在传统控制方式中,加热炉的电气控制系统普遍采用继电器控制技术,由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制,致使控制系统存在许多缺点,如控制系统的体积增大,耗电多,效率不高且易出故障,不能保证正常的工业生产等。
近年来随着计算机控制技术的发展,并且各企业重视节源效益,对加热炉生产工艺的不断完善和优化,加热炉生产自动化控制水平也相应提高和不断深入。
传统继电器控制技术逐渐被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。
而PLC本身优异的性能使基于PLC控制的温度控制系统变的经济、高效、稳定且维护方便。
这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义[2]。
国际上对加热炉的优化控制开始于70年代,我国从80年代才开始对这方面进行研究。
在钢铁领域,以前人们对加热炉优化控制研究主要集中在钢坯的升温过程的数学模型,炉温优化设定及燃烧控制。
近年来智能控制技术正逐步被应用到加热炉温度控制中。
目前面向节能降耗,提高轧制产品质量和产量设计的加热炉工程控制计算机系统已广泛应用于现代冶金企业的加热炉生产控制中。
实现加热炉的自动化能够提高加热炉运行的安全性、经济性和劳动生产率、改善劳动条件、减少运行人员。
设计一套完善可行的加热炉温度控制系统有其巨大的经济价值、环保意义。
本课题通过对加热炉进行模型辨识,建立典型加热炉温度串级控制系统的数学模型;
使用PLC实现控制系统的设计。
1.2课题的国内外研究现状
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。
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[3]。
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。
随温度控制系统在国内各行各业的应用虽然应用很广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。
目前,我国在这方面总体水平处于20世纪80年代中后期的水平,成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它只能适用于一般的温度系统的控制,难以控制滞后、复杂、时变温度系统控制。
能适应于较高的控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内还不十分成熟[4]。
随着科学技术的不断发展,人们对温度控制系统的要求越来越高,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。
1.3项目研究内容
以加热炉为被控对象,以加热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,构成加热炉温度串级控制系统;
可编程逻辑控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。
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(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。
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、程序设计等。
论文通过对日本欧姆龙公司的C200H系列PLC控制器,温度传感器将检测到的实际炉温转化为电流信号,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[5]。
串级系统是由调节器串联起来工作,其中一个调节
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