加熱爐課程設(shè)計(jì)---熱處理加熱爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　?。?011 /2012 學(xué)年第2學(xué)期）</p><p>　　課程名稱 ： 《可編程序控制器》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目 ：熱處理加熱爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(yè)班級(jí) ： <

2、;/p><p>　　學(xué)生姓名 ： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師 ： </p><p>　　設(shè)計(jì)周數(shù) ： 二 周 </p>

3、<p>　　設(shè)計(jì)成績 ： </p><p>　　2012 年7月6日</p><p><b>　　目       錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)目的………………………………………………………3</p><p

4、>　　二、課程設(shè)計(jì)正文………………………………………………………3</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)原理………………………………………………………3</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………3</p><p>　　2.2.1 加熱爐原理………………………………………………3</p><p>　　2.2.

5、2 PID控制…………………………………………………4</p><p>　　2.3設(shè)計(jì)要求………………………………………………………4</p><p>　　2.4 I/O地址分配…………………………………………………5</p><p>　　2.5程序流程圖……………………………………………………6</p><p>　　2.6 PLC主程序……

6、………………………………………………7</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)………………………………………………………13</p><p>　　四、參考文獻(xiàn)……………………………………………………………14</p><p>　　五、附表…………………………………………………………………15</p><p><b>　　1、課程設(shè)計(jì)目

7、的</b></p><p>　?。?）了解掌握PLC控制系統(tǒng)的常用編程思路、程序功能。（2）了解熱處理加熱爐的結(jié)構(gòu)和工作過程。（3）掌握PLC控制程序?qū)崽幚砑訜釥t電氣的控制。</p><p><b>　　2、課程設(shè)計(jì)正文</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)原理</b></p>&l

8、t;p>　　通過PLC控制電機(jī)M1和電機(jī)M2，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品加熱進(jìn)出爐，爐門開關(guān)的要求，對(duì)加熱保溫階段采用PID控制</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　2.2.1 加熱爐原理</p><p>　　加熱爐具有熱量傳遞過程。熱量通過金屬管壁傳給工藝介質(zhì)，因此它們同樣符合導(dǎo)熱與對(duì)流傳熱的基本規(guī)律。但加熱爐屬于

9、火力加熱設(shè)備，首先由燃料的燃燒產(chǎn)生熾熱的火焰和高溫的氣流，主要通過輻射傳熱將熱量傳給管壁，然后由管壁傳給工藝介質(zhì)，工藝介質(zhì)在輻射室獲得的熱量約占總熱負(fù)荷的70%~80%，而在對(duì)流段獲得的熱量約占熱負(fù)荷的20%~30%。因此加熱爐的傳熱過程比較復(fù)雜，想從理論上獲取對(duì)象特性是很困難的。</p><p>　　加熱爐的對(duì)象特征一般基于定性分析和實(shí)驗(yàn)測試獲得。從定性角度出發(fā)，可以看出其傳熱過程為：爐膛熾熱火焰輻射給爐管，經(jīng)

10、熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱給工藝介質(zhì)。所以與一般傳熱對(duì)象一樣，具有較大的時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間。特別是爐膛，它具有較大的熱容量，故滯后更為顯著，因此加熱爐屬于一種多容量的被控對(duì)象。根據(jù)若干實(shí)驗(yàn)測試，并做了一些簡化，可以用一介環(huán)節(jié)加純滯后來近似，其時(shí)間常熟和純滯后時(shí)間與爐膛容量大小及工藝介質(zhì)停留時(shí)間有關(guān)。爐膛容量大，停留時(shí)間長，則時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間大，反之亦然。</p><p>　　加熱爐進(jìn)料一般分為幾個(gè)支路。常規(guī)的控制方法

11、是：在各支路上安裝各自的流量變送器和控制閥，而用爐出口總管溫度來調(diào)節(jié)爐用燃料量。這樣的調(diào)節(jié)方法根本沒有考慮支管溫度均衡的控制，支管溫度均衡的控制由操作工憑經(jīng)驗(yàn)根據(jù)分支溫差來調(diào)節(jié)分支流量差。這種人為操作顯然無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的均衡控制，往往是各支管流量較均衡，而分支溫度有相當(dāng)大的差異，某一爐管因局部過熱而結(jié)焦的可能性很大。為了改善和克服這種情況，需要采用支路均衡控制方法。近年來出現(xiàn)的差動(dòng)式平衡控制、解藕控制以及多變量預(yù)測控制等方法能夠收取一定的

12、效果。其中差動(dòng)式方法不僅效果不錯(cuò)，而且實(shí)現(xiàn)簡單，操作簡便，對(duì)于長期運(yùn)行有一定的優(yōu)勢。另外，針對(duì)系統(tǒng)的非線性、強(qiáng)耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能實(shí)現(xiàn)較好的控制。</p><p><b>　　PID控制</b></p><p>　　在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它

13、 以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或 不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積

14、分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 </p><p><b>　　比例（P）控制 </b></p><p>　　比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 </p><p><b>　　積分（I）控制 </b><

15、/p><p>　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大

16、使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 </p><p><b>　　微分（D）控制 </b></p><p>　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(dela

17、y)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(

18、PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 </p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.初始狀態(tài)：電爐不通電，電機(jī)不通電，小車停在爐外SQ3位置（SQ3亮，SQ4滅），爐門關(guān)閉（SQ2亮，SQ1滅）。</p><p>　　2.按下啟動(dòng)按扭，電機(jī)M2正轉(zhuǎn)，爐門打開（SQ2滅）。</p><

19、;p>　　3.爐門完全打開（SQ1亮）后，電機(jī)M2停轉(zhuǎn)。同時(shí)啟動(dòng)M1正轉(zhuǎn)（SQ3滅），運(yùn)送工件的小車向爐膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　4.小車到達(dá)爐膛內(nèi)SQ4位置后（SQ4亮），電機(jī)M1停轉(zhuǎn)。啟動(dòng)M2反轉(zhuǎn)（SQ1滅）。</p><p>　　5.當(dāng)爐門完全關(guān)閉后（SQ2亮），電機(jī)M2停轉(zhuǎn)。 </p><p>　　6.加熱：給爐膛內(nèi)的加熱電爐絲通入最高電壓，工

20、件開始加熱。 </p><p>　　7.保溫：當(dāng)工件溫度達(dá)到設(shè)定溫度（攝氏度）的95%時(shí)，轉(zhuǎn)入保溫階段。保溫階段采用PID控制。用PLC內(nèi)置的PID功能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　8.保溫12秒后，關(guān)閉電爐絲停止加熱，啟動(dòng)電機(jī)M2正轉(zhuǎn)，爐門打開（SQ2滅）。</p><p>　　9.爐門完全打開（SQ1亮）后，電機(jī)M2停轉(zhuǎn)。同時(shí)啟動(dòng)M1反轉(zhuǎn)（SQ4滅），運(yùn)送工件的小

21、車向爐膛外運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　10.小車到達(dá)SQ3位置后（SQ3亮），電機(jī)M1停轉(zhuǎn)。同時(shí)啟動(dòng)M2反轉(zhuǎn)（SQ1滅）。</p><p>　　11.當(dāng)爐門完全關(guān)閉后（SQ2亮），電機(jī)M2停轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.4 I/O地址分配 </p><p><b>　　2.5 程序流程圖</b></p>&

22、lt;p>　　2.6 PLC主程序</p><p><b>　　子程序 SBR_0</b></p><p><b>　　中斷程序INT_0</b></p><p><b>　　三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　首先，感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及老師給我們提供這次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，

23、讓我們理論聯(lián)系實(shí)際，用課本知識(shí)完成課設(shè)題目，使我們收獲頗豐。</p><p>　　課設(shè)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺，通過這次課程設(shè)計(jì)，我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)PLC有了更深入的了解，尤其是加深了對(duì)熱處理加熱爐電氣控制的了解。課本上的理論知識(shí)在實(shí)

24、踐中得到了應(yīng)用，使我們對(duì)plc編程有了更深刻的體會(huì)。由于我們進(jìn)行調(diào)試的次數(shù)少，所以許多理論上成功的，實(shí)現(xiàn)出來的結(jié)果卻不令人滿意。有時(shí)我們意見不統(tǒng)一，但都在嘗試之后得到解決。</p><p>　　通過看書學(xué)習(xí)，寫出了相應(yīng)的程序，達(dá)到功能要求的目的。不管怎樣，在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們?cè)诶碚摰幕A(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)踐，是一次很好的機(jī)會(huì)，提高了我們的創(chuàng)造力和動(dòng)手能力。當(dāng)我們一點(diǎn)一點(diǎn)完成的時(shí)候，心中就不免興奮，不免激動(dòng)。成功與失

25、敗其實(shí)沒有界限，失敗是成功的基石，在做此設(shè)計(jì)時(shí)，我深深體會(huì)到做事與成長是一回事，沒有付出努力，那就好比一張空紙，經(jīng)不起風(fēng)波的。</p><p>　　最后，再一次感謝指導(dǎo)老師這段時(shí)間以來對(duì)我們的耐心指導(dǎo)，使我們可以順利的完成課設(shè)內(nèi)容，并且收獲到很多在平時(shí)學(xué)習(xí)生活中學(xué)不到的東西。這次plc課設(shè)對(duì)我們以后的工作學(xué)習(xí)都會(huì)有很大幫助，我會(huì)將這次實(shí)踐所得銘記在心。</p><p><b>　

26、　四、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 殷洪義 可編程序控制器選擇、設(shè)計(jì)與維護(hù) 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[2] 胡學(xué)林 可編程序控制器教程（基礎(chǔ)篇）電子工業(yè)出版社</p><p>　　[3] 宋德玉 可編程序控制器原理及應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 冶金工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 耿文學(xué) 可編程序控制

27、器應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)</p><p>　　[5] 陳立定 電氣控制與可編程控制器</p><p>　　[6] 羅宇航 流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì) 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　[7] 張鳳珊 電氣控制及可編程序控制器 中國輕工業(yè)出版社</p><p>　　[8] 史國生 電氣控制與可編程控制器技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社<