加热炉反应的自动控制毕业论文(编辑修改稿)

加热炉反应的自动控制毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 （ 2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 （ 3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制 计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 （ 4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 8 体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设 的应用领域 PLC 的主要应用范围通常可分为以下几种： 这是 PLC 应用最广泛的领域，例如塑料机械、印刷机械、订书机械、组合机床、磨床、电镀流水线及电梯控制等。 这些设备对控制系统的要求大都属于逻辑顺序控制，所以这也是最适合 PLC 使用的领 域。 在这里 PLC 用来取代传统的继电器顺序控制，应用于单机控制，多机群控等。 ，在该领域主要对物体进行品质处理、形状加工、组装，以位置、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。 其电器自动控制系统中的开关量占绝大多数，由于 PLC 性能的提高和通信功能的增强，使得它在制造业领域中的大中型控制系统中也占绝对主导地位。 为适应高精度的位置控制，现在的 PLC 制造商为用户提供了功能完善的运动控制功能。 这一方面体现在功能强大的主机可以完成多路高速计数器的脉冲采集和 大量的数据处理的功能；另一方面还提供了专门的单轴或多轴的控制步进电动机和伺服电动机的位置控制模块，这些智能化的模块可以实现任何对位置控制的任务要求。 现在工业自动化领域基于 PLC 的运动控制系统和其他的控制手段相比，功能更强、装置体积更小、价格更低、速度更快、操作更方便。 PLC 结构 PLC 结构如图 所示 9 图 可编程逻辑 控制器 （ Programmable Logic Controller， PLC），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。 处理器 CPU 中央处理单元 (CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。 它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查 电源 、存储器、 I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入 装置 的状态和数据，并分别存 入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据 寄存器 内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 10 为了进一步提高可编程逻辑控制器的 可靠 性 ，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。 这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。 系统存储器用来存放由 PLC 生产厂家编写的系统程序，并固化在 ROM 内，用户不能更改。 它使 PLC 具有基本的功能，能够完成 PLC 设计者规定的各项工作。 用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器两部分。 用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的 PLC 编程语言编写的应用程序。 用户程序存储器根据所选 用的存储器单元类型的不同，可以是 RAM、 EPROM 或 EEPROM 存储器，其内容可由用户任意更改。 用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的 ON/OFF 状态和数值、数据等，用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映 PLC 性能的重要指标之一。 而 PLC 使用的存储器类型有三种： ROM（只读存储器）、 RAM（随机存取存储器）和 EEPROM（可电擦出可编程的只读存储器）。 PLC 一般使用 220V 的交流电源或 24V 直流电源，内部的开关电源为 PLC 的中央处理器、存储器等电路提供 5V、 12V/+12V、 24V 等直流电源，整体式的小型 PLC 还提供一定容量的直流 24V 电源，供外部有源传感器使用。 PLC 所采用的看管电源输入电压范围宽、体积小、效率高、抗干扰能力强。 电源不见的位置形式可有多种，对于整体式结构的 PLC，通常电源封装到机壳内部；对于模块式 PLC，则多采用单独的电源模块。 4. 输入 /输出单元 PLC 的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量。 输入 /输出接口单元包含两部分：一部分是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。 11 第二章系统的硬件软件 加热 反应炉对电气控制系统的要求 在工艺过程上，加热反应炉对电控系统有如下要求： 加热反应炉开始工作时，首先检测下液面 X1，炉温 X2，炉内压力 X4 是否都小于给定值，即是否都为逻辑 0，若为 0，则开启排气阀 Y1 和进料阀 Y2。 液面上升到设定位置时，关闭排气阀和进料阀，进料过程结束。 当炉温低于给定值时（ X2=0），接通加热反应炉电源 Y5；当炉温高于给定值时（ X2=1） . ，使炉内压力降到起始值 (X4=0)，并打开排放阀 Y4，使炉内液面下降到下液面时（ Y1=0）， 按 SB3 系统恢复到初始状态，进入下一个循环。 系统设计方案 首先，选择机型。 目前 PLC 产品种类繁多，同一个公司生产出来的 PLC 也常常推出系列产品，这需要去选择最适合自己要求的产品。 正确选择产品中，首要的是选定机型，其选择方法有两种： 1. 根据系统类型选择机型。 从选机型的角度看，控制系统可以分成单体控制小系统、慢过程大系统和快速控制大系统。 这些系统在 PLC 的选择上是有区别的。 1）单体控制的小系统：这种系统一般使用一台 PLC 就能完成控制要求，控制对象常常是一台设备或多台设备中的一个功能。 这种系统对 PLC 间的通信问题要求不高，甚至没有要求。 但有时功能要求全面，容量要求变化大，有些还要与设备系统的其他机器连接。 对这类系统的选择要注意下面三种情况。 12 一是设备集中，设备的功率较小。 这时需选用局部式结构、低电压高密度输入输出模块。 二是设备分散，设备的功率较大。 这时需选用离散式结构、高电压、低密度输入输出模块。 三是专门要求的设备。 这时输入输出容量不是关键参数，更重要的是控制速度功能，选用速计数功能模块。 13 2）慢过程大系统：对运行速度要求不高，但设备间有连锁关系，设备距离远，控制动作多，如大型料场、高炉、码头 、大型车站信号控制；也有的设备本身对运行速度要求不高，如大型连续轧钢厂、冷连续轧钢厂中的辅助生产机组和共有系统、供风系统等。 对这一类型对象，一般不选用大型机，因为它编程调试都不方便，一旦发生故障，影响面也大。 一般都采用多台中小型和低速网相连接。 由于现在生产的控制器多为插件式模板结构，它的价格是随输入输出模板数和智能模板数的多少决定的，同一种机型输入输出点数少，则价格便宜，反之则贵。 所以一般使用网络相连后就不必要选用大机型。 这样选用每一台中小型 PLC 控制一台单体设备，功能简单，程序好编，调试容易，运行中一旦发 生故障影响面小，且容易查找。 3）快速控制大系统：随着 PLC 在工业领域应用中的不断扩大，在中小型的快速系统中， PLC 不仅能完成逻辑控制和主令控制，并已逐步进入了设备控制级，如高速线材、中低速热连轧等速度控制系统。 在这样的系统中，即使使用输入输出容量大、运行速度快、计算功能强的一台大型 PLC 也难以满足控制要求。 如多台 PLC，则有互相间信息交换与系统响应要求快的矛盾。 采用可靠的高速网能满足系统信息快速交换的要求。 高速网一般价格都很贵，适用于有大量信息交换的系统。 对信息交换的速度要求高，但交换的信息又不太多的系统 ，也可以采用PLC 的输出端口与另一台 PLC 的输入端口硬件互联，通过输出输入直接传送信息，这样传送速度快而且可靠。 当然传送的信息不能太多，否则输入输出点占用太多。 对控制对象要求进行估计，这对确定机型十分重要。 根据控制对象要求的输入输出点数的多少，可以估计出 PLC 的规模。 根据控制对象的特殊要求，可以估计出 PLC 的性能。 根据控制对象的操作规则，可以估计出控制程序所占内存的容量。 有了这些初步估计，会使得机型选择的可行性更大了。 为了对控制对象进行粗估，首先要了解下列问题。 1）对输 入 /输出点数的估计：为了正确地估计输入 /输出点数 ,需要了解下列问题。 对开关量输入，按参数等级分类统计。 14 对开关量输出，按输出功率要求及其他参数分类统计。 对模拟量输出 /输入，按点数进行粗估。 2）对 PLC 性能要求的估计：为了正确地估计 PLC 性能要求，需要了解下列问题。 是否有特殊控制功能要求，如高速计数器等。 机房离现场的最远距离为多少。 现场对控制器响应速度有何要求。 在此基础上，选择控制器时尚需注意两个问题。 其一是 PLC 可带 I/O 点数。 有的手册或产品目录单上给出的最大输入点数或最大输出点数，常意味着只 插输入模块或只插输出模块的容量，有时也称为扫描容量，需格外注意。 其二是 PLC通信距离和速度。 手册上给出的覆盖距离，有时叫最大距离，包括远程 I/O 板在内达到的距离。 但是如果 PLC 装有远程 I/O 模块时，由于远程 I/O 模块的响应速度慢，会使 PLC 的响应速度大大下降。 3. 对所需内存容量的估计：用户程序所需要的内存与下列因素有关。 逻辑量输入输出点数的估计。 模拟量输入输出点数的估计。 内存利用率的估计。 程序编制者的编制水平的估计。 程序中各条指令最后都是以机器语言形式存放在内存中。 控制系统中输入输出点数和存放 系统用户机器语言所占用的内存字节之比为内存利用率。 内存利用率与编程水平有关。 内存利用率的提高会使同样程序减少内存容量，从而降低内存投资，缩短周期时间，提高系统的响应时间。 对象和范围的确定 15 PLC 一般适合应用于环境差、而对安全性、可靠性要求比较高，系统工艺复杂，输入 /输出以开关量为主的自动化控制系统或者装置中。 当前的 PLC 不仅能对开关量能有效地进行控制，而且对模拟量的处理能力也非常强，可以完成复杂的自动控制任务。 在确定控制对象和控制范围之后，就要开始 PLC 的选型。 PLC 的选择主要包括PLC 容量的选 择与确定、 PLC 外设的选择与确定、 PLC 生产厂家的选择与确定 3个方面。 . PLC 容量的选择与确定 PLC 容量的选择，首先要对控制任务进行更加详细分析，把所有的 I/O 点找出来，包括开关量 I/O 和模拟量 I/O 以及这些 I/O 点的性质。 I/O 点的性质主要是指它们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是继电器、电磁阀，还是直流 24V 的指示灯，则最后选用的 PLC 的输出点数可能大于实际点数。 因此 PLC 的输出点一般是几个组成一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。 这样就有可能 造成输出点数的浪费，增加了生产成本。 因此在设计中要尽量避免这种情况的出现。 一般情况下，输出为继电器的 PLC 使用的最多，但是对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的 PLC。 分析与了解了这么多之后，就可以确定 PLC 的容量了，确定该使用多少点和 I/O类型的 PLC。 . PLC 外设的选择与确定 PLC 外设的选择也是在控制系统任务详细分析之后，根据实际的需要，选择与所使用的 PLC 相应的配套模块。