某化工加热炉控制系统设计.docx

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某化工加热炉控制系统设计

电气控制与可编程控制技术课程设计

设计题目：

某化工加热炉控制系统设计

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指导教师：

年月日

《电气控制与可编程控制技术》课程设计任务书

设计题目：

某化工加热炉控制系统设计

1.某化工加热反应釜的组成

某化工加热反应釜的结构示意图如图1所示。

图中排气阀Y1、进料阀Y2、氮气阀Y3和泄放阀Y4都为电磁阀，SL1和SL2为液位传感器，用于检测液面高度，当液位达到给定值时为ON状态，低于给定值时为OFF状态，温度传感器ST和压力传感器SP分别用于检测釜内温度和釜内压力，当温度和压力达到给定值时相应传感器为ON状态，低于给定值时为OFF状态。

要求设计符合反应釜加热工艺过程的控制程序。

2．反应釜加热工艺过程

（1）送料控制

①检测到液面SL2、炉内温度ST、釜内压力SP都小于给定值时，传感器SL2、ST、SP均为OFF状态；

②打开排气阀Y1和进料阀Y2；

③当液位上升到液面SL1时，应关闭排气阀Y1和进料阀Y2；

④延时20s，打开氮气阀Y3，氮气进入反应釜，釜内压力上升；

⑤当压力上升到给定值，即SP为ON状态时，关闭氮气阀Y3，送料过程结束。

（2）加热反应过程控制

①交流接触器KM得电，接通加热器EH的电源；

②当釜内温度升高到给定值，即ST为ON状态时，交流接触器KM断电，切断加热电源；

③延时10s，加热过程结束。

（3）泄放控制

①打开排气阀，使釜内压力降到预定最低值，即SP为OFF状态；

②打开泄放阀，当釜内溶液降至液位下限，即SL2为OFF状态时，关闭泄放阀和排气阀，系统恢复到原始状态，准备进入下一循环。

（4）设置系统的启动按钮和停止按钮。

按下启动按钮系统开始工作，按下停止按钮时系统必须在一个循环的工作结束后才能停下来。

3．设计说明书应包括以下内容

（1）系统设计任务分析

（2）系统设计方案

（3）系统硬件设计

PLC的选型、I/O地址分配

PLC控制系统的外部接线图

（4）系统软件设计

程序流程图或功能图

控制程序梯形图

（5）程序编辑和调试

目录

摘要II

第一章设计方案1

1.1设计任务分析1

1.1设计思路2

1.2设计方案2

第二章控制系统硬件设计3

2.1PLC选型3

2.2西门子S7-2003

2.3I/O分配表4

2.4PLC控制系统的外部接线图4

第三章控制系统软件设计6

3.1软件介绍6

3.2控制程序流程图7

3.3控制程序梯形图8

第四章程序调试9

4.1调试思路9

4.2调试方法及过程9

心得体会10

参考文献11

某化工加热炉控制系统设计

摘要

温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。

温度控制系统广泛的应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制，电焊机的温度控制等。

加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用，本文主要采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。

本设计是利用西门子S7—200PLC控制加热炉温度的控制系统。

关键词：

温度加热炉西门子S7—200PLC

第一章设计方案

1.1设计任务书分析

本次课程设计是某化工加热炉控制系统，通过对加热炉内的情况，实现送料控制、加热反应过程控制和泄放控制。

由此可知，系统所需包含的部件应有控制阀、温度传感器、压力传感器、加热器和液位传感器。

从设计可以知道要进行四个控制：

（1）送料控制

①检测到液面SL2、炉内温度ST、釜内压力SP都小于给定值时，传感器SL2、ST、SP均为OFF状态；

②打开排气阀Y1和进料阀Y2；

③当液位上升到液面SL1时，应关闭排气阀Y1和进料阀Y2；

④延时20s，打开氮气阀Y3，氮气进入反应釜，釜内压力上升；

⑤当压力上升到给定值，即SP为ON状态时，关闭氮气阀Y3，送料过程结束。

（2）加热反应过程控制

①交流接触器KM得电，接通加热器EH的电源；

②当釜内温度升高到给定值，即ST为ON状态时，交流接触器KM断电，切断加热电源；

③延时10s，加热过程结束。

（3）泄放控制

①打开排气阀，使釜内压力降到预定最低值，即SP为OFF状态；

②打开泄放阀，当釜内溶液降至液位下限，即SL2为OFF状态时，关闭泄放阀和排气阀，系统恢复到原始状态，准备进入下一循环。

（4）设置系统的启动按钮和停止按钮。

按下启动按钮系统开始工作，按下停止按钮时系统必须在一个循环的工作结束后才能停下来。

1.2设计思路

PLC是开关量的控制，它的特点是可靠性高，抗干扰能力强、通用性强，使用方便、编程简单，容易掌握、维护方便，容易改造、体积小、质量轻，功耗低。

本次设计采用的是西门子S7—200控制系统。

通过控制温度来控制加热炉。

1.3设计方案

由于要求按四种不同的控制方式进行工作，首先，把控制方式分解为独立的四个；然后，按控制方式一的工作要求进行系统设计，逐一完成四种控制方式的系统设计；最后，将四种控制方式进行整合。

第二章控制系统硬件设计

2.1PLC选型

PLC的选型标准

PLC机型选择主要考虑I/O点数。

根据控制系统所需要的输入设备（如按钮、温度传感器、液位传感器等）输出设备（如接触器、进料阀、氮气阀等）以及A/D、D/A转换个数。

确定I/O点数，一般要留有一定裕量（约占10%），满足生产发展和工艺的改进。

随着PLC功能日益完善，很多小型机也具有中、大型机的功能。

对于PLC的功能选择，一般只要满足I/O点数，大多数机型也能满足。

目前大多数PLC机型都具有I/O扩展模块、A/D、D/A转换模块，以及高级指令、中断能力与外设通信能力。

PLC一般根据I/O点数的不同，内存容量会有相应的差别。

在选择内存容量时同样应留有一定余量，一般是实际程序的25%。

不应单纯追求大容量，以够用为原则。

在PLC机型选取上要考虑控制系统与PLC结构功能的合理性。

如果是单机系统控制，I/O点数不多，不涉及PLC之间的通信，但又要求功能更强，要求有处理模拟信号的能力，可选择整体式机，如松下FP0、FP1、FP-M系列，以及OMRONC2OOH系列等。

如果仅有开关量控制，可选择OMRONC系列P型机、西门子S7-200，三菱F1、FX系列等。

2.2西门子S7-200

S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。

其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。

本设计有6个输入量和5个输出量，由此采用的是西门子S7-200CUP222。

它具有8输入/6输出共14个数字量I/O点。

可连接2个扩展模块，最大扩展至64个I/O点或8路模拟量。

6K字节程序和数据存储空间。

I/O端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

2.3I/O分配表

本设计有6个输入点，5个输出点

序号

元件名称及作用

元件符号

输入/输出地址

1

系统启动按钮

SB1

I0.0

2

系统停止按钮

SB2

I0.1

3

上液位传感器

SL1

I0.2

4

下液位传感器

SL2

I0.3

5

压力传感器

ST

I0.4

6

温度传感器

SP

I0.5

7

排气阀

Y1

Q0.0

8

进料阀

Y2

Q0.1

9

氮气阀

Y3

Q0.2

10

泄放阀

Y4

Q0.3

11

控制加热装置EH的接触器KM

KM

Q0.4

2.4PLC控制系统的外部接线图

启动按钮SB1和停止按钮SB2是控制系统的开关。

SL1和SL2为液位传感器，用于检测液面高度，当液位达到给定值时为ON状态，低于给定值时为OFF状态。

温度传感器ST和压力传感器SP分别用于检测釜内温度和釜内压力，当温度和压力达到给定值时相应传感器为ON状态，低于给定值时为OFF状态。

排气阀Y1、进料阀Y2、氮气阀Y3和泄放阀Y4都为电磁阀，KM为加热装置的接触器。

第三章控制系统软件设计

3.1软件介绍

一、STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍

STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATICS7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。

下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。

1、硬件连接

利用一根PC/PPI（个人计算机/点对点接口）电缆可建立个人计算机与PLC之间的通信。

这是一种单主站通信方式，不需要其他硬件，如调制解调器和编程设备等。

典型的单主站连接如图A-1所示。

把PC/PPI电缆的PC端与计算机的RS-232通信口（COM1或COM2）连接，把PC/PPI电缆的PPI端与PLC的RS-485通信口连接即可。

二、STEP7-Micro/WIN32编程软件的主要功能

1、基本功能

STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。

1）在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。

在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。

2）在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。

3）在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。

经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。

4）对用户程序进行文档管理，加密处理等。

5）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。

2、主界面各部分功能

STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面外观如图3.2-2所示。

界面一般可以分成以下几个区：

标题栏、菜单条（包含8个主菜单项）、工具条（快捷按钮）、引导条（快捷操作窗口）、指令树（快捷操作窗口）、输出窗口、状态条和用户窗口（可同时或分别打开5个用户窗口）。

3.1程序流程图

3.2控制程序梯形图

第四章程序调试

4.1调试思路

按照设计方案，将设计好的系统梯形图用S7_200仿真软件进行仿真，观察是否能实现其对应的工作方式。

如不能，返回梯形图进行检查、修改，再调试，直到能实现其工作方式为止。

4.2调试方法及过程

系统调试我们主要依靠S7_200仿真软件进行。

系统的调试方法及过程如下：

首先，通过V4.0STEP7MicroWINSP6创建文件，并进行相关程序的书写，对书写完成的程序进行编译。

在程序编译时，如果程序语言出现句法等错误，这些错误的位置及类型会在编译结果中体现出来。

我们在针对这些错误进行修改或更正。

然后，将编译好的程序导出。

其次，我们再通过S7_200仿真软件导入程序，对设计任务要求实现的功能进行仿真。

如果仿真结果未达到预期，则回到V4.0STEP7MicroWINSP6上对程序进行相关的修改，再编译，再仿真，直到实现相关功能为止。

心得体会

首先感谢老师对我的指导与帮助。

通过这次课题设计，让我感到了自己在PLC上的不足，从系统硬件设计、I/O地址分配、PLC的外部接线图、程序流程图或功能图、控制程序梯形图到最后的程序编辑和调试，都遇到了极大的困难。

但是，我还是没有放弃，还是坚持做下去，不懂的地方在网上查，向班上会做的同学咨询，终于把它做完了。

通过这次课题设计，使我们深深认识到PLC这门课程在自动化专业中的重要性，学好这门课对于今后的工作学习是很重要的。

这次设计也是我们所学课本知识的一个实践过程，让我们明白，知识要学以致用。

虽然，对书本知识的了解不是很好，但是，在以后的学习中，一定要努力学好每一门专门课，为以后的学习工作打下良好的基础。

最后，要感谢老师对我们耐心指导，还要感谢这次课题设计中给我们帮助的同学，谢谢你们。

参考文献

【1】张晓峰.电气控制与可编程控制技术及应用【M】.国防工业出版社.2010