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冶金自动化
在烧结矿还原试验装置中,为了提高高温炉的恒温段长度,高温电阻炉采用上、中、下三段式电阻丝进行炉体设计,每段AC200V供电,每段功率为15KW。
要求采用计算机对还原温度进行恒温控制。
温度可在900~1100℃范围设定。
加热装置采用移相可控硅进行控制。
查阅文献,使用本课程所用的知识点,给出温度控制系统初步设计。
要求:
1.画出控制系统的结构框图并注明各个环节的输入和输出信号的名称。
2.简要说明系统的工作过程。
3.采用AutoCAD,设计温度测量控制电气图,并列出系统所需的硬件清单。
4.画出输入通道程序、输出通道程序及控制程序的核心流程图。
5.按以上流程图采用增量式PID控制算法,编写程序实现代码及设计人机交互界面,(可采用PLC代码及组态软件实现)。
综合提示
1.温度测量系统:
K分度热电偶三支,K分度温度变送器输入0-1300℃,输出0-5V。
2.可控硅可选用杭州西子或者北京灵通品牌:
输入4~20mA控制信号。
(可上网查阅厂商、型号、规格)
3.控制器:
IPC610工业控制计算机、PCL-812PG采集控制卡、或者PLC模块。
三段式电阻炉温度控制系统初步设计
1硬件设计
简单的工作过程是:
首先传感器将加热炉内K分度热电偶测出的温度转化为电压信号,PLC主控系统内部的A/D将送进来电压信号转化为PLC可识别的数字量,然后PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度进行处理,发送给模块,再给三项整流电路(SCR)一个触发脉冲,也就是控制脉冲,这样通过SCR的输出我们控制移向可控硅,也就实现了加热炉温度的控制。
控制系统的结构框图
三段电阻炉的温升范围是0~1300℃,所以选择K型热电偶为温度传感器。
它可以将0~1300℃的模拟量转换成0~51mV模拟量送给温度显示模块。
温度显示模块除了显示电阻炉炉内温度外。
还将0~51mV的模拟量转换成0~5V的模拟量送给模拟量扩展模块EM235。
EM235将0~5V的模拟量转换成0~32000的数字量送给西门子可编程控制器(PLC)S7~200系列的CPU224。
2算法简介
在多段电阻炉的温度控制系统中,要使电阻炉在温度升降和温度保持的过程中得到良好的性能,关键在于控制算法的选择。
模糊控制作为一种智能控制方式,它不仅依赖于被控对象的精确数学模型,算法能够直接从操作者经验中归纳、优化得到,因而抗干扰能力强、鲁棒性能好。
但模糊控制是一种非线性控制,存在着静态误差。
为了使电阻炉内三段温度平衡,在程序中还加入了简单的解耦控制算法来调节炉内的温度平衡,控制量输入输出程序流程图见下图。
输出子程序流程图
控制量输出子程序流程图
由于本系统采用调功方式进行控制,故没有必要在每个电源周期都施加控制量。
为此,可根据实际对象的特殊性来设定控制周期。
本系统控制周期设为10s,含有1000个工频电压半波,可由10ms定时中断进行通断率计数,每当控制周期结束时向上位机发送数据,同时计算下一周期的通断率。
由于PLC定时中断的最大值为255ms,因此10s中断由50次200ms定时中断完成。
3S7-200程序设计梯形图
3.1初次上电
1)读入模拟信号,并把数值转化显示电阻炉的当前电压
2)判断炉温是否在正常范围,打亮正常运行指示灯/温度越上限报警指示灯
3.2停止阶段
启动过程:
按下启动按钮后,开始标志位M0.1置位,M0.2复位。
打开运行指示灯Q0.0,熄灭并停止指示灯初始化PID。
开始运行子程序0。
停止过程:
按下停止按钮后,开始标志位M0.1复位,点亮停止指示灯,熄灭运行指示灯。
并把输出模拟量AQW0清零,停止电阻炉继续加热。
停止调用子程序0,仍然显示电阻炉温度。
停止时模拟量输出清零,防止电阻炉继续升温。
调用子程序。
中断程序。
3.4中断程序,PID的计算
1)模拟信号的采样处理,归一化导入PID
2)DIP程序运算
3)输出DIP运算结果,逆转换为模拟信号
4组态编程
组态软件Kingview,组态王开发监控系统软件,是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层,对上连接管理层,它不但实现对现场的实时监测与控制,且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
尤其考虑三方面问题:
画面、数据、动画。
通过对监控系统要求及实现功能的分析,采用组态王对监控系统进行设计。
组态软件也为试验者提供了可视化监控画面,有利于试验者实时现场监控。
而且,它能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,并以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口、实时趋势曲线等,可便利的生成各种报表。
它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
4.1温度控制主界面
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