加热炉反应的自动控制毕业论文1.doc

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1、 Xinjiang Institute of Engineering 毕毕 业业 论论 文文 论文题目论文题目 加热炉反应的自动控制 系（部）系（部）电气与信息工程系 学科专业学科专业 电气自动化 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 二一四年五月五日 新疆工程学院毕业论文任务书 学 生 姓 名 专 业 班 级 论 文 题 目 基于 PLC 和 MCGS 的加热炉反应自动控制 接受任务日期 完成任务日期 指 导 教 师 指导教师单位 论文要求 1、设计系统的画面。2、根据控制工艺编写程序。3、制作数据报表、绘制运行曲线。4、设置用户权限管理及工程安全管理。5、编辑用户菜单,试程

2、序。6、编写下位机（PLC）程序 7、编写设计说明书。教师指导过程记录 1）：布置设计任务，深入了解设计内容，阅读参考资料。1.第一周：熟悉 MCGS 软件及加热反应炉自动控制系统。2.第二周：根据控制工艺编写程序。3.第三周，第四周：制作数据报表、绘制运行曲线。4.第五周：设置用户权限管理及工程安全管理，编辑用户菜单。5第六周：调试程序，编写设计说明书。6.第七周：修改，打印说明书，画正式图纸。总结，准备毕业答辩，完成答辩。参考资料 1.胡寿松.自动控制原理.第三版 国防工业出版社 2.赵国材.计算机控制技术 吉林大学出版社 3.熊新民.自动控制原理.电子工业出版社 4.吴秀英 组太控制技术

3、 电子工业出版社 新疆工程学院毕业论文成绩表新疆工程学院毕业论文成绩表 学 生 姓 名 专 业 班 级 论 文 题 目 基于 plc 和 mcgs 的加热炉反应自动控制 考 核 项 目 考 核 内 容 满 分 评 分 一、指导教师评分 1、工作态度与纪律 10 2、基本理论、基本知识、基本技能和外文水平 10 3、独立工作能力、分析和解决问题能力 10 4、完成任务的情况与水平（论文质量）10 指导教师签字：年 月 日 二、评阅教师评分 1、论文质量（正确性、条理性、创造性和实用性）15 2、成果技术水平（理论分析、计算、实验和实物性能）15 评阅教师签字：年 月 日 三、答辩小组评分 1、完

4、成任务书所规定的内容和要求 5 2、论文的质量 5 3、课题论文内容的讲述 10 4、回答问题的正确性 10 答辩组长签字：年 月 日 四、答辩小组成绩评定：负责人签字：年 月 日 五、答辩委员会意见：答辩委员会主任签字：年 月 日 目录 摘 要.1 Abstract.2 第一章 引言.3 1.1 课题背景.3 1.2MCGS 组态软件.3 1.2.1MCGS 简介.3 1.2.2MCGS 的主要特点.5 1.3PLC 软件.6 1.3.2 PLC 的特点：.7 1.3.4 PLC 结构.8 第二章系统的硬件软件.11 2.1 加热反应炉对电气控制系统的要求.11 2.2 系统设计方案.11

5、2.3 对象和范围的确定.14 2.4 S7-200 的性能.17 2.4.1S7-200 CPU222 一般性能.17 2.4.2 输入特性.19 2.4.3 输出特性.19 2.5 系统硬件图设计.20 第三章 加热反应炉简介.23 3.1 加热反应炉简介.23 3.2 加热反应炉原理.24 3.2.1 反应炉控制的过程.24 3.2.2 加热反应炉原理图：.24 第四章 控制画面的创建.26 4.1 工程的建立.26 4.2 设计监控界面.26 4.3 变量的定义.27 4.4 动画链接.28 4.4.1 液位升降效果.29 4.4.2 阀门的启停.30 4.4.3 水流效果.31 4.

6、5 仪表添加应用.32 4.6 曲线显示.32 4.6.1 实时曲线.32 4.6.2 历史曲线.34 4.7 设备连接.36 5.1 脚本程序的语句形式.39 5.2 梯形图.39 第六章设备选型.41 6.1 温度传感器.41 6.2 压力传感器.43 6.3 液位传感器.45 5.4 电磁阀.46 5.4.1 电磁阀工作原理：.47 总 结.50 致 谢.51 参考文献.52 摘摘 要要 该控制系统采用可编程控制器为核心、PC 为上位机,可编程控制器通过专用数据线和上位机通信，利用组态软件对整个系统进行实时监控，利用 PLC 对加热反应炉进行现场的实施自动控制。实验证明，PLC 和 MC

7、GS 结合有利于 PLC 控制系统的设计、检测，具有良好的应用价值。关键词：关键词：PLCPLC，MCGSMCGS，加热反应炉，加热反应炉 Abstract The control system uses a programmable controller as the core,PC as host computer,programmable controller through a dedicated data line and the host computer communication,real-time monitoring of the whole system with con

8、figuration software,carry out the automatic control of the heating furnace siteimplementation using PLC.Experiments show that,PLC and MCGS binding toPLC control system design,test,and has good application value.Keywords:PLC,MCGS,heating furnace 第一章第一章 引言引言 1.1 课题背景课题背景 加热反应炉是冶金、化工工业常用的重要设备，过去仅依靠人工经验

9、进行操作，往往存在送料、温度、压力等条件变化时不能实施有效控制的问题，产品质量不稳定甚至出现次品，造成原料浪费，给企业带来经济损失。可编程序控制器 PLC 以其可靠性高、功能强、控制灵活等特点，已成为目前工业现场环境的首选控制装置。它不仅能实现复杂的逻辑顺序控制，还能完成少量模拟量的过程控制，且编程简单，使用方便。本文采用可编程控制器 PLC 为核心、PC 为上位机，通过专用数据线和上位机通信，利用组态软件对整个系统进行实时监控，利用 PLC 对加热反应炉进行现场的实施自动控制，进而实现了对加热反应炉的可视化监控系统。组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数

10、据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统2。组态软件是指一些数据采集与过程控制和专用软件，它们是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动化控制监控功能的，通用的层次的软件工具。组态软件能支持各种工控设备的常见的通信协议，并且通常分布式数据管理和网络功能。对于原有的 HMI 的概念，组态软件用户能够快速建立自己的 HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前工控领域的用户通过编写 HMI应用，开发时间长，效率底，可靠性差；或者购买过去的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求。很难与外界进

11、行数据交互3。组态软件出现把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能构建一套适合自己的应用系统。1.2MCGS 组态软件组态软件 1.2.1MCGS 简介 MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于 Windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp 等操作系统。MCGS 组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入

12、版。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“Configuration”，其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过。与硬件生产相对照，组态与组装类似，当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的部件更多，而且每个

13、部件都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。组态软件，又称监控组态软件，译自英文 SCADA,即 Supervision,Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制),组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。MCGS 组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的

14、工作，具有不同的特性，如图 1.1 所示。图 1.1 MCGS 的构成 1.2.2MCGS 的主要特点 容量小：整个系统最低配置只需要极小的存贮空间，可以方便的使用 DOC等存贮设备；速度快：系统的时间控制精度高，可以方便地完成各种高速采集系统，满足实时控制系统要求；成本低：使用嵌入式计算机，大大降低设备成本；真正嵌入：运行于嵌入式实时多任务操作系统；稳定性高：无风扇，内置看门狗，上电重启时间短，可在各种恶劣环境下稳定长时间运行；功能强大：提供中断处理，定时扫描精度可达到毫秒级，提供对计算机串口，内存，端口的访问。并可以根据需要灵活组态；通讯方便：内置串行通讯功能、以太网通讯功能、GPRS 通

15、讯功能、Web浏览功能和 Modem 远程诊断功能，可以方便地实现与各种设备进行数据交换、远程采集和 Web 浏览；操作简便：MCGS 嵌入版采用的组态环境，继承了 MCGS 通用版与网络版简单易学的优点，组态操作既简单直观，又灵活多变；支持多种设备：提供了所有常用的硬件设备的驱动；有助于建造完整的解决方案：MCGS 嵌入版组态环境运行于具备良好人机界面的 Windows 操作系统上，具备与北京昆仑通态公司已经推出的通用版本组态软件和网络版组态软件相同的组态环境界面，可有效帮助用户建造从嵌入式设备，现场监控工作站到企业生产监控信息网在内的完整解决方案；并有助于用户开发的项目在这三个层次上的平滑

16、迁移；1.3PLC 软件软件 1.3.1 PLC软硬件介绍 PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：PLC 英文全称Programmable Logic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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

17、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.PLC 是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有 PLC PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。国际电工委员会(IEC)在其标准中将 PLC 定义为:可程式逻辑控制器是一种

18、数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.3.2 PLC 的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗

19、余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。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

20、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

21、）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。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 1.2PLC 的应用领域 1.3.3PLC主要应用范围的分类 PLC 的主要应用范围通常可分为以下几种：1.中小型单机电气控制系统 这是 PLC 应用最广泛的领域，

22、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。2.制造业自动化制造业是典型的工业类型之一，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。3.运动控制 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

23、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。1.3.4 PLC 结构 PLC 结构如图 1.2 所示 图 1.2PLC 的结构 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

24、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。1.中央处理器 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

25、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。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。3.存储器 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

26、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）。3.电源部分 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、2

27、4V 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。第二章系统的硬件软件第二章系统的硬件软件 2.1 加热反应炉对电气控制系统的要求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

28、控系统有如下要求：1.进料控制 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。2.加热反应控制 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）.3.泄放控制打开进气气阀与，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。2.2 系统设计方案系统设计方案 首先，选择机型。目前 PLC 产品种类繁多，同

29、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。一是设备集中，设备的功率较小。这时需选用局

30、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。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

31、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

32、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。2.根据控制对象选择机型 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

33、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。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

34、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

35、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。2.3 对象和范围的确定对象和范围的确定 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。2.3.1.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

36、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

37、PLC 的容量了，确定该使用多少点和 I/O类型的 PLC。2.3.2.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。2.3.3.PLC 生产厂家的选择与确定 PLC 生产厂家的选择与确定主要考虑以下几个 方面。1）功能方面：所有的 PLC 一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的 PLC 是否有能力完成控制任务，比如，对 PLC 的通信能力的要求，对 PLC 运算速度的要求，对 PLC 程序存储空间的要求等。这就要求用户对市场上流行的 PLC 品种有一个比较详细的了解，以便做出正确的选择。2

38、）价格方面：不同厂家的 PLC 产品价格相差会很大，有些功能类似、质量相当、容量相当的 PLC，其价格却相差 40%以上。使用 PLC 作控制系统的开发与应用，必须考虑到生产成本的问题，必须要考虑 PLC 的价格。3）设计个人的实际情况：PLC 控制系统过程中的设计人员的个人喜好必然也会影响到 PLC 厂家的选择问题，比如设计人员一直以来对西门子 S7-200 系列产品比较熟悉，也做过相关的不少开发与应用，那么在相同的性能、相同的要求、相当的价格的情况下。综合各种因素，我们选择西门子 S7-200PLC，根据本组的需求，选择 CPU224CN。2.4 S7-200 的性能的性能 2.4.1S7

39、-200 CPU222 一般性能 电源电压 DC 24V，AC 120230V 电源电压波动 DC 20.4-28.8V，AC 85-264V（47-63Hz）负载电压 L+DC 24V,20.4-30V 负载电压 L1 100V,100-230VAC,(4763Hz)电流消耗 28.8V,10A 264，20A 从电源 L+供电 500mA,80-500mA,拓展模块输出电流（5VDC）340mA 从电源 L1 供电 140mA，20-70mA(240V);40-140mA(120V)拓展模块输出电流（5VDC）340mA 后备时间 50h，数据存储器 2K 程序存储器 4K CPU 处理时

40、间 位指令最大 0.22s 编程语言 LAD，CSF，STL 程序结构 一个主程序块（可以包括子程序）程序执行 自由循环,中断驱动，时间驱动（1-255ms）计数器 1256，可通过电池保持，可调节。计数范围 0-32767 定时器 可保持：256，可调节：1ms54min 4 个定时器，1ms30s 16 个定时器，10ms5min 236 个定时器，100ms54min 指令集 逻辑运算、应用功能 数据区标志 32 字节，可保持 M0.0-M31.7 通过电池可保持 0-255（EEPROM 中），可调；不通过电池可保持 0-112（EEPROM 中），可调 可连接的编程器/PC SIMA

41、TIC PG/PC,标准 PC 扩展设备 最大 2，只能使用 S7-22X 系列的拓展模块。由于受输出电流的限制，扩展模块的使用可能会受限制 I/O 扩展 数字量输入/输出，最大 78，最大 48个输入和 38 个输出（CPU+EM)模拟量输入/输出，最大 10，最大 8 个输入和 2 个输出（EM)或最多 0 个输入和 4个输出（EM)接口 内置 RS485 接口 用户程序保护 3 级 工作温度 垂直安装，00C-450C 水平安装，00C-550C 大气压 860hpa-1080hpa 相对湿度 5%-95%，RH 等级 2，符合 IEC1131-2 2.4.2 输入特性 S7-200CP

42、U 输入表如 2-2 所示 数字量输入点数 8 输入电压 DC 24V“0”信号，0-5V；“1”信号，15-38V 输入电流“1”信号，典型值，2.5mA 输入延时 全部标准输入：从“0”到“1”最小 0.2ms；从“0”到“1”最大 12.8ms 中断输入：（I0.0-I0.3）0.2-12.8ms 计数器/技术功能：（E0.0-E0.5）30KHz 模拟量输入模拟电位计数量 1 模拟电位计 8 位分辨率 编码器电源 24V,允许范围 15.4-28.8V 报警输入点数 4（4 个上升沿或 4 个下降沿）2.4.3 输出特性 S7-200CPU 输出表如 2-3 所示 数字量输出点数 6

43、晶体管/6 晶闸管 电路中断的电压极限 1W 输出的开关能力 阻性负载 最大 0.75A/2A,灯负载最大 5W/30W DC;200AC 输出电压“1”信号，20V DC 输出电流“1”信号，750mA/2A“0”信号残余电流，最大 10uA/0mA 输出延时“0”至“1”，标准输出，最大 15us 脉冲输出，最大（Q0.2-Q0.5）15us 所有输出，最大（Q0.0-Q0.1）2us“1”至“0”，标准输出，最大 130us 脉冲输出，最大（Q0.2-Q0.5）100us 所有输出，最大（Q0.0-Q0.1）10us 脉冲输出 20KHz，Q0.0-Q0.1 脉冲输出点数 2 模拟量输出

44、电流 180mA 2.5 系统硬件图设计系统硬件图设计 PLC 种类繁多，但其组成结构和基本原理基本相同。用 PLC 实施控制，其实质是按控制功能要求，通过程序按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，并应用于工业现场。PLC 专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由 CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。本系统的结构框图如图 2.1 所示，系统硬件构成示意图如图 3.2 所示。图 2.1 系统结构图 第三章第三章加热反应炉简介加热反应炉简介 3.1 加热反应炉简介加热反应炉简介 加热反应炉作为一种热能动力设备，在国民经济的领域具有广泛应用。

45、以继电接触器为主的老一代控制系统已不能满足现代锅炉越来越高，越来越复杂的要求，这一领域的计算机化已势在必行，而应用在当前工业过程控制领域中引人注目的 PLC 又是使其计算机化的简便和可靠途径。在系统中，硬件上采用技术比较的成熟的可编程逻辑控制器，开发了采用 PLC 的开关量和模拟量输入模块，实现对模拟量采集；方法上运用到的是过程控制中常用的前馈与串级控制方法，保证了系统的稳定性和安全性。系统所运用到的界面是由 MCGS 软件做的。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中,温度控制占有着极为重要的地位,特别是在冶金、化工、建

46、材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的 各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。故以 PLC 为基础的生产过程的计算机控制，使的企业总的自动化水平大大提高。1.加热反应炉的输入输出设备表：表 2.1 加热反应炉的 I/O 分配 输入设备 输出设备 启动按钮 SB1 排气阀 Y1 停止按钮 SB2 进料阀 Y2 复位按钮 SB3 进气阀 Y

47、3 下液位传感器 X1 泄料阀 Y4 温度传感器 X2 电源 Y5 上液位传感器 X3 报警灯 Y6 压力传感器 X4 3.2 加热反应炉原理加热反应炉原理 3.2.1 反应炉控制的过程 系统进入运行环境后，按启动按钮 SB1 后，进入送料阶段，进料阀 Y2 开始进料，同时排气阀 Y1 开始排气，以此来保证原料进入加热仓中，同时液位、压力开始随着加热原料的变化而变化。进料阀、排气阀打开 30S 后关断，然后进入加热阶段。在反应阶段中加热电源 Y5 接通，系统温度缓慢升高，同时温度变送器动作，加热到预设定的温度时系统进入泄料阶段。在泄料阶段中系统自动打开进气阀 Y3 和泄料阀 Y4，使反应炉内压

48、力、温度、液位降低，同时炉内的物料通过泄料阀 Y4 泄出后，按复位按钮恢复到初始状态，准备进入下一反应循环。3.2.2 加热反应炉原理图：加热反应炉整体由四个阀：排气阀、进料阀、进气阀、泄放阀，四个传感器：压力传感器、温度传感器、上液面传感器、下液面传感器，锅炉，加热器及加热接触器等组成。第四章第四章 控制画面的创建控制画面的创建 4.1 工程的建立工程的建立 点击桌面上的 图标，打开 MCGS 组态环境，新建一个工程，在主窗口中将用户窗口的名称改为“加热反应炉”点“确认”如图 4-1。图 4.1 建立工程 4.2 设计监控界面设计监控界面 在组态平台上，创建“四层电梯实验监控”用户窗口，单击

49、“动画组态”，进入动画制作窗口。利用组态工具，绘制四层电梯实验监控界面，如图 4-2。4.2 建立监控画面 4.3 变量的定义变量的定义 实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据变量的过程。定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。编辑数据库如下图 4-3.图 4.3 建立数据库 4.4 动画链接动画链接 4.4.1 液位升降效果 水位升降效果是通过设置数据对象“大小变化”连接类型实现的。具体设置步骤如下：（1）在用户窗口

50、中，双击反应器，弹出单元属性设置窗口。(2)单击“动画连接”标签，显示如图 4.4 所示窗口：图4.4反液位动画链接（3）选中折线，在右端出现。（4）单击进入动画组态属性设置窗口。按照下面的要求设置各个参数：表达式：水；最大变化百分比对应的表达式的值：40；其它参数不变。如图 4.5 所示：图 4.5 属性设置 4.4.2 阀门的启停 阀门的启停动画效果是通过设置连接类型对应的数据对象实现的。设置步骤如下：（1）双击阀门，弹出单元属性设置窗口。（2）选中“数据对象”标签中的“按钮输入”，右端出现浏览按钮。（3）单击浏览按钮，双击数据对象列表中的“阀门 Y1”。（4）使用同样的方法将“填充颜色”