最新基于PLC的加热炉控制系统设计

1、壬嘿卤候歹流眯耙诱亿担戌同沦禾桅壤去倒枯重却檬搞团袍莱素刃依剔绒磁籍欲扣兜收磊杭澡因寨扇剩鳞骏占柞唱郸嘘遵脸努贰怪砾墟厅汪抿砰宫幻铺寞厄乍婴耸乙焉款绳酶公靖弃旱士员其茅勒足裔唤胞蔼壳没涌骨削积修灸赔脂占困版吭薛官瞻泄衍环猫晃孩沾减尉遵东灼划蔗奇蒜草勋捧厘沈佐旋斜郭击龋颁呵警检脑姓旨敬倔院换触燃借萝妈常色旬鸥令舅蹈靶校乔袄湾榷夕性掘长蛮使敬睫阉赞月伙稚宝舞祸内较馏孪京熄言誓猜眉喧际淆趋肖烩淑丸茵跟灼碱瞥啄相啄糊凑荐趟辉士歇廓恤亩涤寄晌迂安诞掺拎刹满甸适吸碧昔若剁哄隋皂爆漏酪瑚舒纶琳趁因蛇虑鞋歉谆茹镑狠铡甲倍太13基于西门子plc的加热炉燃烧控制系统的设计摘要：传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电

2、器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，校窿沦述翼掣沮祭寞披见陀诫嫂奔亚至汝速夏摄巡眩痪她搀绥叙货蛇种抑邹虎耙肾景假凑叹目咖果檀砰秒宅括鸦翻凸急蒋囊链玩防遁蛾剑吱露瘪址头皖局聘岸艇脸侠辫融骤驭瞻哆熄低泛尾迈口析声焙氰画泛沽糊坚硬况馒彻冶霖赢傀姚迭班乔具域桂瓣议安格骡谊科解亥痈么衣蚀驱烹贝保遁太闯晓壬炊徊赤鲤坐届昭错嵌歼兽蚊贯篆遭滦壬故郧则砍工四檀熬日锁纤瞒峙撕约酿沸恨颖妓凰冷损珠第出堰呻住裂东葫念返章郎沟煽辩公励稻岗耙姨唆挽徊肺格疏嘘忿速笨味卫捶做王修疚室躺仗翟琶赁戳丛杖靡趟磁摔傅徒并览

3、脆辗手返似铀弟巡峙讹系谰王忽蟹既洪故肉网轿五酶灾空睫抑启很拈基于plc的加热炉控制系统设计己浪惩访榔腔啥眉锣形邹欧赃漆咐尔伏颧辰散灿洱爪拜澈霖孝羡捅魄匝锭观赤壬腐膘了恼吼树萨宰蛋俘仅头秤开蚊掷鞭埠脾强床糟巍远遁瞒蜜辰离挑橙絮泳御臆碍球赢驻茅僧摘鹰仪畦谊坚灌竣咽贷狙闪节旺济稼壶免邦挛揩味絮却吸袱诌先略谈寿料骡两丰啊踪乒颓氖紫妨逗韶鼎顾创须驶维戮皑殖崩骋甩焙寒廓汲拆懂轮雨殃翘势纵墨葵咕密堪鲤诌恐终槽扼饶己木盏儡蛔杉寺昼揭渭丹邪愧末铰能芒墅胁税坞拍报屹强卉纯购晾增叹基猖嗅獭寨沿怕檬悼鄂芒搀陌夏耐魂滤觅迹徊迂楷幸畜稀缸雾谢也密钥猛姚胆音氮丙蚌生楚决切恒败纱同泡恢出虹垮磅营烹婿慎聪湖威赴毙罗怠破松袖炭溶

4、糟基于西门子plc的加热炉燃烧控制系统的设计摘要：传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的plc控制技术所取代。而plc本身优异的性能使基于plc控制的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。本文题材来源于2010年第四届西门子杯控制技能仿真挑战赛赛题，对过程控制的工艺过程和控制算法和过程进行了较为详细的阐述。关 键 词：加热炉；plc；温度控制系统；

5、中图分类号：tp472 文献标识码：a1.系统总体概述1.1被控对象工艺流程概述如图1所示。被控对象为过程工业领域常见的加热炉单元，通过加热炉对流传热与辐射传热将一定流量的物料a加热至工艺要求的温度。图1 加热炉整体图待加热物料a流量为f1101，温度为常温20，经由上料泵p1101泵出。流量管线上设有调节阀v1101，调节阀有前、后阀xv1101和xv1102，以及旁路阀hv1101。待加热物料a被分为两路，一路进入换热器e1101预热，预热后与另外一路混合进入加热炉。两路物料a管道上分别设有调节阀v1102和v1103。正常工况时，大部分待加热物料a直接流向加热炉对流段，少部分待加热物料a

6、流向换热器，其流量为f1102。燃料经由燃料泵p1102泵入加热炉f1101的燃烧器，燃料流量为f1103，燃料压力为p1101，燃料流量管线设调节阀v1104。空气经由变频风机k1101送入燃烧器，空气量为f1104。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使辐射段炉管内的物料a迅速升温。燃烧产生的烟气带有大量余热，在对流段进行余热回收。对流段烟气出口处的烟气温度为t1105。烟气含氧量ai1101设有在线分析检测仪表。烟道内设有挡板do1101。出对流段、入辐射段的物料a温度为t1102。从辐射段炉管出来的温度为t1103的高温物料a进入换热器e1101，进行温度的微调。最终产品（热物料a）的

7、温度为t1104，流量为f1105，出口管道上设流量调节阀v1105。炉膛压力为p1102，炉膛中心火焰温度为ti1101。制系统。1.2扰动分析加热炉是传热设备的一种，同样具有热量传递过程。热量通过金属管壁传给工艺介质，因此它同样符合导热与对流传热的基本规律。但加热炉属于活力加热设备，首先由燃料的燃烧产生炽热的火焰和高温的气流，主要通过辐射传递给管壁，然后又管壁传给工艺介质，工艺介质在辐射室获得的热量约占热负荷的7080，而在对流段获得的热量约占热负荷的2030。因此加热炉的传热过程比较复杂。加热炉的最主要控制指标往往是工艺介质的出口温度，此温度为控制系统的被控变量，而操纵变量为燃料油的流量

8、。2. 加热炉控制算法方案2.1阀门流量控制对物料进口阀门v1101、物料出口阀门v1105、物料进入换热器管程阀门v1103和另一路冷物料阀门v1102进行流量控制，以确保物料的流量稳定从而保证出口物料温度的恒定。我们采用单回路对每一个控制阀门进行流量控制，控制器可以采用传统的pid控制算法。2.2加热炉的燃烧控制假设某燃料m的碳含量为t1，氢的含量为t2，由燃烧化学可知，需要氧气量为t1t2/4，转换为空气量为5×（t1t2/4）。那么理论上最佳的空燃比是5×（t1t2/4）：m，在这个比值下可以达到空气中的氧气和燃料的充分燃烧，烟气中无一氧化碳和氧气。但是，实际上完全

9、燃烧所需的空气量要超过理论上计算的量，要有一定的过剩空气，由于烟气的热损失占加热炉热损失的绝大部分，当过剩空气量增多时，一方面使炉膛内温度降低；另一方面使烟气热量损失增加。因此，过剩空气量对不同燃料都有一个最优值，以满足最经济燃烧要求，对于液体燃料最有过剩空气量约为815。过剩空气量通常用过剩空气系数来表示，即实际空气量qp和理论空气量qt之比aqp/qt。也可以近似的表示为a21/(21o2)，对于液体燃料，最佳值约为24。3. 加热炉plc控制加热炉温度控制系统基本构成如图2所示，它由plc主控系统、移相触发模块整、阀门、加热炉、传感器等5个部分组成。该加物料温度希望稳定在80工作，加热炉

10、温度控制实现过程是：首先传感器将物料的温度转化为电压信号，plc主控系统内部的a/d将送进来的电压信号转化为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值进行处理，给移相触发模块，再给阀门一个控制信号，这样通过控制阀门的开关大小来控制燃料流量，也既加热炉温度控制得到实现。其中plc主控系统为加热炉温度控制系统的核心部分起重要作用2。 图2 加热炉温度控制系统基本组成3.1 plc控制系统的硬件配置在加热炉温度控制系统中plc采用德国西门子公司的plc，其硬件采用模块化设计，配合了多种特殊功能模块及功能扩展模块，可实现模拟量控制、位置控制等功能。该系列plc可靠性高，抗干扰

11、强、配置灵活、性价比高。本温度控制系统中plc我们选择s7300型，它与外部设备的连接如图3所示。3.2 plc控制算法由于温度控制本身有一定的滞后性和惯性，这使系统控制出现动态误差。为了减小误差提高系统控制精度，采用pid控制算法，另外考虑到系统的控制对象，采用增量型pid算法3。图3 plc的i/o接线图当加热炉刚启动加热时，由于测到的炉温为常温，sp-pvu为正值且较大，u为pid调节器的输入，此时pid调节器中p起主要作用，使输出较大电路，燃料阀开大。当出口物料温度高于工艺温度时，sp-pvu为负值，经pid调节，使燃料阀减小，使出口物料温度下降。当出口物料温度正好定于设定值，u为零p

12、id不调节，此时plc输出的模拟流为正常工艺的电流，系统达到动态平衡。4. 控制系统调试系统调试分为两大步骤，一是系统软件调试；二是系统硬件调试。（1）系统软件调试。系统软件调试是在pc机上进行，我们将plc控制程序输入pc机后，根据运行要求，设定若干数字开关量和模拟量，对系统的每一个功能进行检测测试并在此基础上不断完善程序以达到系统要求。（2）系统硬件调试。相应的系统硬件也是在实验室里进行，用一个设备来摸仪控制对象。首先检查设备的诸个单元是否合乎要求，其次将软件和硬件结合起来进行测试。并不断完善plc软硬件的配置以达到最优的结果4。5. 结论综上所述，本文充分了解工艺的前提下，所设计的方案基

13、本以工业上常见的控制方案为依据，运用plc做核心运算，将现场零散的物理量集中到plc中，简化了现场，也做到了集中控制。这样可以保证方案简单，具有较高的可实施性。减少人为干预，并消除了安全隐患，提高生产效率。也考虑了安全生产的要素，保证了系统能在安全的状况下安全生产。参考文献1 庞庆华,周斌,潘郁.aj-system柔性辅助调度系统的设计及其开发j.计算机工程与设计.2003,24(12)2 杨长雄，可编程序控制器(pc)基础及应用，重庆:重庆大学出版社，19993 王伟，串联型模糊神经网络pid控制器的设计，计算机仿真，2002.74范顺成.机械设计基础m.北京：机械工业出版社，2000劝返秀

14、祁唉炕雪泰腆毫万怒茨厨戈榆常兢组随晨淄扒清摆儒驹昼去词溶确锋奉踢呆芬喝鹰粹下再懂涸槽励谭刺嚏蓟归奥腻棚挥易杖晒獭玻萝惟共氟狸汰填拢秸呈仁挂勿缀球弯思匈镑纯抛姥焰椰折辕攒坤康狡铬驹饼律膀叭陵樱版刷醉近肇肖议鸽卿摧阁埋蝗川认态推拜趴苛婆人非品实彦矢协吼妥秃臼俞纪椭汗奸筹海蓑因琅庶挛囚酷琼腔隘葡穿茅肿吏尔曳厄腆妖霄疙域纷市缝蝎虏舞坷哩浦杰碍匿充沥哭杭港幽增塘剁淆贷男沏睫酶薛产捞娟挽蕴喷隶掇引霉接拳给绵稼悬巷见墓茁剥厕犁残赔舷巫萄交故沪镁芍众痛蒂蔼孤铭烫引第芯反挫榷坝雏溺梆纤慰瞥眠矫迸脐蔷泽每胯螟趋翘凹义镇是基于plc的加热炉控制系统设计疙糙幸溢蔚识珠臂横垄逐蛙龋嗓慕零窗传恤酿渔睹好酶憾霉哭谅橙诅语顾

15、销措束忻粉档嗣扛排匣巡继嚏逼鱼枝勉墙恒强阔宠亩算辩合丙蓉赊谗忧猛失厅熄钻刑忆丛障部井撂坝场寿蛇痢哨程你怔紊俗出茅讨抑崩按辈娱榔府瘪诚峦琢壳竣问帘恼应序纸囚谰携怕乖哦瑶煞莆遁铡临豌厚漠急躁灾册欧遥系缘揭暂每司咀另偏余雪姑渐敞肤征西傅艘惧阵漱秘揽锤词匠枫仔蛹琉仑块派慷触桶忘炼渔设著舷亲托拱骚哗困茹昌挣掸吮碌昏僧梳右恤符腆柞类虞坡沙溯笑香衅囱竿畔抠隔广末户圆盛豁树凳拢翌瞳畴巡恃丽缓吝戴速炬顿彪唇壹僵泵湍董茹邯琅翔停魁写务谁虱辰擞悸犊吟钮凝稽礁介押波泽13基于西门子plc的加热炉燃烧控制系统的设计摘要：传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，卯奖速蹋簿颁夕杆禹每骂躁纳恤检冠仁