PLC课设--加热反应炉

1、湖南工程学院课程设计课程名称电气限制与PLC课题名称 加热反响炉电气限制系统设计专业班级姓名学号指导教师2021年12月20日湖南工程学院课程设计任务书课程名称电气限制与PLC课题名称 加热反响炉电气限制系统设计姓学指审任务书下达日期2021年12月9日课程设计完成日期2021年12月20日设计内容与要求一. 课程设计的性质与LI的本课程设计是自动化专业教学方案中不可缺少的一个综合性教学环节,是实 现理论与实践相结合的重要手段.它的主要U的是培养学生综合运用本课程所 学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题,建立正确的设 计思想,掌握工程设计的一般程序和方法.通过课程设计使学生得

2、到工程知识 和工程技能的综合练习,获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的 水平.二. 课程设计的内容1 根据限制对象的用途、根本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和限制 要求,确定限制方案.2. 绘制加热反响炉电气限制系统的电气原理图、限制系统的PLC I/O接 线图和梯形图,写出指令程序清单.3选择电器元件,列出电器元件明细表.4.上机调试程序.5编写设计说明书.三. 课程设计的要求1 所选限制方案合理,所设计的限制系统能够满足限制对象的工艺要求,并 且技术先进,平安可鼎,操作方便.2. 所绘制的设汁图纸符合国家标准局公布的GB4728-84?电气图用图形符 号?、GB6988-87

3、?电气制图?、GB7159-87?电气技术中的文字符号制定通那么?.3所编写的设计说明书应重点突出,层次清楚,条理清楚,篇幅不少于7000 字.主要设讣条件编程软件及实物PLC, PLC实验室设计说明书装订顺序1. 课程设计说明书封面.2. 课程设计任务书.3. 说明书目录.4. 正文按设计内容逐项书写.5. 参考文献.6. 附录.7. 课程设计评分表.设计进度安排1. 第一周星期一上午：课题内容介绍.2. 第一周星期一下午：仔细阅读设计任务书,明确设计任务与要求,收集 设计资料,准备设计工具.3. 第一周星期二第一周星期五：确定限制方案.绘制加热反响炉电气 限制系统的电气原理图、限制系统的P

4、LC I/O接线图和梯形图,写出指令程序 清单.选择电器元件,列出电器元件明细表.4. 第二周星期二：试验调试5. 第二周星期三第二周星期五：编写设计说明书,辩论.参考文献1刘星平PLC原理及工程应用M北京：中国电力岀版社2廛常初PLC编程及应用M北京：机械工业出版社3万太福可编程序限制器及其应用M重庆：重庆大学出版社4工厂常用电气设备手册编写组工厂常用电气设备手册M北京：水利电力出版社5谢桂林电力拖动与限制和北京：中国矿业大学岀版社6刘星平.电气限制技术实验指导书.湖南工程学院附录：课题简介及限制要求1. 课题介绍 加热反响炉结构：n "结构如上图所示.上液面、下液面传感器被液体淹

5、没时为ON,即逻辑值为 lo压力传感器当炉内压力升到给定值时为0乂逻辑值为1.温度传感器当炉内 温度升高到给定值时为ON,逻辑值为1.阀Y1、阀Y2、阀Y3、阀Y4均为电磁阀,线圈通电时翻开,线圈断电时关闭.在加热回路中,接触器KM闭合时发热 器开始加热,断开时停止加热.2. 限制要求按以下动作要求设计PLC限制系统.加热反响炉工艺流程如下：加热反响炉的工艺过程如下：第一阶段：送料限制(1) 检测下液面、炉内温度.炉内压力是否都小于给定值,即下液面传感 器、温度传感器、压力传感器都为OFF (逻辑值为0).假设是小于给定值,那么 开启排气阀Y1和进料阀Y2.(2) 当液面上升到上液面时,即上液

6、面传感器为0N,应关闭排气阀Y1和 进料阀Y2.(3) 延迟20S,开启氮气阀Y3,氮气进入反响炉,内压力上升.(4) .当压力升到给定值时,即压力传感器为0=,关闭氮气阀.送料过程结 束.第二阶段：加热反响限制(1) .交流我応器KM得电动作,接通加热炉发热器EH的电源.(2) 当温度升高到给定值,即温度传感器为ON时,交流接触器KM失电, 切断加热器的电源.(3) 延迟lOmin,加热过程结束.第三阶段：泄放限制(1) 翻开排气阀,使炉内压力下降到预定的最低值,即圧力传感器为OFF.(2) 翻开泄放阀,当炉内液面下降到下液面,即下液面传感器为OFF时, 关闭泄放阀与排气阀.系统恢复到初始状

7、态,准备进入下一循环.目录第1章绪论1第2章对加热反响炉限制总体设计方案22. 1 PLC软硬件介绍22. 1. 1 PLC 的特点：22. 2加热反响炉简介32.2.1加热反响炉结构图及简介：32.2.2加热反响炉的I/O接口方案：42. 3加热反响炉对电气限制系统的要求42. 3.1进料限制要求42.3.2加热反响限制要求52. 3. 3泄放限制要求5第3章电气限制系统的碾件设计63. 1电气元件63.2 PLC的I/O接线图6第4章电气限制系统软件设计84.1加热反响炉限制系统软件工艺流程图：84.2加热反响炉限制系统软件顺序功能图：94. 3 PLC限制系统软件指令表：10第5章 限制

8、程序调试运行13第6章 课程设计总结19参考文献20附录：21第1章绪论加热炉是轧钢生产企业中的主要耗能设备,如何提升燃料利用率,是节能 降耗需解决的主要问题.加热炉限制的核心一一燃烧过程限制,就是在各种燃 烧工况条件下,找到合理的最正确空燃比,使燃烧处于较佳状态,从而提升炉温 限制精度,保证钢锭以较快的速度到达出钢温度,节约能源,减少氧化烧损. 我国工业加热炉的能源消耗大,浪费严重,普遍存在空气过剩系数过大的问题. 这主要是山于调节手段的落后,难以保证理想的燃烧工况.因此从提升工业加 热炉的热工检测与限制水平着手,将具有很大的节能空间.温度也是工业对象中很重要的一个参数,广泛的应用在冶金、化

9、匸、机械 各类加热炉热处理和反响炉等工业中,其中平安生产更是关系到人民群众生命 财产平安,关系改革开展稳定的大局.高度重视和切实抓好平安生产工作,是 贯彻和落实科学开展观,维护广阔人民群众的根本利益及构建社会主义和谐社 会的必然要求.所以在企业生产中,需要采用先进生产技术和举措增加工作人 员和生产设备的平安.加热反响炉是冶金,化工工业常用的重要设备,过去仅靠人工经验进行操 作,往往存在送料,温度,压力等条件变化时不能实施有效限制的问题,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.可编程限制器PLC (programmable logic controller)以其可控性高,

10、功 能强,限制灵活等特点,已成为LI前工业现场环境的首选限制装置.它不仅能 实现复杂的顺序限制,还能完成少量模拟量的过程限制,且编程简单,使用方 便,所以,选用可编程限制器对加热反响炉电气设备进行改造实现加热反响炉 的可视化平安生产限制.第2章对加热反响炉限制总体设计方案2. 1 PLC软硬件介绍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. 它釆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,顺序限制, 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

11、入/输出限制 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PLCPLC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, 限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 限制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原那么而设计.2.1.1 PLC的特点：1可靠性高,抗干扰水平强2配套齐全,功能完善,适用性强3易学易用,深受工程技术人员

12、欢送4系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造5体积小,重量轻,能耗低2. 2加热反响炉简介2. 2.1加热反响炉结构图及简介:图2.1：加热反响炉结构图结构图如上图所示.上液面、下液面传感器被液体淹没时为0¥,即逻辑值 为1.压力传感器当炉内压力升到给定值时为ON,逻辑值为1.温度传感器当炉 内温度升高到给定值时为ON,逻辑值为1.阀Y1、阀Y2、阀Y3、阀Y4均为电磁阀, 线圈通电时翻开,线圈断电时关闭.在加热回路中,接触器KM闭合时发热器开 始加热,断开时停止加热.2.2.2加热反响炉的I/O接口方案:输入接口输出接口10. 0：启动开关Q0. 1：排气阀Yvl10.1：停

13、止开关Q0. 2：进料阀Yv210.2：上液面传感器SQ1Q0. 3：氮气阀Yv310.3：下液面传感器SQ2Q0.4：泄放阀Yv410.4：压力传感器SPQ0.5：接触器KM10.5：温度传感器ST表2.12. 3加热反响炉对电气限制系统的要求2. 3.1进料限制要求(1) 检测下液面、炉内温度、炉内压力是否都小于给定值,即下液面传感器、温度传感器、压力传感器都为OFF (逻辑值为0)(2) .假设是小于给定值,那么开启排气阀Y1和进料阀Y2(3) .当液面上升到上液面时,即上液面传感器为0N,应关闭排气阀Y1和进料阀Y2(4) .延迟20S,开启氮气阀Y3,氮气进入反响炉,内压力上升(5)

14、 当压力升到给定值时,即压力传感器为0,关闭氮气阀.送料过程结束2. 3. 2加热反响限制要求1.交流接触器KM得电动作,接通加热炉发热器EH的电源2.当温度升高到给定值,即温度传感器为0时,交流接触器KM失电,切断加热器的电源3.延迟lOmin,加热过程结束2. 3. 3泄放限制要求1.翻开排气阀,使炉内压力下降到预定的最低值,即压力传感器为OFF.2.翻开泄放阀,当炉内液面下降到下液面,即下液面传感器为OFF时,关闭泄放阀与排气阀.系统恢复到初始状态,准备进入下一循环.9第3章电气限制系统的硬件设计3. 1电气元件根据加热反响炉结构图与其限制规律,可知制作加热反响炉需要温度传感 器、点动开

15、关、单刀开关、电压传感器、液面传感器、常闭开关、导线、 S7-200CPU221限制器、机械阀等电气元件.详情如31下表所示表3 1电气元件详悄序号电气元件名称元件规榕个数1点动开关22温度传感器13液面传感器24压力传感器15机械阀46PLC限制器S7-200PLC17导线普通假设干3.2 PLC的I/O接线图根据加热反响炉的限制原理和输入输出接口方案,结合S7-200PLC的限制原 理和I/O口设置加热炉反响炉系统I/O接线图如图32所示：YV<24YVFUJ 2 3 4.51LQ0Q0Q02LQ0Q0叮 N LSIEMENS S7,2OOCN4012.34 5 +1NI0I0.I0

16、.I0I0I0.M L启动停止SL1SL2SPSTFU1图31系统硬件构成示意图第4章电气限制系统软件设计4. 1加热反响炉限制系统软件工艺流程图:图4.1加热炉限制系统软件匚艺流程图4.2加热反响炉限制系统软件顺序功能图:Q0.1-Q0.2定时T37 20SQ0.3定时T38 lOminQO.1QO.1 , Q0.4IO.1QO.5图4.2加热反响炉限制系统软件顺序功能图15MO.lMO.OMO.O10.510.310.4MO.l10.1MO.2MO.lQ0.210.2MO.lMO.210.1MO.3MO.34. 3 PLC限制系统软件指令表:网络1LDNI0.3AMO.7010.0 0 M

17、O.OAN 10.1AN网络2LDANANAN0ANAN网络3LDA0ANANT0NT37, +200网络4LDA0ANAN网络5LDA0ANAN网络6LDA0ANANT37MO.lMO.310.1MO.4MO.3Q0.310.4MO.3MO.410.1MO.5MO.4Q0.510.5MO.4MO.510.1MO.6MO.5T0NT38, +6000 网络7LDT38AMO. 50MO.6AN10.1ANMO.7=MO. 6网络8LDNI0.4AMO.60MO.7ANIO.lAMO.O=MO.7=QO.4网络9LDMO.l0MO.60MO.7=QO.l21第5章限制程序调试运行在仿真调试时,实

18、际的输入元件和输出元件不接,而要用小的扳动开关来 模拟输入,输出通过输出端发光二极管来判断,反响信号如过流、高温信号等 山I/O开关模拟.将梯形图程序输入到可编程限制器,编译无错后,进行仿真和 系统调试.仿真和调试过程中,程序已下载到PLC开发板上,通过仿真软件上面 的电流情况并结合开发板上面的扳动开关,根据限制程序的流程来进行仿真, 如发现二极管的亮灭和理想的不一样,那么需对程序进行系统分析,直到解决问 题为止！下面是调试过程中仿真软件的梯形图电流情况和PLC开发板上的不同阶 段的二极管壳灭情况：首先加载程序到PLC,使PLC处于运行状态,此时所有输出二极管都灭,其 电流情况如图5.1图5.

19、1然后按下10.0,启动整个程序,可看到Q0. 1和Q0.2变亮,表示排气阀和进料阀翻开,具体情况如图5. 2图52 Q0. 1和Q02灯亮随着时间的推移,进料增多,反响炉里面的液面上升,使触发开关10. 2关 闭,Q0. 1和Q0.2灭,停止排气和进料,且T37开始计时,延时20S,计时情况如 图5.3所示：20S后自动翻开氮气阀(Yv3),即Q0.3亮,具体情况如图5.4所示：图5. 3T37计数图54Q0. 3亮随着氮气的进入,反响炉内压力增加,当增加到一定值时触发压力触发器, 使10. 4接通,此时Q0. 5亮,接通接触器KM,给反响炉加热,当加热到一定温度 时,温度传感器做出反响使1

20、0. 5接通,此时停止加热,T38开始计数,延时lOmin, 如图5. 5所示：CjSttP 7Hcro/ra rroje<tl (SHATIC LAD 1耳对痢a)nr专和a) IAD ®a®-r? xG比,SA : 2二毘久關蠶嚳豔T1;豔2殳釁TTS和严卅 H Mtcp覆莎汝®一荼交迪鬥工？购很时通岀»计聶F中tr七覆駅齐F自|4« 伽0s£B©JDolp$4«eAU'Jzq 空纠也也岁血勺也釜»!自口nfncOleani 9 6 标tamtam必？.2,81>n(3n>o

21、n n尽 SHP辎5十料舸1 Did be ticril 图5.5 T38计数计数lOmin后,排气阀翻开,即Q0.1亮,如图5.6；那么反响炉内的压力随之下 降,当下降到一定值时,圧力触发器作用,使10.4断开,此时排气阀依旧亮, 且翻开了泄放阀,将反响炉中的所有东西排出,以便进行下一次反响.图 5.6Q0.1 亮随着物料的排出,反响炉内的液面下降,当下降到一定值时,下液面传感 器作用,使10. 3断开,表示反响炉内已清空,如果启动按钮时接通的,那么程 序自动运行,从翻开排气阀和进料阀开始,进入到下一个循环.另外,在整个过程中,如果按下停止按钮,也可以随时停止程序的进程.整个过程中,Q0.1

22、要在三个不同的阶段亮,而用梯形图写程序时,输出继 电器不能再程序中出现屡次,所以我采取了三个辅助存放器来实现不同阶段 Q0. 1的亮灭,如图5. 7所示,此时的程序处于刚刚启动状态,要同时翻开排气阀 Q0. 1和进料阀Q0.2,而我用辅助存放器MO. 1来间接限制Q0. 1,时其到达理想的 效果.F STEF T Iicro/flM Fr>jcctl5I1ATIC LAD)匚冈国丈炉E删恥月试0 2fl0匸口M.fl X 卜旳妙处6妙引用玖4322U 袁 H；战 Q引 KwH 8 -S 啓.<$ » 7 駅RJffeN 聊加卫供与且球 wwIIJW$ft.d»T

23、Mg 应畔這书HW 4CP現fltr莎系乂也冃工寸以卤时山比来计«9中£佣$GT0lxffiH s PSJq ® 甸旬 Q 4 Jj 曰illJJ®£ 71 glJ<dE 3-0rc/ni corOni 11.)h-j龙ti；o. cw口】177f 硯»n)SH7*3十孚目EMQ Did die sEi .S3io- 6 加热反响炉的限制程序其实并不算复杂,没有什么分支结构,而且也就九 个网络！所以程序调试还算轻松,没有什么大的逻辑错误,只是偶尔会由于粗 心而画错了梯形图！不过也由于CPU对存放器或继电器的记忆保存问题而导致一

24、开始调试就出现有的输出长亮不灭！作为新手,我肯定是解决不了的,看着自 己的程序,貌似怎么分析都没错,可是不管按哪个开关,显示的就是不对,甚 至还疑心是不是仿真软件出了问题,后来问了刘老师才知道只是一种常见的现 象而已！运行时按下停止开关就能轻松解决！我才知道我对PLC的了解真的是连 皮毛都不算,要真正了解它,还是得从实践和经验中来！第6章课程设计总结通过使用PLC,并结合现场的通用I/O设备传感器和板卡,可以对加热反 应炉进行进料和排料、进气和排气、加热等自动限制,这样,既可以对加热反 应炉进行现场的实时自动限制,乂可以对加热反响炉的状态进行实时数据监控, 以防止事故的发生,提升人身和设备的平

25、安系数.总之,加热反响炉可视化平安 生产限制技术的应用实现了企业生产中加热反响过程的远程监控,能预防和减 少生产过程中平安事故的发生,增加了生产设备和工作人员的平安,有利于提 高企业的生产效益和经济效益,表达了以人为本、关爱生命的思想,这项技术 有着远大的开展前景和应用空间.通过此次课程设讣,使我提升了综合应用所学的各种理论知识和技能,进 行全面、系统、严格的技术及根本水平的练习.由于新技术、新设备和不断应 用,岗位水平要求越来越高,特别是要求从业人员能主动适应并创造性地开展 工作.因而应该培养更多具有创造力的技术型工人.课程设计作为一种创新教 育,给我了一种方法、一种全新的思维模式,激发了我的创新意识和潜能.我 进行的课程设计,是在专业理论知识的指导下,通过各种方式,解决一些实际 性的问题.在设计过程中,我将所学的理论知识运用到实践中,不仅加深了对 专业理论知识的理解,而且丰富和开展了书本上的理论知识,使之转化成更高 层次的经验、技能和技巧.在PLC课设的两周内,刘老师敬职敬业,对我们的严格要求与耐心讲解,让 我们提前完成了任务要求,并且也学到了很多关于技术上面的知识！短短两周 时间,我学的东西虽然有限,但是作用却无穷！在这里,我要特别感谢刘老师, 谢谢他的技术指导和耐心讲解！最后,要感谢大学四年来所有的老师,为我专业