任务书S7-300PLC的夹套锅炉水温控制系统硬件设计

1、南 阳 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书 电子与电气工程 系 自动化 专业 079642 班 学生 陈娱乐 学号 96407033 指导教师  殷华文 职称 副教授一、毕业设计（论文）题目：基于SIEMENS S7-300PLC的夹套锅炉水温控制系统硬件设计 二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2009年2月16日起至2009年6月14日止三、毕业设计（论文）进行地点： 电子信息与控制技术实验中心变频技术实验室 四、任务书的内容：选题的目的、意义：综合运用计算机、PLC（西门子）、智能仪表、远程I/O模块、变频调速器、智能流量调节阀、温度、压力、流量、液位传感器等对

2、模拟工业对象的水槽、夹套锅炉、管道进行控制，运用计算机编程、PLC编程、控制算法设计、过程控制、工业现场总线技术、电气线路设计等知识和技术对学生进行培养，主要的控制项目有温度、压力、流量、液位等参数的单回路控制，双回路控制。通过以上环节的训练，提高学生对自动化控制系统的设计与调试能力，使学生有能力进入自动化行业发展。主要内容及技术要求：首先由变频器、泵、压力传感器组成恒压供水系统，再由两个调节阀控制两个支路分别给锅炉的夹套和内胆供水，设计制作夹套锅炉（内胆容积约30升），由热电阻、智能仪表温度变送器、SIEMENS S7-300 PLC、接触器、加热器组成温度控制系统。主电路用三相四线制3&#

3、180; 加热丝加热。设计控制系统硬件电路，由SIEMENS S7-300 PLC作调节器，实现对锅炉内胆温度控制。（1）温度设定在50100可调，稳态误差£ ±2% （2）控制系统图纸不少于4张（3）毕业论文字数8000-10000字原始数据与资料：电磁流量计： 型号LDZ-6， 量程02m3/h输出信号 420mA DC。磁力泵： 型号 ZOCQ12， 扬程 12m， 进口 20mm， 出口 12mm， 电源电压 380V。西门子PLC： S7300，工作电源 220V AC，输出信号24V DC。智能仪表： AI 708，AI 808P，工作电源 220V AC，输入

4、信号 420mA/1-5V DC，新型智能电动调节阀： 型号QSTP16K， 公称通径 DN20mm, 公称压力 1.6Mpa, 工作电源 220V AC， 输出信号 420mA DC。进度安排：年前第十九周：下发毕业设计任务书，明确设计任务，查阅中英文技术资料和进行技术准备。第一周四周：确定设计方案，进行管路安装，实验设备制作。第五周十周：控制系统电路设计。第十一周十四周：控制系统软件设计和调试。第十五周十六周：英文资料翻译、撰写毕业论文，毕业答辩。主要参考资料：1 <<工业组态软件实用技术>> 龚运运 方立友 编著 孙长庚 审 清华大学出版社2 <<过程

5、控制工程设计>> 孙洪程 翁唯勤 编 化学工业出版社3 <<过程控制工程>> 孙洪程 李大字 翁唯勤 编 高等教育出版社4 <<过程控制工程>> 金以慧 主编 方崇智 审校 清华大学出版社5 <<工业过程控制工程>> 王树清 等编著 化学工业出版社6<<西门子PLC编程技术及工程应用>> 柴瑞娟 陈海霞 编著 机械工业出版社7 <<AI系列仪表使用说明>>英文资料翻译及其它要求： 要求有一定的专业英语基础，能够阅读翻译4000字自动化方面的英文说明资料。研究室主任

6、签名： 年 月 日系分管领导签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日南阳理工学院毕业设计（论文）开题报告 电子与电气工程 系 自动化 专业课题名称： 基于SIEMENS S7-300 PLC的夹套锅炉水温控制系统硬件设计学生姓名： 陈娱乐 学 号： 96407033 指导教师： 殷华文 报告日期： 1、本课题所述涉及的问题在国内（外）的研究现状综过程控制课程是自动化领域的一门重要的专业基础理论课程，自动化实验装置是锻炼学生动手能力和理论联系实际的重要设备，现在市面上的一些设备学生通过它往往不能学到其核心技术，而且价格昂贵。根据学院建设实验室的精神，在殷老师的带领下，根据自动化专业及相关专业教

7、学的特点，我们自行设计了基于过程控制理论基础上集计算机监控为一体的先进的实验装置，采用了多种控制方式和理论。本装置可以满足自动控制原理、过程控制、自动检测技术与传感器等课程的实验教学。既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验。学生及学到了技术，又节省了经费开支。2本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析本课题分阶段进行。首先研究温度单回路，然后对循环水-温度串级控制研究。第一阶段对温度单回路研究分为两步：硬件设计框图为：第一步：在没有外界扰动下，采集锅炉内胆的温度，送到变送器AI 808P，再将变换过的数据送给PLC进行PID调节。第二步：在第一步的基础上，当温度稳定时，

8、在夹套锅炉的夹套层注入冷水，此时采集温度信号送入PLC，调整PID参数使系统尽快稳定。第一阶段为第二阶段的进行打下基础，并能预知第二阶段有可能出现的问题。第二阶段对循环水-温度串级控制的研究硬件设计框图为：在使用用串级控制方式中，主变量为锅炉内胆温度，副变量为夹套内循环水温度。第二阶段的难点是主回路的温度的稳定性问题：对主回路而言：在给主回路加热过程中，当加热到设定的温度值由于系统的惯性作用温度会继续上升，而副回路响应速度不够快；对副回路而言：当主变量达到设定值时，由于调节阀的关阀时间长，而这时副回路循环水流量大这样就带走了大量的热量使温度降到设定值之下。这时候加大副回路与主回路的参数的匹配力

9、度使主回路的温度尽快达到设定值。本课题任务书提出的任务要求是：系统设计完成后，要求能够使主回路稳定在设定值误差为2%；测出主、副回路的传递函数模型；在各个环节中使用PID控制的控制参数。3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路本课题需要重点研究的问题：（1）温度单回路温度信号的采集及传送；（2）在加入扰动后系统监控软件的组态得出正确的温度信号；（3）在循环水-温度串级控制系统中主副回路中PID参数整定及匹配问题;(4)串级控制系统主副回路温度信号的得出。解决思路：（1）在对温度单回路的研究中，利用温度传感器收集到锅炉内胆的温度，经变送器送到PLC模块中，再进行PID整定。（2）在对水循环

10、-温度串级控制系统的研究中，基本方法同（1），不同是用到串级工程整定方法。具体整定步骤如下：（1）、主回路断开，把副回路作为一个单回路系统，进行温度数据的采集，进而进行PID整定。（2）、副调节器参数值置于确定数值上，把主回路闭合，副回路作为一个等效环节，这样，主回路又成为一个单回路控制系统。再进行温度数据的采集，进而进行PID整定。（3）、反复重复上面（1）、（2）步的操作，如此循环下去，逐步逼近，直到满意的控制效果要求达到为止。 4完成本课题所必须的工作条件（如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等）及解决的办法必须的工作条件：1.智能仪表、调节阀、电磁流量计

11、、温度传感器及其使用手册2.铝塑管道、手动调节阀、铁支架及其安装工具3.西门子PLC、变频调速器、磁力泵4.计算机（含AutoCAD、Matlab、组态王、S7300编程仿真软件）解决的办法：以上实验设备、实验环境条件、工具书、等完成本课题所必须的工作条件均有学校实验室提供。 5完成本课题的工作方案及进度计划进度安排：年前第十九周：下发毕业设计任务书，明确设计任务，查阅中英文技术资料和进行技术准备，撰写开题报告。年后第一周四周：确定设计方案，进行管路安装，实验设备制作。第五周十周：控制系统电路设计和网络连接。第十一周第十五周：控制系统软件设计和调试。第十六周：英文资料翻译、撰写毕业论文，毕业答辩。6指导教师审阅意见指导教师（签字）： 年 月 日7系毕业设计（论文）工作领导小组评审意见 领导小组组长（签字