文档介绍：课程设计

题目:基于PLC的加热反应炉自动控制的设计
学院:清华大学
专业:电气自动化技术
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基于PLC的加热反应炉自动控制的设计
摘要:基于PLC的加热反应炉自动控制能够实现温度的控制,用于液体等控制。本次设计利用西门子S7-200PLC控制的
加热炉控制设备。
关键词:PLC 课程设计加热反应炉
概述:随着我国经济的迅速发展,能源短缺已成为制约我国工业发展的重要阻碍,如何保障被加热后的金属能够在有效压制前提下,降低加热炉的能耗,一直是冶金工业控制技术研究的主要方向。近年来由于各企业重视节源效益,对加热炉生产工艺的不断完善和优化,加热炉生产自动化控制水平也相应提高和不断深入。目前面向节能降耗,提高压制产品自量和产量设计的加热炉工程控制计算机系统已广泛的应用于现代冶金企业的加热炉生产控制中。
加热炉生产过程主要是个燃烧与热交换的物理化学过程,燃烧方面有一个如何使其在各种工况下特别是在热负荷变化的动态过程中保持最佳节能燃烧的问题。另外从整个压制生产线来看,加热炉是局部环节,其主要任务是加热钢胚,使钢呸在出炉时达到压制所要求的温度分布。评价加热炉性能优劣的主要指标是加热炉的单位燃烧消耗,产量,钢呸的加热质量,钢配的氧化烧损等。影响这些指标的因素较多,在众多因素中加热炉温度制度起着决定性的作用。
我国的加热炉大部分是六、七十年代的产品,其控制系统非常落后。相当一部分还处于基地式仪表控制,表盘现实的水平,软件操作不易为普通工人所掌握。为改变这种落后状况,有效途径之一就是进行加热炉监测和控制系统的技术改造。加热炉的工作目标是在最短的时间内采取最经济的方式把炉内的钢呸加热到所要求的状态。特别是一些目前小的钢铁企业,对这种投资少、见效快的技术改造感兴趣。本文主要讲述加热反应炉自动控制系统的设计。
国际上对加热炉的优化控制开始与70年代,我国从80年代才开始对这方面进行研究。在钢铁领域,以前人们对加热炉优化控制研究主要集中在钢呸的升温过程的控制模型、炉温优化设定以及燃烧控制,近年来智能控制技术正逐步被应用到加热炉炉温控制中。
目前,就我国带钢热连压加热炉控制系统整体而言,与国外相比,相差甚远。在国外,多数带钢热连压加热炉控制系统一经采用了高智能型的专家系统,模糊控制或两者相结合的控制系统。如美国的Bethlehem钢铁公司利用模糊控制和专家系统相结合的控制系统对带钢连热压加热炉进行控制。而我国大部分钢铁企业加热炉控制系统仍是早期的DCS控制系统或PLC控制系统,有的好没有达到这个水平,因而为了参加国际竞争,赢得产品声誉,就必须对加热炉控制系统进行换代或改造。对加热炉控制系统的改造,国内存在两种观点:一种认为要较好的实现加热炉的控制,必须坚持HCA高成本高投入,大力提高自动化部分的控制水平,采用高智能型的集中控制。另一种为LCA低成本自动化。低成本不是低水平,是在低成本前提下的先进性和实用性,LCA是简易自动化的延伸,是全新自动化的补充。它往往成为中小企业的选择。国内现有带钢热连压加热炉一千多座,由于资金技术等方面的原因,改造或换代为高智能型加热炉数量很少。在这方面,由于宝钢、鞍钢等大型国有企业较重视科技在生产中的主要地位,在带钢连压加热炉改造中投入的力量较大,已成为我国钢铁行业领头羊。
本课题研究的内容是,实现基于S7-200加热反应炉自动控制系统设计。
工程分析
在开始组态工程之前,先对该工程进行剖析,以便从整体上把握工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。
工程框架:
1个用户窗口:加热反应炉控制系统。主要包括:加热炉、加热电阻丝、四个阀、温度计、压力表、加热指示灯、流动管件、两个控制按钮。
3个策略:启动策略、退出策略、循环策略

数据对象:
控制系统窗口:
加热炉、加热电阻丝、加热指示灯
卸放阀、进料阀、氮气阀、排气阀、温度计、压力表
六个控制按钮、上下液位传感器、压力传感器、温度传感器。
流程控制:
按启动按钮后,反应炉进入工作状态。按停止按钮后,反应炉停止运行。
第一阶段:送料控制
1、检测下液面X1、炉内温度X2、是否都小于给定值(逻辑值:小于输出0,大于输出1)。
2、若小于给定值,则开启进料阀Y2。
3、当液位上升到上液面X4时,应打开泄放阀Y4和关闭进料阀Y2。
4、开启氮气阀X3,氮气进入炉内,炉内气压上升。
5、当压力上升到给定值,即X4=1时,关闭氮气阀。送料过程结束。
第二阶段:加热反应控制。
1、当液面大于20%且炉内温度X2小于给定值时,接通加热炉电源Y3。
2、当温度升高到给定值时,即X2=1时,切断加热器电源,加热的过程结束。
第三阶段:泄放控制。
1、打开排气阀,使