西门子PLC在混合炉温度控制系统中应用.pdf

设计实 西 门子 P L C在 电气自动化 2 o 1 2 年第3 4 卷 第6 期 D e s ig n I d e a s 混合炉温度 控制系统中应用 朱红梅 ，潘美君 1 ． 青海省工业职业技术学校 ， 青海 西宁8 1 0 0 2 0； 2 ． 黄河鑫业有限公司， 青海西宁8 1 1 6 0 0 摘要为了高效可靠地控制混合炉加热的温度 ； 采用成熟的 P L C控制技术和电力拖动 自动控制技术， 运用 P L C模块化编程、 D ／ A转 换、 A V D转换、 P I D控制。获得了运用成熟的P L C和电力拖动自动控制的温度 自动控制系统， 实时有效的控制混合炉的温度。 采用温度自动控制系统， 可有效实现混合炉温度的控制。采用 P L C和电力拖动自动控制的温度控制系统代替了传统的电气控 制系统。系统具有经济高效、 稳定、 维护方便、 降低电能损耗等优点。 关键词西门子 s 7 3 0 0 P L C； P I D； 温度传感器； 可控硅 [ 中图分类号]T P 2 7 2 [ 文献标志码]A[ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 2 0 6 0 0 8 5- 0 2 Si e me n s PL C i n t h e Mix e d F u r n a c e Te mp e r a t u r e Co n t r o l S y s t e m Ap p l ic a t i o n Z H U H o n g - me i ．P A N Me i - j u n 1 ． Q i n g h a i i n d u s t r i a l s c h o o l X i n i n g Q i n g h a i 8 1 0 0 2 0 ，C h i n a ； 2 ． Hu a n g H e X i n Y e C o ． ， L t d ．X i n i n g Q i n g h a i 8 1 1 6 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o t h e e f f e c t i v e a n d r e l i a b l e c o n t r o l mi x e d f u r n a c e h e a t i n g t e mp e r a t u r e p u r p o s e；T h e ma t u r e P L C c o n t r o l t e c h n o l o g y a n d e l e c t ric p o w e r d r a g a u t o ma t i c c o n t r o l t e c h n o l o gy ， u s i n g P L C mo d u l a r p r o g r a mmi n g ， D ／ A t r a n s f o r ma t i o n， A ／ D c o n v e r s i o n，P I D c o n t r o l me t h o d；Wo n u s i n g ma t u r e P L C a n d e l e c t r i c p o w e r d r a g a u t o ma t i c c o n t r o l a u t o ma t i c t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m c a n r e a l t i me e f f e c t i v e c o n t r o l o f t h e r e s u l t s o f t h e mi x e d f u r n a c e t e mp e r a t u r e ；G e t a t e mp e r a t u r e a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m，w h i c h c a n e f f e c t i v e l y a c h i e v e mi x e d f u rna c e t e mp e r a t u r e c o n t r o l c o n c l u s i o n ．T h i s p a p e r t h e i n n o v a t i o n p o i n t s l i e s i n a d o p t i n g P L C a n d e l e c t r i c p o we r d r a g a u t o ma t i c c o n t r o l o f t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m i n s t e a d o f t h e t r a d i t i o n al e l e c t r i c c o n t r o l s y s t e m ；U s i n g t h i s s y s t e m h a s t h e e c o n o mi c e ffic i e n c y，s t a b l e，e a s y ma i n t e n a n c e ，r e d u c e t h e e l e c t r i c p o w e r ，e t c ． Ke y wo r d s s i e me n s S 73 0 0 P L C；P I D；t h e t e mp e r a t u r e s e n s o r s i l i c o n c o n t r o l l e d r e c t i fi e r 0 引 言 c s系列混合炉温度控制系统是用来控制各种工业用混合 炉 ， 大中型工业 电热设备及远红外电阻设备的温度 自动控制系 统 ， 传统的混合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 算机控制技术和电力电子技术的发展， 传统继电器控制技术必然 被 P L C控制技术和电力电子技术所取代。而 P L C本身优异的性 能使基于 P L C控制的温度控制系统经济高效、 稳定且维护方便。 1 系统硬件组成 混合炉控制系统主要由P L C与触摸屏 HM I 组成。硬件系统 主要包括电源模块 、 C P U模块、 触摸屏 、 温度控制模块、 开关量、 模 拟量 I ／ 0模块、 可控硅等。 1 混合炉温度加热系统分为三个 区， 系统控制采用西 门 子 S 7 3 0 0 P L C系列 C P U 3 1 5 2 D P 。 2 触摸屏采用西门子公司的T P系列人机界面， MP一 2 7 7 1 O寸触摸屏 1 个 ， 通过触摸屏可以设定混合炉加热温度 、 控制 混合炉加热。 3 记录仪为横河 A X1 0 0无纸记录仪 1个， 采用 5 1 2 M C F 进行历史数据存储， 可连续存储 4 0天的数据。 收稿 日期 2 0 1 2 0 22 4 4 模拟量输入模块采用 S M3 3 1 1个， 模拟量输入模块用 于将模拟量信号转换为 C P U内部处理用的数字信号。 5 电气控制系统主回路采用数字型智能仪表触发可控硅 对炉温进行精确控制， 具有 P I D调节功能， ， 并且设有炉温自动记 录、 超温声光报警及断电保护装置。 6 电源模块 P S 3 0 7 输入 2 4 0 V A C ／ 输出2 4 V D C ， 4 A ， 供其 他模块使用。 7 3 2点数字量输入模块 S M 3 2 1 1 个。 8 3 2点数字量输入模块 S M 3 2 2 1 个 9 温度控制模块采用 F M3 5 52 C 1 个 ， 进行三个区的温 度控制。 - - 2系统控制原理 2 ． 1 系统控制原理图 混合炉温度控制系统由上位机触摸屏、 P L C 、 可控硅、 混合炉 硅碳棒、 温度传感器等 5个部分组成。控制原理如图 1 所示， 由 图1可知， 温度传感器采集到数据后送给 P L C ， P L C通过运算后 给可控硅一个触发信号控制可控硅的导通 ， 从而控制混合炉的加 热， 混合炉的加热元件利用硅碳棒 ， 硅碳棒的阻值在 2 ． 3欧姆左 右。上位机主要编写 P L C程序以及监控温度的变化。 2 ． 2系统温度控制原理 系统温度控制原理如图 2所示， 混合炉温度控制实现过程 是 首先温度传感器将混合炉的温度转化为电压信号， P L C主控 系统内部的 A ／ D将送进来的电压信号转化为 P L C可识别的数字 E l e c t r ic a I A u t o ma t i o n 8 5 电 气自 动 化 2 o 1 2 年 第3 4 卷第6 期 设计实仞 De s ign I d ea s 图 1 混合炉控制原理图 P L C 主系统 一 -E 堡全 壁 } 一 I l I l I 一 图 2 混合炉 温度控制原理图 量， 然后 P L C将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行 比 较并经过 P I D运算处理后 ， 给可控硅一个触发信号， 控制可控硅 导通， 从而控制混合炉加热， 既混合炉温度控制得到实现， 由参考 文献[ 1 ] 可知。其中P L C主控系统为混合炉温度控制系统的核 心部分。 2 ． 3 系统 的 P I D 闭环控制系统 由参考文献[ 2 ] 可知， 系统采用了 P I D闭环控制系统控制混 合炉炉温如图3 所示。系统目标设定值为期望的混合炉温度， 闭 环控制器的反馈值通过温度传感器测得 ， 经 A ／ D变换转换为数 字量； 目标设定值与温度传感器的反馈信号相减 ， 其差送入 P I D 控制器 ， 经比例、 积分、 微分运算， 得到叠加的一个数字量 ； 该数字 量经过上限、 下限限位处理后进行 D ／ A变换， 输出一个电压信号 去控制可控硅， 以控制混合炉的温度。该系统的 P I D控制器一般 采用 P L C提供 的专用模块， 同时， 其它功能如 A ／ D、 D ／ A都由 P L C实现， 混合炉的反馈信号直接送 P L C采集， 控制可控硅的触 发信号也由 P L C送出， 从而控制混合炉的温度。 图 3 混合炉温度控 制系统的 闭环控制系统 3 系统软件 系统编程采用了西 门子公司为用户提供 的 S T E P 7编程软 件， 由参考文献[ 3 ] 可知， H MI 编程软件采用 Wi n C C fl e x i b l e西门 子公司最新开发的组态软件。本系统采用模块化程序设计， 主要 有主程序、 炉温设定子程序、 P I D控制子程序、 系统报警子程序 、 温度加热子程序等。系统控温程序流程图如图4所示。 温度加热部分程序如图5所示。 4 HM I 显示系统 由参考文献[ 4 ]所述， 对于一个有实际应用价值的P L C控制 系统来讲， 除了硬件和软件之外， 还应有适于用户操作的方便的 人机界面 H MI 。HMI 系统主要任务有过程可视化、 显示报警过 8 6 E l e c t r ic a I Au t o ma t i o n 程与过程的参数管理、 操作员对 过程的控制等。操作人员通过触 摸屏随时掌握整个控制系统的工 作状态以及操作混合炉其他设备 的运行。因此， 触摸屏可 以看成 是人与硬控制软件的交叉部分， 人可以通过触摸屏 P L C交换信 息， 向P L C控制系统输入数据、 信 息和控制指令。触摸屏利用画面 上的按钮和指示灯代替相应的硬 件元件， 以减少 P L C需要 l Y O点 数， 使机器 的配线标准化， 简单 化， 降低了系统的成本。 5 结束语 本文介绍了混合炉温度控制 系统采用成熟的P L C技术和电力 电子技术， 采用软硬件结合， 较好 的解决了传统混合炉温控系统中 出现的问题 ， 可靠性高、 容易设 图4 系统控制流程图 图 5 温度加热部分程序 置、 操作简单。针对我国大部分的混合炉用户来说本系统将是一 个比较理想的温控系统。 参考文献 [ 1 ]王兆安， 黄俊． 电力电子技术[ M] ．北京 机械工业出版社， 2 0 0 0 ． [ 2 ]陈伯时． 电力拖动 自动控制系统 [ M] ．北京 机械工业 出版社， 2 0 0 6， 2． [ 3 ]崔坚．西门子 s 7 可编程序控制器一s T E P 7 编程指南[ M] ． 北京 机 械工业出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 4 ]陈瑞， 席魏， 宋柏青． 西门子工业自动化项 目 设计实践[ M] ． 北京 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 【 作者简介】潘美君 1 9 7 9 一 ， 男， 甘肃人， 本科 、 电气工程师， 主要从事 电气专业技术管理工作 ； 朱红梅 1 9 8 0一 ， 女， 青海人， 本科、 电气_Y - 程 师， 从事电类课程教学与研究。