S7-300PLC在加熱爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

唐懷義

（中國鋁業(yè)西北鋁加工廠,甘肅 隴西 748111）

S7-300PLC在加熱爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

唐懷義

（中國鋁業(yè)西北鋁加工廠,甘肅 隴西 748111）

溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，這方面主要是基于單片機(jī)PID 控制領(lǐng)域比較廣泛, 由于控制復(fù)雜，近年來PLC得到廣泛使用，PLC系統(tǒng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)。本次設(shè)計(jì)將使用西門子S7-300PLC控制加熱爐溫度的控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是溫度控制系統(tǒng)的控制原理及組成，PLC的硬件及軟件設(shè)計(jì)。

PLC S7-300閉環(huán)控制系統(tǒng)；PID；溫度傳感器（熱電偶）

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 加熱控制系統(tǒng)工作原理

加熱爐的溫度由熱電偶轉(zhuǎn)化為電流及電壓信號(hào)，PLC主控系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊加數(shù)模模擬信號(hào)，電流或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，接下來系統(tǒng)設(shè)定的溫度值與反饋的溫度值進(jìn)行比較，并經(jīng)過PID運(yùn)算器計(jì)算后，輸出控制信號(hào)控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),通過此閉環(huán)控制系統(tǒng)，使反饋回來的溫度值越來越接近設(shè)定的目標(biāo)接近值，從而達(dá)到控制溫度的要求.

1.2 加熱控制系統(tǒng)組成

1.2.1 系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

加熱控制系統(tǒng)由邏輯運(yùn)算和邏輯控制部分、電動(dòng)執(zhí)行部分、加熱容器、溫度檢測(cè)等4個(gè)部分組成。

1.2.2 硬件設(shè)計(jì)

上位機(jī)：主要用來編寫和修改S7-300PLC程序、可以對(duì)加熱工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改。

PS307：為PLC控制系統(tǒng)提供24V的直流電源，滿足PLC系統(tǒng)供電需求。

CPU314：S7-300控制器的核心運(yùn)算部分，可以根據(jù)程序?qū)LC采集的各種信號(hào)進(jìn)行邏輯對(duì)比和計(jì)算，然后給出相應(yīng)的動(dòng)作信號(hào)或者運(yùn)算結(jié)果，用于指導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)行。

FM355：具有PID調(diào)節(jié)控制功能的模塊，可以將采集到的溫度信號(hào)經(jīng)過一系列分析比對(duì)和運(yùn)算之后，對(duì)加熱爐的加熱輸出進(jìn)行調(diào)整控制，使控溫精度更加精確和穩(wěn)定。

AI8ⅹTC：一個(gè)具有8通道的熱電偶輸入模塊，它可以將熱電偶的電信號(hào)通過測(cè)量計(jì)算后，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，來提供給PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)和計(jì)算控制。

DI32ⅹDC24V：具有32節(jié)點(diǎn)的數(shù)字量輸入模塊，通過它可以檢測(cè)與之連接的各單元的輸入狀態(tài),當(dāng)某個(gè)單元的狀態(tài)發(fā)生改變后，PLC經(jīng)運(yùn)算后觸發(fā)相應(yīng)的動(dòng)作程序，來完成相應(yīng)的動(dòng)作。

DO16ⅹRel：具有繼電器輸出功能的輸出模塊，它是PLC控制系統(tǒng)對(duì)外動(dòng)作的直接執(zhí)行者，屬于繼電器類型，支持較大電流的輸出，通過它PLC可以對(duì)外部執(zhí)行單元進(jìn)行動(dòng)作控制。

TP270：一個(gè)圖形界面運(yùn)行系統(tǒng)，它具有觸屏功能，可以將通過組態(tài)軟件編輯的組態(tài)項(xiàng)目下載安裝到它的內(nèi)部存儲(chǔ)器，通過它調(diào)運(yùn)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)各種功能。包括目標(biāo)溫度設(shè)定、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、以及狀態(tài)報(bào)警等功能。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

1.3.1主畫面

在顯示屏中，可以直管的監(jiān)控各加熱區(qū)的當(dāng)前溫度、目標(biāo)溫度，并且在主畫面中我們很清楚的看到各個(gè)加熱區(qū)的運(yùn)行情況及各加熱參數(shù)的變化，在主畫面中，由 “系統(tǒng)設(shè)置”、“報(bào)警設(shè)置”、“口令設(shè)置”、“加熱設(shè)置”、 并且有溫度曲線的顯示。

1.3.2口令設(shè)置

“口令設(shè)置”功能的是為了我們更好的安全生產(chǎn)而創(chuàng)建的。在這里主要提供口令修改和用戶創(chuàng)建功能。

1.3.3 報(bào)警設(shè)置

在設(shè)備的運(yùn)行過程中，需要一個(gè)報(bào)警系統(tǒng).在這個(gè)置界面里，共有三個(gè)功能：報(bào)警信息列表、加熱區(qū)報(bào)警設(shè)定和工作區(qū)報(bào)警設(shè)定.另外，系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)S7-300PLC檢測(cè)到的設(shè)備外部狀態(tài)信號(hào)，對(duì)一些必要條件進(jìn)行檢測(cè)，一但有問題，便發(fā)出報(bào)警信號(hào)并生成報(bào)警信息。

1.3.4 參數(shù)補(bǔ)償

在加熱過程中，由于熱電偶等溫度傳感器經(jīng)常處于高熱狀態(tài)，加之熱電偶等儀表的誤差，這就要求該控制系統(tǒng)必須具有溫度參數(shù)補(bǔ)償功能，此功能的主要作用是對(duì)熱電偶的測(cè)量值進(jìn)行校正，保證提測(cè)量值的準(zhǔn)確性，從而使整個(gè)設(shè)備的溫度精度和穩(wěn)定性得到保障。

1.3.5 加熱曲線

此功能的主要作用是可以直觀目測(cè)到加熱區(qū)的溫度值及溫度變化，有效的保證設(shè)備安全生產(chǎn)的進(jìn)行。

1.3.6 加熱控制

“加熱控制”功能是本系統(tǒng)中最重要的一個(gè)功能，也是本設(shè)計(jì)的核心部分，所有的加熱工藝參數(shù)都需要在這里進(jìn)行設(shè)置，在本功能中，對(duì)目標(biāo)溫度和工藝參數(shù)設(shè)定完畢后，設(shè)備就會(huì)啟動(dòng)加熱程序，并且按照我們要求的工藝參數(shù)進(jìn)行加熱，在該界面中，我們可以監(jiān)控到加熱爐的設(shè)定溫度，當(dāng)前溫度，以及運(yùn)行狀態(tài)。

2 結(jié)束語

加熱爐溫度控制系統(tǒng)通過plc控制以后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性得到了大幅度的提高，安全性能相比以前的單片機(jī)進(jìn)行的控制，有顯著提高，同時(shí)提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，減少了故障，是目前加熱爐溫度控制最佳選擇。

[1]宮淑貞等.可編程邏輯控制器原理及應(yīng)用教育[M].北京：人民郵電出版社,2004.

[2]方承遠(yuǎn).工廠電氣控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.