Eview触摸屏和PLC的管坯加热炉控制系统设计[20200121204237]
摘 要
本文主要阐述了钢管厂的管坯加热炉改造及工艺技术，以先进的PLC为核心，使加热炉的温度控制、燃气控制和压力控制都实现了自动控制，从而使加热炉的系统实现了全自动化控制。
加热炉作为一个整体性的系统，采用了PID调节进行控制，使炉内压力保持恒定。加热炉加热采用大小火输出的方式，使得炉温可以恒定在设定值附近平缓升降。加热系统采用了手动加热和自动加热两种方式，满足了工厂生产的需要。
加热系统采用EVIEW触摸屏为人机界面，给加热炉的操作带来了便利，触摸屏上温度、压力等数据的实时反馈也给产品的质量提供了保证，提高了企业生产的效益。
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关键字:PLC加热炉PID触摸屏
Keywords:PLC;Furnace;PID;Touch screen目 录
1. 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 课题的目的和意义 2
2. 加热炉系统配置及硬件选型 3
2.1 加热炉系统配置 3
2.1.1 加热炉系统的概述 3
2.1.2 加热炉硬件系统的配置 3
2.1.3 加热炉设计的工艺要求 3
2.1.4 系统设计流程 4
2.2 PLC原理及应用特点概述 4
2.3 PLC200硬件及扩展模块的选型 5
2.4 I/O接口的分配 7
2.5 PLC硬件接线图 8
2-6 系统安全联锁保护 9
3. 系统原理及主要程序设计 11
3.1 加热炉系统控制及PID闭环控制原理 11
3.1.1 系统控制原理 11
3.1.2 PID闭环控制原理 11
3.1.3 PID 参数的设定 13
3.2 主要部分程序设计 13
3.2.1 手动加热程序 13
3.2.2 自动加热程序 16
3.2.3 PID风压程序 18
4. 人机界面程序的设计 23
4.1 手动加热画面设置 23
4.2 自动加热画面设置 24
4.3 参数设置 25
4.4 历史数据界面 26
4.5 报警界面 27
5. 程序调试 29
5.1 程序调试前的准备工作 29
5.1.1 调试的思路 29
5.1.2 调试前期硬件准备 29
5.1.3 程序调试工具 29
5.2 程序调试及获得的部分结果 29
5.2.1 手动控制方式 30
5.2.2 自动控制方式 31
结束语 33
参考文献 34
附录一 35
附录二 46
附录三 48
致谢 49
1. 引言
1.1 课题背景
进入21世纪以来空气污染变得越来越严重，大量的PM2.5在日益毒化人们的身体健康；同时随着地球上不可再生资源的日益衰竭变得越来越少。工业发展自从上个世纪以来一直以煤为主。燃烧产物中的硫化物、氮氧化物以及大量的烟尘污染，使环境质量产生严重恶化。用天然气作为新式能源，其清洁程度、便利程度受到人们的欢迎。所以天然气的使用对改善工业能源结构、提升环境质量、建造良好的生活环境有非常重要的意义。在科学日益发展的今天，能源的高效合理利用变得越来越重要，所以老式加热炉的改造变得迫上眉睫，为了节源效益，加热炉生产工艺仍然需要不断的来完善和优化，以节约能源、提升环境质量为目的的加热炉系统被各企业广泛应用来进行改造，设计清洁而又节能的加热炉控制系统，有很大的环保和经济价值。
1.2 国内外的研究现状
20世纪的时候外国因为环境、能源等原因对加热炉进行优化控制，获得更加优秀的加热炉设计方案，而我国却十几年后才开始了才开始对加热炉的能源和环境问题进行改进。上个世纪，设计师们对加热炉的升温过程、炉温优化设定以及燃烧的控制方面对加热炉进行优化，最近几年，科学家们将智能控制技术逐步引进了加热炉炉温控制系统，获得了很好的效果。
我国的加热炉控制系统跟国外依旧有很大的差距。各国的加热炉控制系统早已改造采用了十分高级的先进性系统。而我国大部分企业依旧使用老式的煤炉加热，加热时甚至都达不到控制水平，因而为了提升产品的质量，使其达到国际水准，就必须要改进加热炉控制系统。
目前面对加热炉控制系统的改造，国内采用了两种不同的设计方案：
第一种认为想要提高自工业自动化的水平，必须要坚持高成本，采用高智能型的集中控制或者集散控制，可是硬件投资比较高，甚至会占到设备投资的50％，而且这种设计方案要相专门的技术人员来完成；
另一种为低成本自动化，低成本自动化指的是在低成本前提下保证设备的先进性和通用性。目前我国的企业资金缺乏、技术落后，改造为新型节能加热炉的并不多，我国的很多大型企业如宝钢、鞍钢等大型国有钢铁企业非常重视技术的领先发展，在改造加热炉这方面投入了很大的资金，目前己经成为我国钢铁行业的领先人物。
1.3 课题的目的和意义
常熟某公司响应政府对空气污染的治理，采用西气东输而来的天然气代替老式的燃煤式加热炉，老式的加热炉采用手动点火，操作人员危险性高，切点火加热周期长，炉温控制不稳定。此次加热炉的改造将会大幅度改变以往加热炉自动化水平低、残次品多的局面，大幅提高工厂生产的成本和产品的质量。
加热炉作为工艺要求的关键，加热炉的控制不仅要保持炉温的稳定，还要提高热效率以降低燃料损耗，炉温控制严重影响着产品生产效率和产品质量。在加热炉管坯加热得到过程中，炉内的温度和风压必须在合理的范围内。加热炉的高精度控制对加热炉产品的加热至关重要。
2. 加热炉系统配置及硬件选型
2.1 加热炉系统配置
2.1.1 加热炉系统的概述
本设计方案通过触摸屏与PLC技术相结合的控制方法，PLC作为下位机来对整个系统进行控制，触摸屏作为上位机来实现对PLC发布指令和整个加热系统的监控。
本系统以PLC为核心，工作时传感器将炉内的实时温度反馈给PLC系统，CPU将温度的设定值与反馈的实时值进行比较，通过大小火的输出来实现恒温控制。炉内空气压力通过PID进行反馈调节由触摸屏实现对加热系统的控制，既清晰明了又安全可靠。
2.1.2 加热炉硬件系统的配置
温度检测部分采用K型热电偶；控制系统采用S7-200 PLC和模拟量I/0扩展模块；监控系统为触摸屏；加热炉部分包括六个大小加热烧嘴、燃气进气口和空气进气口。系统的硬件配置如图2-1所示：
图2-1 系统硬件整体配置图
2.1.3 加热炉设计的工艺要求
1.加热炉共设置6个烧嘴，采用大小各三个烧嘴加热的方式，正常加热管坯的情况下，小火全部启动。
2.通过传感器设备实时数据检测，将风机压力和炉温传递至PLC，根据工艺要求，依次点燃或关闭各个烧嘴。
3.在触摸屏中设计控制界面，可以分别切换到手动控制和自动控制中，提高操作效率。
4.设计时遵循电气控制原理，保证电气控制系统可靠性和安全性。
5.当系统故障时，程序能够自动报警并关闭加热炉系统，以保证安全性。

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