第一篇：課程設(shè)計(jì)--病床呼叫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

※目 錄 ※

一、概述

（1）PLC簡(jiǎn)介?????????????????第3頁(yè)（2）可編程控制器的發(fā)展????????????第3頁(yè)（3）可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理????第4頁(yè)（4）設(shè)計(jì)課題簡(jiǎn)介???????????????第4頁(yè)

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求???????????????第5頁(yè)

三、設(shè)計(jì)方案說明????????????????第7頁(yè)

四、電氣控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)??????????第8頁(yè)

五、PLC控制器的選擇及編程元件的地址分配????第10頁(yè)

六、PLC控制程序設(shè)計(jì)

（1）I/O接線圖設(shè)計(jì)??????????????第12頁(yè)

（2）功能圖表?????????????????第12頁(yè)

（3）梯形圖設(shè)計(jì)????????????????第13頁(yè)

（4）指令表??????????????????第16頁(yè)

七、程序調(diào)試方式及過程說明???????????第20頁(yè)

八、設(shè)計(jì)中的心得體會(huì)??????????????第21頁(yè)

九、參考文獻(xiàn)???????????????????第22頁(yè)

1、PLC簡(jiǎn)介

可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

2、可編程控制器的發(fā)展

1968年美國(guó)GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國(guó)數(shù)字公司研制出了第一代可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作;另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。

3、可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

PLC種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用可編程序控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、電

PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示。

4、課題研究意義

而隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，醫(yī)療水平的不斷提高，現(xiàn)代醫(yī)院護(hù)理需要簡(jiǎn)易及時(shí)地獲知并處理病人的突發(fā)病況，實(shí)現(xiàn)患者在住院的任意時(shí)間可請(qǐng)求醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理。基于PLC設(shè)計(jì)的醫(yī)院病床呼叫系統(tǒng)是患者向值班醫(yī)生或護(hù)士發(fā)出緊急呼叫的工具,能及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)病房呼叫管理，避免了人工呼叫的不便與效果差等缺點(diǎn)，它是現(xiàn)代醫(yī)院提高醫(yī)院和病室護(hù)理水平必不可少的設(shè)備。

有了病床呼叫控制系統(tǒng)，醫(yī)院的護(hù)理工作變得更加方便全面，不用再為值班醫(yī)生和護(hù)士未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)病況而煩惱?；诳删幊炭刂破鱌LC設(shè)計(jì)的病床呼叫系統(tǒng)可以及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)病房呼叫管理,具有良好的應(yīng)用前景。

5、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和意義

本次課程設(shè)計(jì)教學(xué)的主要任務(wù)是在學(xué)生學(xué)完《PLC原理與實(shí)踐》理論課程后，進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)。通過課程設(shè)計(jì)一方面可驗(yàn)證所學(xué)的基本理論知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)同學(xué)們的基本操作技能與與設(shè)計(jì)能力，是的課堂上所學(xué)的理論知識(shí)在實(shí)踐中靈活運(yùn)用。

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

1、總體要求：

學(xué)生要按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)容要求執(zhí)行，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行病床呼叫系統(tǒng)運(yùn)行原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。）設(shè)計(jì)原則

① 最大限度的滿足機(jī)械電氣設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求； ② 在滿足控制要求的情況下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)； ③ 保證控制系統(tǒng)的安全可靠；

④ 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有余地。2）設(shè)計(jì)內(nèi)容

① 擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求；

② 選擇電氣傳動(dòng)形式和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行元件；

③ 選定PLC型號(hào)；

④ 編制PLC的輸入/輸出端子接線圖；

⑤ 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后在用相應(yīng)的編程語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；

⑥ 設(shè)計(jì)操作臺(tái)、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元件；

⑦ 編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書。3）設(shè)計(jì)步驟

① 深入了解和分析被控制對(duì)象的工藝條件及控制要求；

② 選擇適合的的PLC類型；

③ 分配I/O點(diǎn)；

④ 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)梯形圖；

⑤ 輸入并調(diào)試程序。

2、具體任務(wù)要求： 1）設(shè)計(jì)課題 病床呼叫系統(tǒng) 2）控制要求

① 共有3個(gè)病房，每間病房2個(gè)床位。每一病床床頭均有緊急呼叫按鈕及重置按鈕，以利病人不適時(shí)緊急呼叫；

② 設(shè)每一層樓有一護(hù)士站，每一護(hù)士站均有該層樓病人緊急呼叫與處 理完畢的重置按鈕；

③ 每一病床床頭均有一緊急指示燈，一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未

在5s內(nèi)按下重置按鈕時(shí)，該病床床頭緊急指示燈動(dòng)作且病房門口緊急指示燈閃爍，④ 在護(hù)士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號(hào)，用指示燈顯示 哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕，并要具有優(yōu)先級(jí)判別的能力；

⑤ 一旦護(hù)士看見護(hù)士站緊急呼叫閃爍燈后，須先按下護(hù)士處理按鈕以取消閃爍情況，再依病房緊急呼叫順序處理病房緊急事故，若事故處理妥當(dāng)后，病房緊急閃爍指示燈和病床上的緊急指示燈方燈被重置。

三、設(shè)計(jì)方案說明

通過對(duì)病床呼叫系統(tǒng)的PLC控制的設(shè)計(jì)任務(wù)和控制要求進(jìn)行分析，可以初步得出設(shè)計(jì)方案：該病床呼叫系統(tǒng)由從機(jī)、主機(jī)等兩部分組成。從機(jī)(呼叫源)即病床按鈕，主機(jī)包括PLC 及指示燈報(bào)警系統(tǒng)。呼叫源每張病床配備一個(gè)，呼叫源一般放在病床床頭?；颊哂泻艚姓?qǐng)求時(shí)，按下手持式按鈕向護(hù)士站呼叫。主機(jī)中PLC 工作方式為循環(huán)掃描方式，在系統(tǒng)程序控制下，PLC 順序讀入輸入端口各呼叫源的狀態(tài), 并且不斷地循環(huán)掃描。一旦有呼叫按鈕按下且未在5秒內(nèi)按下重置按鈕，PLC 立即響應(yīng), 通過設(shè)置的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制：點(diǎn)亮床頭指示燈和護(hù)士站報(bào)警指示燈，并通過報(bào)警指示燈指出病房號(hào)；同時(shí)，病房門口報(bào)警指示燈也被點(diǎn)亮。并通過互鎖實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)別判斷的能力（即只有在護(hù)士處理完首先呼叫的病床后進(jìn)行按鈕置位后，其他病床方可繼續(xù)呼叫，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)）。主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)后，將出現(xiàn)相應(yīng)的光報(bào)警指示，以便提示醫(yī)護(hù)人員盡快趕到現(xiàn)場(chǎng)。此外，系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)形式后，主機(jī)中的PLC 還可以通過網(wǎng)線與計(jì)算機(jī)相接，將多個(gè)護(hù)士站聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成病房監(jiān)護(hù)管理中心。

因此初步選定如下裝置：?jiǎn)?dòng)/復(fù)位開關(guān)9個(gè)（病床6個(gè)、護(hù)士站3個(gè)）、停止開關(guān)1個(gè)、指示燈12個(gè)（病床6個(gè)、病房門口3個(gè)、護(hù)士站3個(gè)），并帶有計(jì)時(shí)功能；設(shè)計(jì)要求PLC控制器為10入/12出，可以選用SIMATIC-S7-200系列的CPU224和一個(gè)EM222擴(kuò)展模塊。通過互鎖實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)別判斷的能力。

四、電氣控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)

1、開關(guān)、繼電器、計(jì)數(shù)器分配 停止按鈕(I0.0)1號(hào)房1號(hào)床開關(guān)——I0.1 1號(hào)房2號(hào)床開關(guān)——I0.2 2號(hào)房1號(hào)床開關(guān)——I0.3 2號(hào)房2號(hào)床開關(guān)——I0.4 3號(hào)房1號(hào)床開關(guān)——I0.5 3號(hào)房2號(hào)床開關(guān)——I0.6 1號(hào)房開關(guān)——I0.7 護(hù)士站對(duì)應(yīng)2號(hào)房開關(guān)——I1.0 護(hù)士站對(duì)應(yīng)3號(hào)房開關(guān)——I1.1 1號(hào)房門口指示燈繼電器——Q0.0 1號(hào)房1號(hào)床指示燈繼電器——Q0.1 1號(hào)房2號(hào)床指示燈繼電器——Q0.2 2號(hào)房門口指示燈繼電器——Q0.3 2號(hào)房1號(hào)床指示燈繼電器——Q0.4 2號(hào)房2號(hào)床指示燈繼電器——Q0.5 3號(hào)房門口指示燈繼電器——Q0.6 3號(hào)房1號(hào)床指示燈繼電器——Q0.7 3號(hào)房2號(hào)床指示燈繼電器——Q1.0 護(hù)士站對(duì)應(yīng)1號(hào)房指示燈繼電器——Q1.1 護(hù)士站對(duì)應(yīng)2號(hào)房指示燈繼電器——Q1.2 護(hù)士站對(duì)應(yīng)3號(hào)房指示燈繼電器——Q1.3 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T101 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T102 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T103 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T104 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T105 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T106

2、電路設(shè)計(jì)圖如下

五、PLC控制器的選擇及編程元件的地址分配

1、PLC控制器的選擇

SIMATIC S7-200系列是西門子公司的可編程控制器，這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制要求，由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200 PLC可以滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的是適用性。

1臺(tái)S7-200 PLC包括一個(gè)單獨(dú)的S7-200 CPU，或者帶有各種各樣的可選擴(kuò)展模塊。S7-200 CPU模塊包括一個(gè)中央處理單元（CPU）、電源以及數(shù)字量I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制；輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點(diǎn)：輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則控制泵、電機(jī)、以及控也過程中的其他設(shè)備；電源向CPU 及其所連接的任何設(shè)備提供電力；通訊端口允許將S7-200 CPU同編程器或其他一些設(shè)備連起來；狀態(tài)信號(hào)燈顯示了CPU 的工作模式（運(yùn)行或停止），本機(jī)I/O的當(dāng)前狀態(tài)，以及檢查出來的系統(tǒng)錯(cuò)誤；通過擴(kuò)展模塊可提供其通訊性能；通過擴(kuò)展模塊可增加CPU的I/O點(diǎn)數(shù)（CPU 221不擴(kuò)展）；一些CPU有內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，或添加實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡；EEPROM卡可以存儲(chǔ)CPU程序，也可以將一個(gè)CPU中的程序送到另一個(gè)CPU中；通過可選的插入式電池盒可延長(zhǎng)RAM中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間；最大I/O配置。

通過對(duì)病床呼叫系統(tǒng)的PLC控制的設(shè)計(jì)任務(wù)和控制要求進(jìn)行分析，確定的設(shè)計(jì)方 PLC控制器為10入/12出，考慮到要留有一些可擴(kuò)展的單元，故可以選用SIMATIC-S7-200系列的CPU224和一個(gè)EM222擴(kuò)展模塊。

2、編程元件的地址分配 ① 輸入信號(hào)

停止按鈕開關(guān)SB0——I0.0 1號(hào)房1號(hào)床開關(guān)SB1——I0.1 1號(hào)房2號(hào)床開關(guān)SB2——I0.2 2號(hào)房1號(hào)床開關(guān)SB3——I0.3 2號(hào)房2號(hào)床開關(guān)SB4——I0.4 3號(hào)房1號(hào)床開關(guān)SB5——I0.5 3號(hào)房2號(hào)床開關(guān)SB6——I0.6 護(hù)士站對(duì)應(yīng)1號(hào)房開關(guān)SB7——I0.7 護(hù)士站對(duì)應(yīng)2號(hào)房開關(guān)SB8——I1.0 護(hù)士站對(duì)應(yīng)3號(hào)房開關(guān)SB9——I0.1 ② 輸出信號(hào)

1號(hào)房門口指示燈繼電器KM0——Q0.0 1號(hào)房1號(hào)床指示燈繼電器KM1——Q0.1 1號(hào)房2號(hào)床指示燈繼電器KM2——Q0.2 2號(hào)房門口指示燈繼電器KM3——Q0.3 2號(hào)房1號(hào)床指示燈繼電器KM4——Q0.4 2號(hào)房2號(hào)床指示燈繼電器KM5——Q0.5 3號(hào)房門口指示燈繼電器KM6——Q0.6 3號(hào)房1號(hào)床指示燈繼電器KM7——Q0.7 3號(hào)房2號(hào)床指示燈繼電器KM8——Q1.0 護(hù)士站對(duì)應(yīng)1號(hào)房指示燈繼電器KM9——Q1.1 護(hù)士站對(duì)應(yīng)2號(hào)房指示燈繼電器 KM10——Q1.2 護(hù)士站對(duì)應(yīng)3號(hào)房指示燈繼電器KM11——Q1.3 ③ 內(nèi)存變量

1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T101 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T102 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T103 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T104 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T105 1號(hào)房1號(hào)床計(jì)時(shí)器——T106

PLC控制程序設(shè)計(jì)

1、I/O接線圖設(shè)計(jì)

2、功能表圖

、梯形圖設(shè)計(jì)

4、指令表

NETWORK 1（網(wǎng)絡(luò)1）LD I0.1 AN I0.0 TON T101, +50 NETWORK 2（網(wǎng)絡(luò)2）LD T101 LPS AN Q0.3 AN Q0.6 = Q0.0 LPP AN Q0.2 = Q0.1 NETWORK 3（網(wǎng)絡(luò)3）

AN I0.0 TON T102, +50 NETWORK 4（網(wǎng)絡(luò)4）LD T102 LPS AN Q0.3 AN Q0.6 = Q0.0 LPP AN Q0.1 = Q0.2 NETWORK 5（網(wǎng)絡(luò)5）LD T101 O T102 AN I1.0 AN I1.1 = Q1.1 NETWORK 6（網(wǎng)絡(luò)6）LD I0.3 AN I1.1 TON T103, +50 NETWORK 7（網(wǎng)絡(luò)7）LD T103 LPS AN Q0.0 AN Q0.6 = Q0.3 LPP AN Q0.5 NETWORK 8（網(wǎng)絡(luò)8）LD I0.4 AN I0.0 TON T104, +50 NETWORK 9（網(wǎng)絡(luò)9）LD T104 LPS AN Q0.0 AN Q0.6 = Q0.3 LPP AN Q0.4 = Q0.5 NETWORK 10（網(wǎng)絡(luò)10）LD T103 O T104 AN I0.7 AN I1.1 = Q1.2 NETWORK 11（網(wǎng)絡(luò)11）LD I0.5 AN I0.0 TON T105, +50 NETWORK 12（網(wǎng)絡(luò)12）LD T105 LPS AN Q0.0 AN Q0.3 = Q0.6 AN Q1.0 = Q0.7 NETWORK 13（網(wǎng)絡(luò)13）LD I0.6 AN I0.0 TON T106, +50 NETWORK 14（網(wǎng)絡(luò)14）LD T106 LPS AN Q0.0 AN Q0.3 = Q0.6 LPP AN Q0.7 = Q1.0 NETWORK 15（網(wǎng)絡(luò)15）LD T105 O T106 AN Q1.1 AN Q1.2 = Q1.3

七、程序調(diào)試方式及過程說明

運(yùn)用STEP 7-MicroWIN V3.1(西門子S7-200編程軟件)編寫的梯形圖程序，并注意選擇對(duì)應(yīng)的PLC型號(hào)（CPU224）。編譯無錯(cuò)誤后使用引出命令將梯形圖程序存成后綴為.awl格式的可執(zhí)行程序文件并保存在你設(shè)定的文件夾中（如bchjxt.awl）。

打開西門子s7-200仿真程序漢化版，輸入密碼，設(shè)定PLC的CPU型號(hào)為CPU224，打開“程序”使用“裝載程序”命令將bchjxt.awl程序文件載入仿真程序軟件中，點(diǎn)擊命令“切換到運(yùn)行狀態(tài)”，打開“查看“使用”內(nèi)存監(jiān)視“命令輸入你所要觀察

通過對(duì)仿真程序中指示燈的運(yùn)行狀態(tài)的觀察來檢驗(yàn)程序是否準(zhǔn)確，并對(duì)錯(cuò)誤部分進(jìn)行修改，完成程序。

在程序運(yùn)行過程中可以配合秒表，手表等器材大概的估計(jì)時(shí)間的準(zhǔn)確性，并實(shí)時(shí)的對(duì)錯(cuò)誤的程序段進(jìn)行標(biāo)記，以方便后面的修正工作。最好有兩個(gè)人分工協(xié)作對(duì)程序校驗(yàn)，以免一個(gè)人分心做不同的事而造成不必要的錯(cuò)誤。

八、設(shè)計(jì)心得體會(huì)

在郭老師的指導(dǎo)和自己花了一個(gè)多星期時(shí)間的努力下，終于把這次的課程設(shè)計(jì)順利完成了。這次病床呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完《PLC原理與實(shí)踐》理論課程后，進(jìn)行的一項(xiàng)可編程控制器相關(guān)知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練。

課程設(shè)計(jì)的過程中，我加深了對(duì)PLC理論知識(shí)、梯形圖、指令表、外部接線圖的理解；學(xué)會(huì)了西門子編程軟件及PLC控制仿真軟件的使用，在不斷的調(diào)試各自的程序中，發(fā)現(xiàn)了很多存在的問題并進(jìn)行研究解決。在課程設(shè)計(jì)之初，剛拿到課題和任務(wù)書的我感到無從下手，后來經(jīng)過自己對(duì)課程理論知識(shí)的進(jìn)一步復(fù)習(xí)及查閱相關(guān)資料，同時(shí)得到了郭老師的細(xì)心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助，才較順利的完成了此次的課程設(shè)計(jì)。

總的來說，這次關(guān)于病床呼叫系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)整個(gè)過程自己收獲較大。通過本次課程設(shè)計(jì)，首先我不僅復(fù)習(xí)、鞏固和驗(yàn)證了自己所學(xué)的PLC相關(guān)理論知識(shí)，而且也初步培養(yǎng)了自己在PLC相關(guān)課程設(shè)計(jì)的基本操作技能與設(shè)計(jì)能力以及將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中；其次設(shè)計(jì)過程中所遇到的問題，讓自己清楚認(rèn)識(shí)到前期自己所學(xué)的知識(shí)沒理解、掌握的還不是非常牢固，警示了自己今后要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)；再者讓我學(xué)會(huì)了如何更好的和老師、同學(xué)交流、探討問題，共同學(xué)習(xí)，相互幫助；最后也是最重要的，這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了較基本的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)理念，更好的培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考問題、分析問題、思索問題全面性等能力以及對(duì)待事情認(rèn)真、耐心、細(xì)致的學(xué)習(xí)態(tài)度。

九、參考文獻(xiàn)

1、《PLC原理與實(shí)踐》 殷洪義 吳建華 主編

第二篇：PLC課程設(shè)計(jì)基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電科班

一、摘要

隨著改革的不斷深入,社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展,大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品,均采用廣告手法之一:霓虹燈廣告屏來實(shí)現(xiàn)這一目的.當(dāng)我們夜晚走在大街上,馬路兩旁各色各樣的霓虹燈廣告均可以見到,一種是采用霓虹燈管做成的各種形狀和多中彩色的燈管,另一種為光等管或白熾燈管作為光源,另配大型廣告語(yǔ)或宣傳畫來達(dá)到宣傳的效果。這些燈的亮滅,閃爍時(shí)間及流動(dòng)方向等均可以通過PLC來達(dá)到控制的要求。

隨著P

LC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。

PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。

PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：

(一)合理的結(jié)構(gòu)型式，(二)

安裝方式的選擇，(三)相應(yīng)的功能要求，(四)響應(yīng)速度要求，(五)系統(tǒng)可靠性的要求，(六)機(jī)型盡量統(tǒng)一。

二

.控制系統(tǒng)介紹及控制要求

本控制系統(tǒng)只要是用于控制霓虹燈和邊框流水燈的按順序的閃爍。它能讓你在不用人控制的情況下，進(jìn)行燈的自動(dòng)閃爍，達(dá)到宣傳的目的。如圖1，八個(gè)字能按順序地進(jìn)行亮滅，并且邊框的燈能同時(shí)地隔位閃爍。

1.霓虹燈廣告屏示意圖

利用s7-200控制由8根燈管，24只流水燈，每4只燈為一組廣告牌。，如下圖所示：

圖1

2.控制要求：

（1）該廣告屏中間8根燈管亮滅的時(shí)序?yàn)椋旱?根亮→2亮→3亮→……→第8根亮，時(shí)間間隔為1s，全亮后，顯示10s，再反過來從8→7→……→1按1s間隔順序熄滅，全滅后停亮2s；再?gòu)牡?根開始亮，順序點(diǎn)亮7→6→……→1，時(shí)間間隔1s，顯示5s，再?gòu)?→2→……→8按1s間隔順序熄滅，全滅后停亮2s，然后重復(fù)運(yùn)行，周而復(fù)始。

（2）24只流水燈，4個(gè)一組分成6組，從Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s時(shí)間間隔依次向前移動(dòng)，且點(diǎn)亮?xí)r每相隔1燈為亮，即從Ⅰ“、”亮→Ⅱ“、”亮，同時(shí)Ⅰ“、”滅→Ⅲ““、”亮，同時(shí)Ⅱ“、”滅……，如此移動(dòng)一段時(shí)間（如30s）后，再反過來移動(dòng)一段時(shí)間：Ⅵ“、”亮

→Ⅴ“、”亮，同時(shí)Ⅵ“、”滅，……如此循環(huán)往復(fù)。

（3）系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制，有起動(dòng)和停止按鈕。

（4）起動(dòng)時(shí)，燈管和流水燈同時(shí)起動(dòng)，關(guān)閉時(shí)，可同時(shí)也可分別關(guān)閉。

（5）要求有移位指令的應(yīng)用

（6）在控制要求1中，若要求將全亮后顯示10s改為以0.5s間隔同時(shí)閃爍5s，試修改程序。

三.工作原理

1.I/O分配

根據(jù)控制要求，PLC控制霓虹燈廣告顯示屏的輸入，輸出地址如下表所示，其中SB1為啟動(dòng)開關(guān),SB2為停止開關(guān),SB3為單步連續(xù)選擇開關(guān)SB4為不進(jìn)按鈕開關(guān).Q0.0～Q0.7控制霓虹燈用的發(fā)光管模擬顯示，Q1.0～Q2.1控制6組流水燈泡。如表1

輸入接點(diǎn)

輸入開關(guān)名稱

I0.0

啟動(dòng)按鈕SB1

I0.1

停止按鈕SB2

I0.3

單步/連續(xù)開關(guān)SB3

I0.4

步進(jìn)按鈕開關(guān)SB4

輸出接點(diǎn)

輸出名稱

Q0.0

燈管1

Q0.1

燈管2

Q0.2

燈管3

Q0.3

燈管4

Q0.4

燈管5

Q0.5

燈管6

Q0.6

燈管7

Q0.7

燈管8

Q1.0

L1.L3流水燈

Q1.1

L2.L4流水燈

Q1.2

L5.L7流水燈

Q1.3

L6.L8流水燈

Q1.4

L9.L11流水燈

Q1.5

L10.L12流水燈

Q1.6

L13.L15流水燈

Q1.7

L14.L16流水燈

Q2.0

L17.L19流水燈

Q2.1

L18.L20流水燈

Q2.2

L21.L23流水燈

Q2.3

L22.L24流水燈

2.PlC型號(hào)的選擇

由于共由20個(gè)端口輸出，并且用是交流點(diǎn)的，所以我選擇用FX2N-48MR-001.FX2N-48MR-001的主要的技術(shù)參數(shù)：輸入繼電器的24點(diǎn)，輸出繼電器由24點(diǎn)。電源電壓為AC100-240V

50/60Hz。

3.硬件接線圖

圖

4．時(shí)序圖

5.流程圖

6.梯形圖及程序

0.1啟動(dòng)

LD?????I0.1

EU

MOVB???16#1,?MB0

MOVW???16#FF,?VW0

S??????M1.0,?1

MOVB???16#81,?VB2

I0.2總停止

LD?????I0.2

MOVB???16#0,?MB0

MOVW???16#0,?VW0

R??????M1.0,?2

MOVB???16#0,?VB2

8路燈管單獨(dú)停止

LD?????I0.2

MOVB???16#0,?MB0

MOVW???16#0,?VW0

24l路循環(huán)燈管單獨(dú)停

LD?????I0.3

R??????M1.0,?2

MOVB???16#0,?VB2

8路燈管控制,Q0----7（QB0）為8路燈管輸出控制點(diǎn)

LD?????SM0.0

LPS

A??????M0.0

LPS

A??????SM0.5

EU

RLW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF00,?VW0

EU

RLB????MB0,?1

LRD

A??????M0.1

LPS

TON????T37,?100

A??????T37

A??????SM0.5

EU

RRW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF,?VW0

EU

RLB????MB0,?1

LRD

A??????M0.2

LPS

TON????T38,?20

A??????T38

A??????SM0.5

EU

RRW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF00,?VW0

EU

RLB????MB0,?1

LRD

A??????M0.3

LPS

TON????T39,?50

A??????T39

A??????SM0.5

EU

RLW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF,?VW0

TON????T40,?20

LPP

A??????T40

MOVB???16#1,?MB0

LD?????SM0.0

LPS

A??????SM0.5

MOVB???VB1,?QB0

LPP

AN?????SM0.5

A??????M0.1

AN?????T37

MOVB???16#0,?QB0

24路循環(huán)燈控制，由于2個(gè)燈同時(shí)亮，所以每2個(gè)共用一個(gè)輸出點(diǎn)。QB1單數(shù)燈管，QB2雙數(shù)燈管（雙數(shù)的燈管安裝順序與單數(shù)燈管相反，即Q1.0-----Q1.5對(duì)應(yīng)燈管1,3-------21,23，Q2.0-----Q2.5對(duì)應(yīng)燈管24.22-------4,2,這樣可以省掉一些程序）

LD?????SM0.0

LPS

A??????M1.0

LPS

A??????SM0.5

EU

RLB????VB1,?1

LRD

AN?????M1.1

TON????T42,?300

LRD

A??????T42

EU

S??????M1.1,?1

LRD

A??????M1.1

TON????T43,?300

LPP

A??????T43

EU

R??????M1.1,?1

LRD

AN?????M1.1

MOVB???VB1,?QB1

MOVB???16#0,?QB2

LPP

A??????M1.1

MOVB???VB1,?QB2

MOVB???16#0,?QB1

7.主電路

四、設(shè)計(jì)心得

本程序是用STL圖所寫的，在啟動(dòng)按鈕按下以后，有兩步程序同時(shí)運(yùn)行，一個(gè)是霓虹燈字的亮滅，一個(gè)是四周邊框流水燈的亮滅。霓虹燈字的亮滅：在按下啟動(dòng)按鈕以后，八個(gè)字會(huì)按要求亮滅，主要是計(jì)時(shí)器控制的，在S20和S21中，S20是燈的正序亮反序滅，S21是燈的反序亮正序滅。流水燈的亮滅，狀態(tài)就比較多了，我是把每一中亮的情況都納入一個(gè)狀態(tài)的，所以有6中狀態(tài)，然后在循環(huán)，在30秒過后，會(huì)由正序的亮轉(zhuǎn)換成反序的亮。反序的亮30秒都又轉(zhuǎn)換成正序的兩，這個(gè)30秒我是用計(jì)數(shù)器控制的，因?yàn)槊恳粋€(gè)循環(huán)是6秒，那30秒就是5次，計(jì)到5次都才會(huì)進(jìn)行正反序的轉(zhuǎn)換。

經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，使得我對(duì)PLC的掌握進(jìn)一步的增強(qiáng)，加深了對(duì)PLC它們的理解，并對(duì)PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是我也深深的知道自己的不足之處，比如說對(duì)應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復(fù)雜程度。多在學(xué)習(xí)過程中不能想通的問題，在PLC調(diào)試過程中，終于得以解決?？梢钥闯鏊鼘?duì)理論教學(xué)起到了必要的補(bǔ)充和額拓寬作用，對(duì)培養(yǎng)既具有扎實(shí)理論功底又具有相當(dāng)實(shí)踐能力的人才必不可少。在這次的課程中，我發(fā)現(xiàn)PLC在工業(yè)控制中的作用很大，它能使人的控制轉(zhuǎn)變成電腦的控制，大大地降低了產(chǎn)品的成本，很大地提高生產(chǎn)效率。

在此過程中我還發(fā)現(xiàn)到修改完善程序的重要性。當(dāng)時(shí)編完一個(gè)程后感覺是正確的。就是這樣還要仔細(xì)檢查自己的程序。考慮到各種可能發(fā)生的情況。

經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們的設(shè)計(jì)能力以及全面的考慮問題能力。學(xué)習(xí)的過程是痛苦的但是收獲成功的喜悅更是讓人激動(dòng)的。相信通過這次課程設(shè)計(jì)它對(duì)我以后的學(xué)習(xí)及工作都會(huì)產(chǎn)生積極的影響。

五、參考文獻(xiàn)

1．史國(guó)生主編

《電氣控制與可編程控制器技術(shù)》

北京:

化學(xué)工業(yè)出版社

2005.2

2．尹宏業(yè)主編

《PLC可編程控制器教程》

北京：航空工業(yè)出版社

1997

3．廖常初主編

《PLC編程及應(yīng)用

》

北京：機(jī)械工業(yè)出版社

2002

4．張萬忠主編

《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》

北京：

化學(xué)工業(yè)出版社

2002

5．張鳳珊主編

《電器控制及可編程控制器》

北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社

2001

第三篇：搶答器PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、搶答器PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書

1．搶答器工藝的技術(shù)要求

實(shí)用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競(jìng)賽活動(dòng)中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目，都會(huì)舉辦各種各樣的智力競(jìng)賽，都會(huì)用到搶答器。目前市場(chǎng)上已有的各種各樣的智力競(jìng)賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的，只具有搶答鎖定功能的一個(gè)電路，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟。現(xiàn)在的搶答器具有倒計(jì)時(shí)、定時(shí)、自動(dòng)（或手動(dòng)）復(fù)位、報(bào)警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對(duì)來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡(jiǎn)單(有的甚至沒有顯示電路)，無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級(jí)換代。本設(shè)計(jì)要求就是利用PLC作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢(shì)使競(jìng)賽真正達(dá)到公正、公平、公開。

2．搶答器電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1）搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。

2）設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。

3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

4）搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。

5）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

6）如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。

二、搶答器PLC電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過程

第四篇：plc臺(tái)車呼叫控制系統(tǒng)實(shí)踐報(bào)告

plc臺(tái)車呼叫控制系統(tǒng)實(shí)踐報(bào)告模板

課程設(shè)計(jì)的目的

學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行臺(tái)車呼叫運(yùn)行原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題能力。

課程設(shè)計(jì)題目

臺(tái)車呼叫系統(tǒng)：在一生產(chǎn)線上有八個(gè)施工點(diǎn)，一個(gè)物料臺(tái)車，每一個(gè)施工

點(diǎn)有一個(gè)呼叫開關(guān)。當(dāng)沒人呼叫時(shí)，可呼叫指示燈亮。當(dāng)有一工位呼叫時(shí)，可呼叫指示燈滅，同時(shí)臺(tái)車向呼叫位運(yùn)動(dòng)；到達(dá)呼叫點(diǎn)后，臺(tái)車停30S供使用，在此期間其他工位不可呼叫。當(dāng)30S后，其他工位可呼叫，可呼叫指示燈亮。當(dāng)呼叫位在臺(tái)車位置上面時(shí)，運(yùn)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，下面時(shí)，運(yùn)動(dòng)電機(jī)翻轉(zhuǎn)。

課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1）設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等； 2）系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能；

3）運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中斷程序； 4）程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)； 5）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)臺(tái)車呼叫的控制要求。

系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1系統(tǒng)硬件配置及組成原理

為了區(qū)別，工位依1～8編號(hào)并各設(shè)一個(gè)限位開關(guān)。每個(gè)工位設(shè)一呼車按鈕，系統(tǒng)設(shè)啟動(dòng)按鈕和停機(jī)按鈕各1個(gè)，臺(tái)車設(shè)正反轉(zhuǎn)接觸器各1個(gè)，由于各工位呼車指示燈同時(shí)動(dòng)作，故各工位均使用同一個(gè)呼車指示燈。系統(tǒng)布置圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)布置圖

整個(gè)系統(tǒng)由電源控制電路、按鍵呼叫控制電路、工作指示燈顯示電路、臺(tái)車控制電路、可編程控制器PLC五部分組成。由電源控制電路提供整個(gè)系統(tǒng)的能源，由可編程控制器PLC來讀取按鍵的狀態(tài)，再經(jīng)過處理來控制工作指示燈和臺(tái)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如圖2所示。

圖2系統(tǒng)組成圖

2、系統(tǒng)變量定義及分配表 系統(tǒng)變量定義

I為輸入繼電器，輸入繼電器位于PLC的輸入過程映像寄存器區(qū)其外部有一對(duì)物理的輸入端子與之對(duì)應(yīng)，該觸點(diǎn)用于接受并存儲(chǔ)外部輸入的開關(guān)信號(hào)，當(dāng)外部的開關(guān)信號(hào)閉合，則輸入繼電器的線圈得電，在程序中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。常開和常閉軟觸點(diǎn)可以在編程中任意使用，次數(shù)不受限制。

Q為輸出繼電器，輸出繼電器位于PLC的輸處過程映像寄存器區(qū)其外部有一對(duì)物理的輸出端子與之對(duì)應(yīng)。它的作用是具有一常開觸點(diǎn)用于向外部負(fù)載發(fā)送信號(hào)，每一輸出繼電器的常開硬觸點(diǎn)與可編程控制器的一個(gè)輸出點(diǎn)相連直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，它也提供了無數(shù)的常開和常閉軟觸點(diǎn)用于編程。在此程序中小車電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和可呼車指示均由輸出繼電器控制。

M為通用輔助繼電器，它位于PLC存儲(chǔ)器的位存儲(chǔ)區(qū)，它是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，用于狀態(tài)暫存，移位輔助運(yùn)算及賦予特殊功能的一類編程元

件，其作用類似于繼電接觸控制系統(tǒng)中的中間繼電器，它在PLC中沒有外部的輸入端子或輸出端子與之對(duì)應(yīng)，因此不受外部信號(hào)的直接控制其觸點(diǎn)也不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。絕大多數(shù)的繼電器線圈由用戶程序驅(qū)動(dòng)。

T為定時(shí)器，定時(shí)器是可編程序控制器中的重要的編程軟件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間設(shè)定值，當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿足時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值按一定的時(shí)間單位從0開始增加，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到設(shè)定值則觸點(diǎn)動(dòng)作。利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以完成所需要的定時(shí)控制任務(wù)。在課程設(shè)計(jì)中用到了T37斷開延時(shí)定時(shí)器。I/O分配

根據(jù)控制要求，系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：?jiǎn)?dòng)信號(hào)、停止信號(hào)，1號(hào)位-8 號(hào)位的限位開關(guān)STl—ST8，1號(hào)位-8號(hào)位的呼叫開關(guān)SB1～SB8;系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：前進(jìn)控制電機(jī)接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)、后退控制電機(jī)接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可呼叫指示燈信號(hào)。共需實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)18個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)4個(gè)。因?qū)嶋HPLC控制臺(tái)的輸入口不夠用，所以限位開關(guān)用PLC的I/O口，啟動(dòng)、停止及呼叫控制用觸摸屏編寫。系統(tǒng)的I/O分配表如表所示：

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、控制程序流程圖設(shè)計(jì)

流程圖主要由過程動(dòng)作、有向連線、轉(zhuǎn)換條件組成。過程與動(dòng)作：順序控制設(shè)計(jì)法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)相連的階段，這些階段稱為過程。過程是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一個(gè)過程之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變。但是相鄰兩過程輸出量的狀態(tài)是不同的。過程的這種劃分使代表各過程的編程元件的狀態(tài)與各輸出量之間的邏輯關(guān)系極為簡(jiǎn)單。當(dāng)系統(tǒng)正處于某一過程所在的階段時(shí)，該過程處于活動(dòng)狀態(tài)，稱該過程為“活動(dòng)”過程。

2、控制程序設(shè)計(jì)思路

如果小車先在高位時(shí)，小車依次停止在ST8~ST1位置，梯形圖中并聯(lián)各低位開關(guān)，當(dāng)?shù)臀缓糗嚂r(shí)，由于給位置線圈對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)自鎖，各低位呼車無效，再串聯(lián)各呼車位的常閉線圈，使其他位呼車無效，各低位的開關(guān)依次減少，如果小車先在低位時(shí)，也是按上述接梯形圖。按下系統(tǒng)啟動(dòng)。起互鎖作用，得電，按下，小車向SB8駛?cè)?，同時(shí)到這7個(gè)限位開關(guān)互鎖，其他呼車按鈕失效，也起互鎖作用，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)到8號(hào)位，到達(dá)時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，時(shí)間為30s，定時(shí)時(shí)間到，T37打開，其他呼車按鈕恢復(fù)作用,小車開始等待響應(yīng)下一個(gè)呼車信號(hào)。同理，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，停車時(shí)間為30s，定時(shí)時(shí)間到，T37打開，其他呼車按鈕恢復(fù)作用。電動(dòng)機(jī)既不正轉(zhuǎn)也不反轉(zhuǎn)，并且沒用工位使用臺(tái)車，那么可呼車指示燈亮。

程序設(shè)計(jì)

1、PLC程序設(shè)計(jì)

在STEP 7 MicroWIN中按控制程序流程圖編寫T型圖，待編寫完后進(jìn)行編譯，修改T型圖中的錯(cuò)誤，然后編譯，直至顯示錯(cuò)誤為0。

第五篇：氧化鋁焙燒溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-精品

氧化鋁焙燒溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

摘要：氧化鋁是電解鋁生產(chǎn)的主要原料，針對(duì)我國(guó)礦石特點(diǎn)，我國(guó)氧化鋁的生產(chǎn)工藝主要采用的是拜爾法和燒結(jié)法以及混聯(lián)法，在拜爾法中焙燒工序是氧化鋁生產(chǎn)必不可少的一個(gè)過程，并且是整個(gè)氧化鋁生產(chǎn)的最后一道工序，該生產(chǎn)過程的主要任務(wù)是將來自分解或平盤的帶有附著水的氫氧化鋁物質(zhì)在焙燒爐中高溫煅燒，脫除附著水和結(jié)晶水，從而生成物理化學(xué)性質(zhì)符合電解要求的氧化鋁。氧化鋁焙燒的主要工藝參數(shù)是灼燒溫度．灼燒溫度的高低與穩(wěn)定與否直接決定著氧化鋁的出廠質(zhì)量，所以穩(wěn)定控制氧化鋁灼燒溫度是保證氧化鋁生產(chǎn)質(zhì)量 的主要途徑。本文以氧化鋁焙燒生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)為背景，開展了氧化鋁焙燒生產(chǎn)過程控制策略的研究和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及器件的選型。

關(guān)鍵詞：氧化鋁焙燒；器件選型；串級(jí)控制系統(tǒng)；PID參數(shù)整定

一、氧化鋁生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)氧化鋁的方法大致可分為四類：堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。目前工業(yè)上幾乎全部是采用堿法生產(chǎn)。堿法有拜耳法、燒結(jié)法及拜耳燒結(jié)聯(lián)合法等多種流程。

目前，我國(guó)氧化鋁工業(yè)采用的生產(chǎn)方法有燒結(jié)法，混聯(lián)法和拜耳法三種，其中燒結(jié)法占20.2％，混聯(lián)法占69.4％，拜耳法占10.4％。雖然燒結(jié)法的裝備水平和技術(shù)水平在今年來有所提高，但是我國(guó)的燒結(jié)技術(shù)仍處于較低水平。而由于拜耳法和燒結(jié)混合法組成的混聯(lián)法，不僅由于增加了燒結(jié)系統(tǒng)而使整個(gè)流程復(fù)雜，投資增大，更由于燒結(jié)法系統(tǒng)裝備水平和技術(shù)水平不高，使得氧化鋁生產(chǎn)的能耗增大，成本增高，降低我國(guó)氧化鋁產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。拜耳法比較簡(jiǎn)單，能耗小，產(chǎn)品質(zhì)量好，處理高品位鋁土礦石，產(chǎn)品成品也低。目前全世界90％的氧化鋁是用拜耳法生產(chǎn)的。

拜耳法的原理是基于氧化鋁在苛性堿溶液中溶解度的變化以及過氧化鈉濃度和溫度的關(guān)系。高溫和高濃度的鋁酸鈉溶液處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，而在溫度和濃度降低時(shí)則自發(fā)分解析出氫氧化鋁沉淀，拜耳法便是建立在這樣性質(zhì)的基礎(chǔ)上的。

下面兩項(xiàng)主要反映是這一方法的基礎(chǔ)：

Al2O3xH2O?2NaOH?(3?x)H2O?2NaAl(OH)4

NaAl(OH)4?Al(OH)3?NaOH

前一反映是在用循環(huán)的鋁酸鈉堿溶液溶出鋁土礦時(shí)進(jìn)行的。鋁土礦中所含的一水和三水氧化鋁在一定條件下以鋁酸鈉形態(tài)進(jìn)入溶液。后一反映是在另一條件下發(fā)生的析出氫氧化鋁沉淀的水解反應(yīng)。鋁酸鈉溶液在95-100度不致水解的穩(wěn)定性可以用來從其中分離赤泥，然后使溶液冷卻，轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)，以析出氫氧化鋁。

拜耳法生產(chǎn)過程簡(jiǎn)介：原礦經(jīng)選礦、原礦漿磨制、溶出與脫硅、赤泥分離與精制、晶種分解、氫氧化鋁焙燒成為氧化鋁產(chǎn)品。

1破碎后進(jìn)廠的碎高礦經(jīng)均化場(chǎng)均化后，用斗輪取料機(jī)取料入輸送機(jī)進(jìn)入鋁礦倉(cāng)，石灰石經(jīng)煅燒后輸送到石灰倉(cāng)，然后與循環(huán)母液經(jīng)調(diào)配后按比例進(jìn)入棒磨機(jī)、球磨機(jī)的兩段磨和旋流器組成的磨礦分級(jí)閉路循環(huán)系統(tǒng)。分級(jí)后的溢流經(jīng)緩沖槽和泵進(jìn)入原礦漿儲(chǔ)槽，用高壓泥漿泵輸送礦漿進(jìn)入多級(jí)預(yù)熱和溶出系統(tǒng)，加熱介質(zhì)可用溶鹽也可用高壓新蒸氣，各級(jí)礦漿自蒸發(fā)器排出的乏氣分別用來預(yù)熱各級(jí)預(yù)熱器中的礦漿。溶出設(shè)備可用套管加熱與高壓釜組成溶出器組。溶出后的礦漿經(jīng)多級(jí)降壓自蒸發(fā)器降壓后，與赤泥一次洗液一同進(jìn)入礦漿稀釋槽。末級(jí)自蒸發(fā)器排出的乏氣，用來預(yù)熱赤泥洗水，洗水由循環(huán)水和不合格的冷凝水組成。稀釋礦漿進(jìn)入分離沉降槽，其溢流經(jīng)過葉濾和降溫后送去晶種攪拌分解，分解后的氫氧化鋁漿液經(jīng)分離后，大部分氫氧化鋁返回種分槽作為晶種使用，其余部分送去洗滌，洗水用純凈的熱水，洗凈后的氫氧化鋁送去焙燒，焙燒后的氧化鋁即為成品氧化鋁。分離后的種分母液送去蒸發(fā)，加入少量鹽類晶種以誘導(dǎo)鹽類晶種析出，其溢流與濾液、補(bǔ)充新的液體苛性鈉后組成循環(huán)母液，送去調(diào)配制備原礦漿。

二、氧化鋁生產(chǎn)焙燒過程工藝

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)工藝中的最后一道工序。焙燒的目的是在高溫下把氧化鋁的附著水和結(jié)晶水脫除，從而生成物理化學(xué)性質(zhì)符合電解要求的氧化鋁。(1)焙燒原理

氫氧化鋁經(jīng)過焙燒爐的干燥段，焙燒段和冷卻段使之烘干，脫水和晶形轉(zhuǎn)變而變成氧化鋁產(chǎn)品其化學(xué)變化可分為以下幾個(gè)階段。

（a）脫除附著水

CAl(OH)3H2O?100???Al(OH)3?H2O ?當(dāng)溫度高于100C時(shí)氫氧化鋁中的附著水被蒸發(fā)，此反應(yīng)發(fā)生在閃速干燥器。(b)脫除結(jié)晶水

結(jié)晶水的脫除分兩步進(jìn)行，250-300度時(shí)，失去兩個(gè)結(jié)晶水，在500-600度的溫度下它失去最后一個(gè)結(jié)晶水。而成為r?AlO。

23300CAl2O33H2O?250?????Al2O3?2H2O ??600CAl2O3H2O?500??????Al2O3?H2O ?(c)晶型轉(zhuǎn)變

氫氧化鋁在脫水過程中伴隨著晶體轉(zhuǎn)變，r?Al2O3在950度時(shí)開始進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)變，逐漸由r?Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Al2O3。

(2)氧化鋁焙燒過程生產(chǎn)過程流程介紹

流態(tài)化焙燒是世界上最先進(jìn)的氫氧化鋁焙燒技術(shù)與裝置，流態(tài)化是一種固體顆粒與氣體接觸而變成類似流體狀態(tài)的操作技術(shù)。而固體物料在流態(tài)化狀態(tài)下與氣體或液體的熱交換過程最為強(qiáng)烈。(a)此爐型采用了在干燥段設(shè)計(jì)熱發(fā)生器這一新穎措施，當(dāng)供料氫氧化鋁附著水含量增大時(shí)，不需象其它爐型那樣采取增加過剩空氣的方式來增加干燥能力，僅需啟動(dòng)干燥熱發(fā)生器來增加干燥段熱量，避免了廢氣量大增而大量損失熱量，因此，與前二種爐型相比，氣體懸焙燒爐熱耗和電耗要低。

(b)整套裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。一是物料自上而下流動(dòng)，可避免事故停爐時(shí)的爐內(nèi)積料和計(jì)劃停爐時(shí)的排料；二是設(shè)備簡(jiǎn)單，除流化冷卻器外無任何流化床板，沒有物料控制閥，方便了設(shè)備維檢修：三是負(fù)壓作業(yè)對(duì)焙燒爐的問題診斷和事故處理有利。這些都有利于故障后生產(chǎn)的快速恢復(fù)，給生產(chǎn)組織帶來方便。

(c)控制回路簡(jiǎn)單，氣體懸浮焙燒爐雖有多條自動(dòng)控制回路，但在生產(chǎn)中起主要作用的僅有2條，一條是主燃燒系統(tǒng)的主爐溫度控制回路，另一條是O2含量控制回路。

三、焙燒爐溫度控制方案設(shè)計(jì)

目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。一個(gè)控控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控 制器。

(1)對(duì)于焙燒過程而言，主要控制焙燒爐出口溫度。而影響焙燒爐出口溫度的因素主要就是燃料的流量，而流量又決定于主燃燒器的流量閥門的開度。因此，我們引入中間點(diǎn)信號(hào)，即最能反應(yīng)焙燒爐出口溫度的進(jìn)入主燃燒器中的燃料流量，作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號(hào)，以便快速反應(yīng)影響焙燒爐出口溫度變化的擾動(dòng)，引入該點(diǎn)作為輔助被調(diào)量，通過調(diào)節(jié)管道上流量閥的開度調(diào)整燃料的流量，組成了流量．溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)焙燒爐的出口溫度，來保氧化鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量口”。焙燒爐溫度控制回路流程圖如圖所示：

圖1 焙燒爐溫度控制回路流程圖 焙燒爐溫度控制回路設(shè)計(jì)為串級(jí)控制回路，主回路為溫度控制回路，其輸入為焙燒爐的出口溫度的設(shè)定值，控制器輸出為副回路的輸入，測(cè)量?jī)x表為一體化熱電偶；副回路為流量控制回路，其輸入為主控制器的輸出或主燃燒器的流量設(shè)定，控制器輸出為主燃燒器V19流量調(diào)節(jié)閥的百分比開度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，測(cè)量?jī)x表為電磁流量計(jì)。從方框圖可以看出，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有兩個(gè)閉環(huán)的調(diào)節(jié)回路：

圖2 溫度控制回路結(jié)構(gòu)圖

a）由PID控制器、調(diào)節(jié)閥、主燃燒器、流量計(jì)構(gòu)成了副環(huán)回路。b）由PID控制器、副環(huán)回路、焙燒爐、溫度計(jì)構(gòu)成了主環(huán)回路。

副環(huán)回路為流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，選用標(biāo)準(zhǔn)PID控制器來控制該系統(tǒng)。主環(huán)回路為溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也選用標(biāo)準(zhǔn)PID控制器來控制該系統(tǒng)。

主調(diào)節(jié)器出的的信號(hào)不是直接調(diào)節(jié)溫度，而是作為副調(diào)節(jié)器的可變給定值，與燃料流量信號(hào)比較，再通過副調(diào)節(jié)器去控制電動(dòng)閥動(dòng)作，以調(diào)節(jié)燃料流量，保證焙燒爐出口溫度能較快的跟蹤設(shè)定值并最終保持在設(shè)定值附近不變。

(2)從動(dòng)態(tài)特性的角度考慮，優(yōu)化控制器性能與結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，盡量根據(jù)被控制對(duì)象選擇一組較為合適的控制器參數(shù)，提達(dá)到更好可控制效果。而通過對(duì)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型特性，通過設(shè)定某種性能指標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)最優(yōu)指標(biāo)的前提下，對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)可謂是個(gè)好的優(yōu)化控制器性能的辦法。對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)來說，有兩個(gè)控制器，因此需要分別對(duì)兩個(gè)控制器的參數(shù)進(jìn)行整定，整定的順序先調(diào)節(jié)副回路，待副回路調(diào)節(jié)達(dá)到要求后，在調(diào)節(jié)主回路。

(3)如果測(cè)量元件的延遲和慣性比較大，就不能及時(shí)反映溫度的變化，就會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響控制質(zhì)量。因此，在系統(tǒng)的儀表選型上盡量使用快速的測(cè)量元件，安裝在正確的位置，保證測(cè)量信號(hào)傳遞的快速性，減小延遲和慣性。

四、焙燒爐溫度回路對(duì)象模型的建立與驗(yàn)證

建立數(shù)學(xué)模型的方法有許多種，像機(jī)理建模、系統(tǒng)辨識(shí)等。機(jī)理建模有較大的普遍性，但是多數(shù)工業(yè)過程的機(jī)理較為復(fù)雜，其數(shù)學(xué)模型很難建立，雖然在建模過程中作了一些具有一定實(shí)際依據(jù)的近似和假設(shè)，但是逼近不能完全反映過程的實(shí)際情況，有時(shí)甚至?xí)硪恍┕烙?jì)

4不到的影響。因此，在工程目前主要采用試驗(yàn)建模一過程辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)的方法。建模的方法我們采用響應(yīng)曲線法，響應(yīng)曲線法主要用于階躍響應(yīng)曲線和矩形脈沖響應(yīng)曲線。

圖3 階躍響應(yīng)法 圖4 矩形脈沖響應(yīng)法(1)階躍響應(yīng)曲線的試驗(yàn)測(cè)定：

將被控過程的輸入量作一階躍變化，同時(shí)記錄其輸出量隨時(shí)間而變化的曲線，則稱為階躍響應(yīng)曲線。

階躍響應(yīng)曲線能直觀，完全描述被控過程的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法易于實(shí)現(xiàn)，只要是閥門的開度作一階躍變化即可，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注意：

(a)合理選擇階躍擾動(dòng)量，既不能太大，以免影響正常生產(chǎn)，也不能太小，以防被控過程的不真實(shí)性。通常取階躍信號(hào)值為正常輸入信號(hào)的5％一15％，以不影響生產(chǎn)為準(zhǔn)。(b)試驗(yàn)應(yīng)在相同的測(cè)試條件下重復(fù)做幾次，需獲得兩次以上的比較接近的相應(yīng)曲線，減少干擾的影響。

(c)試驗(yàn)應(yīng)在階躍信號(hào)作正，反方向變化時(shí)分別測(cè)出其相應(yīng)曲線，以檢驗(yàn)被控過程的非線性程度。

(d)試驗(yàn)前，即在輸入階躍信號(hào)前，被控過程必需處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在一次試驗(yàn)完成后，必須是被控過程穩(wěn)定一段時(shí)間后再施加測(cè)試信號(hào)作第二次試驗(yàn)。

考慮到實(shí)際工程的方便，對(duì)主爐溫度控制我們采用階躍響應(yīng)曲線試驗(yàn)建模法。根據(jù) 控制理論來分析，設(shè)計(jì)或改進(jìn)一個(gè)過程控制系統(tǒng)，只有過程的階躍響應(yīng)曲線顯然是不夠的，還必須有階躍響應(yīng)曲線來辨識(shí)被控過程數(shù)學(xué)模型，如微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性、差分方程等。在確定模型參數(shù)時(shí)，首先分析階躍響應(yīng)曲線的形狀，選取一種模型結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。由階躍響應(yīng)曲線辨識(shí)數(shù)學(xué)模型的方法很多，一階慣性環(huán)節(jié)是一種常用的估計(jì)方法。

在過程輸入階躍信號(hào)x0的瞬時(shí)，其響應(yīng)曲線的斜率最大，如圖5所示。

5圖5 階躍響應(yīng)曲線

此時(shí)，其數(shù)學(xué)模型可用一階慣性環(huán)節(jié)來近似，即

w(s)??sK?1

式中參數(shù)K、?的求法如下：(1)過程的靜態(tài)放大系數(shù)

y(?)?y(0)x0K?(2)過程的時(shí)間常數(shù)

對(duì)于上式所示的過程模型，在階躍信號(hào)x0作用下的時(shí)間特性為：

y（t）?Kx0(1?e)

式中，K為過程的放大系數(shù)，可由上式可確定。

圖3．20描繪該方程的曲線圖，表明一階過程對(duì)輸入的突然變化不能瞬時(shí)做出響應(yīng)。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)間間隔等于過程時(shí)間常數(shù)是（t??）過程響應(yīng)應(yīng)僅為完全值得63.2％。從利用上講，除了t??，過程輸出總不會(huì)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值；當(dāng)（t?5?）時(shí)，相應(yīng)近似為最終穩(wěn)態(tài)值。

t??

五、設(shè)備及控制儀表的選型

（1）溫度變送器的選擇

選用JCJ100G溫度變送器，JCJ100G溫度變送器將熱電熱偶所測(cè)的溫度變化通過電路處理，經(jīng)信號(hào)放大后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)。信號(hào)可以供數(shù)字儀表、記錄儀、模擬調(diào)節(jié)器、DCS系統(tǒng)，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)過程檢測(cè)與控制系統(tǒng)。本溫度變送器采用優(yōu)質(zhì)電子器件，性能遠(yuǎn)高于其他同類產(chǎn)品，物美價(jià)廉。（2）控制器選型

按照設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選用一個(gè)KSW-6-16型溫度控制器為1300℃電爐的配套設(shè)備，與鉑銠—鉑熱電偶配套使用，可對(duì)電爐內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量、顯示、控制，并可使?fàn)t膛內(nèi)的溫度自動(dòng)保持恒溫。以硅碳棒為加熱元件的高溫電阻爐，其加熱元件的冷態(tài)與熱態(tài)時(shí)的電阻值相差較大，在長(zhǎng)期使用中硅碳棒的電阻值將逐漸變大。所以必須與調(diào)壓設(shè)備配套使用，KSW-6-16型號(hào)的溫度控制器具有溫度控制和電壓調(diào)節(jié)二種功能，該溫度控制器的溫度顯示有數(shù)字顯示

6和指針顯示二種，其中尤以固態(tài)繼電器為執(zhí)行元件并配以數(shù)字顯示的控制器性能更為優(yōu)越。結(jié)構(gòu)及工作原理：溫度控制器的外殼由鋼板沖壓折制成型并采用鋁合金框架結(jié)構(gòu)，外殼表面采用高強(qiáng)度的靜電噴涂，漆膜光滑牢固?？刂破鞯那安垦b有溫度控制儀表、電壓表、電流表和電源開關(guān)。控制器的內(nèi)部裝有可控硅、線路板及螺旋保險(xiǎn)和接線端子等電器元件。該溫度控制系統(tǒng)采用了優(yōu)質(zhì)電子集成元件，控溫靈敏、性能可靠、使用方便。

其工作原理：熱電偶將電爐內(nèi)部的溫度轉(zhuǎn)換為毫伏電壓值，經(jīng)過集成放大器的放大、比較后，輸出移相控制信號(hào)，有效地控制可控硅的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制硅碳棒的平均加熱功率，使?fàn)t膛內(nèi)的溫度保持恒溫。（3）執(zhí)行器的選擇

PID系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、排料閥。電動(dòng)閥使用電機(jī)作動(dòng)力，氣動(dòng)閥使用壓縮空氣作動(dòng)力，電動(dòng)閥對(duì)液體介質(zhì)和大管道徑氣體效果好，不受氣候影響，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥要求電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和閥體間隙精密，能夠準(zhǔn)確地控制閥門開度，閥芯則根據(jù)重油黏度系數(shù)選用V型半球閥，使其過油能夠連續(xù)通順，并使調(diào)節(jié)與開度盡量滿足線性關(guān)系。為了解決排料的連續(xù)性，選擇了氣動(dòng)控制排料閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為I／P定位器。I／P定位器是二位三通電磁閥。此裝置通過閥門開關(guān)來控制氣缸帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。（4）氣開氣關(guān)選擇

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣開或者氣關(guān)，通常是通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正反作用和調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的不同組裝方式實(shí)現(xiàn)。氣開氣關(guān)的選擇是根據(jù)工藝生產(chǎn)的安全角度出發(fā)來考慮的。在本設(shè)計(jì)中，沸騰焙燒爐的溫度控制，調(diào)節(jié)閥安裝在燃料氣管道上，根據(jù)爐膛的溫度或被加熱物料在加熱爐出口的溫度來控制燃料的供應(yīng)。根據(jù)生產(chǎn)過程的工藝特點(diǎn)和安全要求，保證人身安全原則、系統(tǒng)與設(shè)備安全原則，保證產(chǎn)品的質(zhì)量原則，減少原料和動(dòng)力浪費(fèi)原則，基于介質(zhì)特點(diǎn)的工藝設(shè)備安全原則，本設(shè)計(jì)選用氣開閥更安全些，因?yàn)橐坏庠赐Ｖ构┙o，閥門處于關(guān)閉比閥門處于全開更適合。如果氣源中斷，燃料閥全開，會(huì)使加熱過量發(fā)生危險(xiǎn)。（5）調(diào)節(jié)器正負(fù)作用選擇

副調(diào)節(jié)器作用方式的選擇，確定副被控過程的Ko2，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，燃料量增大，爐膛溫度上升，所以 Ko2 >0。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為正，所以副調(diào)節(jié)器 K 2>0，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。主調(diào)節(jié)器作用方式的選擇，爐膛溫度升高，物料出口溫度也升高，主被控過程 Ko1 > 0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正，所以副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) K 1> 0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。

六、溫度控制器PID參數(shù)整定及仿真

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起

7來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

被控對(duì)象為一階傳遞函數(shù)

3.98W(s)??sK??111.15s?1

采樣時(shí)間為O.2秒，輸入指令為一階階躍信號(hào)。

溫度控制器PID參數(shù)整定方法，應(yīng)用Matlab計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫了算法PID參數(shù)程序，獲得優(yōu)化參數(shù)。

整定后的PID控制階躍響應(yīng)在Matlab環(huán)境下進(jìn)行仿真，仿真控制程序如圖3．31所 示。

圖6 溫度PID控制的Simulink仿真程序

在仿真環(huán)境下焙燒爐設(shè)定1110℃，仿真曲線圖所示。

8圖7 溫度PID整定的階躍響應(yīng)曲線

通過仿真曲線圖7可以看出通過PID參數(shù)能夠使焙燒爐溫度快速穩(wěn)定準(zhǔn)確的跟蹤設(shè)定值，上升時(shí)間大約為8s，調(diào)節(jié)時(shí)間約為10s，超調(diào)量小，基本達(dá)到控制要求。

七、總結(jié)

所設(shè)計(jì)的回路控制策略應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的控制要求，而且能夠提高產(chǎn)品的品質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室整定的PID參數(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器有很好的指導(dǎo)意義，提高了控制精度；為氧化鋁焙燒生產(chǎn)提供保障；減輕了現(xiàn)場(chǎng)工藝人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)也能更加精確、嚴(yán)格的按照設(shè)定好的曲線烘爐，提高爐子內(nèi)襯的使用壽命，為順利生產(chǎn)提供前提保障?？傊簾^程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)成功的應(yīng)用到實(shí)際工程中，滿足實(shí)際項(xiàng)目的工藝要求，降低了現(xiàn)場(chǎng)人員的工作量，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)能量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

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