1、电 器控制与可编程控制技术课程设计设计题目： 某化工加热炉控制系统设计学 院： 职业技术学院 专 业： 自动化 班 级： 自动职 101 2013 年 7 月 日设计任务书设计目的1 了解电气控制与可编程控制技术的发展概况、动向和应用领域；2 了解熟悉常用电气控制与可编程控制系统设备的结构机理、电气特性和主要参数；3 理解和掌握基本的控制方法、电气控制、编程方法；4 培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；5 锻炼个人的动手和思维能力；设计任务1. 某化工加热反应釜的组成某化工加热反应釜的结构示意图如图1 所示。图中排气阀 Y1、进料阀 Y2、氮气阀 Y3 和泄放阀 Y4 都为电磁
2、阀，SL1和 SL2 为液位传感器，用于检测液面高度，当液位达到给定值时为 ON 状态，低于给定值时为 OFF 状态，温度传感器 ST和压力传感器 SP 分别用于检测釜内温度和釜内压力，当温度和压力达到给定值时相应传感器为 ON 状态，低于给定值时为OFF 状态。要求设计符合反应釜加热工艺过程的控制程序。SP图 1 加 热 反 应 釜 的 结 构 示 意 图Y4Y1L1STSL2Y2氮 气 阀泄 放 阀Y3排 气 阀 进 气 阀加 热 器KMEHU2反应釜加热工艺过程（1）送料控制检测到液面 SL2、炉内温度 ST、釜内压力 SP 都小于给定值时，传感器SL2、 ST、 SP 均为 OFF 状
3、态；打开排气阀 Y1 和进料阀 Y2；当液位上升到液面 SL1 时，应关闭排气阀 Y1 和进料阀 Y2；延时 20s，打开氮气阀 Y3，氮气进入反应釜，釜内压力上升；当压力上升到给定值，即 SP 为 ON 状态时，关闭氮气阀 Y3，送料过程结束。（2）加热反应过程控制交流接触器 KM 得电，接通加热器 EH 的电源；当釜内温度升高到给定值，即 ST 为 ON 状态时，交流接触器 KM 断电，切断加热电源；延时 10s，加热过程结束。（3）泄放控制打开排气阀，使釜内压力降到预定最低值，即 SP 为 OFF 状态；打开泄放阀，当釜内溶液降至液位下限，即 SL2 为 OFF 状态时，关闭泄放阀和排气
4、阀，系统恢复到原始状态，准备进入下一循环。（4）设置系统的启动按钮和停止按钮。按下启动按钮系统开始工作，按下停止按钮时系统必须在一个循环的工作结束后才能停下来。3设计说明书应包括以下内容（1）系统设计任务分析（2）系统设计方案（3）系统硬件设计PLC 的选型、I/O 地址分配PLC 控制系统的外部接线图（4）系统软件设计程序流程图或功能图控制程序梯形图（5）程序编辑和调试具体要求1、根据指导教师给出的设计任务书编写相关相关程序、画出接线图及仿真系统图。2、在设计任务书中对 CPU 的选择；输入/输出接口的分配；做出硬件设计、软件设计中的流程图、T 型图及 PLC 外部接线图的过程和依据。3、撰
5、写课程设计任务书电气控制与可编程控制技术课程设计 第 I 页目 录摘要 .I第一章 设计方案 .11.1 设计任务书分析 .11.1 1 设计要求 21.1.2 设计分析 21.2 设计思路 .31.3 设计方案 .3第二章 硬件设计 .42.1 功能模块设计 .42.2 芯片介绍 .42.2.1 微控制器 CPU 的选择 .42.2.2 压力传感器 .42.2.3 温度传感器 .52.2.4 液位传感器 .52.3 I/O 地址分配 .62.4 I/O 接线图 .6第三章 程序设计 .73.1 程序设计思路 .73.2 程序设计工具简介 .73.2.1 V4.0 STEP 7 MicroWI
6、N SP6 的功能和操作简介 .73.2.2 STEP7-Micro/WIN 的窗口组件 .73.2.3 STEP7-Micro/WIN 的入门操作 .93.2.4 PLC 控制程序的上传 .93.3 S7-200 的功能和操作简介 .103.4 程序流程框图 .12第四章 系统调试 .14电气控制与可编程控制技术课程设计 第 II 页4.1 调试思路 .144.2 调试方法及过程 .144.3 问题及解决措施 .14第五章 总结 .155.1 硬件 .155.2 程序 .155.2 运行结果 .15心得体会 .16参考文献 .17附录一 控制原理图 .18附录二 程序指令表 .22电气控制与
7、可编程控制技术课程设计 第 1 页摘要随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域，特别是在自动控制领域取得了长足的发展，有了越来越多的应用。PLC 以其可靠性高、灵活性强、易于扩展、通用性强、保用方便等优点，在国民经济建设中得到十分广泛的普及应用。本设计是基于 S7-200 PLC 编程的某化工加热炉控制系统设计。论述了加热炉控制系统的软硬件设计方案及其控制原理。采用的是顺序控制继电器指令。加热炉在一个周期内的工作由 3 段组成。加热炉最初在原始状态，当按下启动按钮，加热炉自动循环地工作，若按下停止按钮，加热炉完成本次循环工作后，停止在初始状态。关键词：S7-200；顺序控制继电器指令；循环工作
8、；CPU 的选择；传感器；电气控制与可编程控制技术课程设计 第 2 页第一章 设计方案1.1 设计任务与分析1.1.1 设计要求（1）送料控制检测到液面 SL2、炉内温度 ST、釜内压力 SP 都小于给定值时，传感器SL2、ST、SP 均为 OFF 状态；打开排气阀 Y1 和进料阀 Y2；当液位上升到液面 SL1 时，应关闭排气阀 Y1 和进料阀 Y2；延时 20s，打开氮气阀 Y3，氮气进入反应釜，釜内压力上升；当压力上升到给定值，即 SP 为 ON 状态时，关闭氮气阀 Y3，送料过程结束。（2）加热反应过程控制交流接触器 KM 得电，接通加热器 EH 的电源；当釜内温度升高到给定值，即 S
9、T 为 ON 状态时，交流接触器 KM 断电，切断加热电源；延时 10s，加热过程结束。（3）泄放控制打开排气阀，使釜内压力降到预定最低值，即 SP 为 OFF 状态；打开泄放阀，当釜内溶液降至液位下限，即 SL2 为 OFF 状态时，关闭泄放阀和排气阀，系统恢复到原始状态，准备进入下一循环。（4）设置系统的启动按钮和停止按钮。按下启动按钮系统开始工作，按下停止按钮时系统必须在一个循环的工作结束后才能停下来。1.1.2 设计分析在设计刚开始时，考虑的是用一般的电磁阀的接通与断开常见指令控制电磁阀和利用传感器开关来实现控制系统，我使用了顺序控制法把程序设计出来，调试运行后发现，使用顺序控制继电器
10、指令确实是简单了许多，所有的内容一目了然。加热炉在送料控制、加热反应过程控制、泄放控制时，可分别用定时器 T38、T36；辅助继电器M0.0、M0.1、M0.2；传感器 SL1、SL2、SP、ST 来进行控制，因此根据加热炉的反应顺电气控制与可编程控制技术课程设计 第 3 页序，可以采用顺序控制继电器指令设计程序能够相对简单的实现此设计任务，把传感器放在不同的位置，就实现了按设计要求规定的周期自动循环控制。1.2 设计思路本次设计采用 CPU 222 作为主控制器，液位传感器输入液位信息，温度传感器采集温度信息，压力传感器输入压力信息，通过两个按钮实现加热炉的顺序自动控制。1.3 设计方案 中
11、央处理单元：采用 CPU 222 对整个系统进行控制，（1） 它将温度、压强、液位的数据输送到 CPU；（2） 接收温度传感器、压强传感器、液位传感器输入的温度、压力、液位数据，对加热炉的整套实施控制。送料控制模块：采集液位、压力、时间信息输送到 CPU 并进行需要的控制。加热反应过程控制模块：采集温度、时间信息输送到 CPU 并进行需要的控制。泄放控制模块：采集液位、压力信息输送到 CPU 并进行需的控制。S7-200 PLCCPU 222送料控制泄放控制加热反应过程控制电气控制与可编程控制器课程设计 第 4 页第二章 硬件设计2.1 功能模块设计2.2 芯片介绍2.2.1 微控制器 CPU
12、 的选择选择西门子 S7-200 系列 PLC 作为加热炉控制系统的控制主机。在西门子 S7-200 系列 PLC 中有 CPU221、CPU222、CPU224、CPU226 等。加热炉控制系统总共有 6 个数字量输入，5 个数字量输出，共需 11 个 I/O 口，根据 I/O 口数及程序容量，选择西门子系列中具有 8 个数字量输入，6 个数字量输出的 CPU222 作为本控制系统的主机。2.2.2 压力传感器力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容微控制器S7-200 PLCCPU 222温度采集压力采集液位采集按钮输入驱动输出 负载
