s7300plc的真空热压烧结炉控制系统设计【字数：10352】
摘 要真空热压烧结炉是当前冶金工业最广泛使用的生产设备，主要用于实现硬质合金、陶瓷和其他难融金属粉末的压制和烧结，提高产品性能。烧结工艺要求真空炉内温度必须按照产品的升温曲线进行控制，对不同的烧结阶段过程中的温度和压力有严格要求。本课题根据烧结工艺要求，采用西门子的S7-300PLC为核心控制器进行PID控制设计，将WinCC作为上位机外加输入输出模块，压力、温度传感器等实现对烧结过程的自动控制。采用WinCC触摸屏设计实现对压力、温度等状态进行实时监控，生动直观的反应了烧结过程中炉内信息与外部器件工作状态，对烧结技术的提升有着重要价值。
Keywords: PLC; vacuum hot pressing sintering furnace; WinCC; PID 目录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2课题研究的现状 1
2.系统方案设计 3
2.1真空热压烧结炉简介 3
2.2工艺要求 3
2.3设计方案选择 4
2.4总体设计方案 4
3.系统硬件设计 6
3.1硬件设计总体框架 6
3.2 PLC选型 6
3.3 PLC的I/O分配表 7
3.4系统原理图设计 9
3.4.1主回路及控制回路设计 9
3.4.2 PLC模块设计 12
4.软件设计 15
4.1软件设计思路 15
4.2硬件配置 17
4.3程序设计 18
4.3.1程序说明 18
5.上位机组态设计 28
5.1组态软件介绍 28
5.2通讯方式 28
5.3数据词典定义 29
5.4组态画面设计 30
6.调试与分析 35
6.1程序调试 35
6.2 WinCC组态调试 36
7.总结与展望 37
参考文献 38
致谢 39 1.绪论
1.1课题研究的背景与意义
真空热压烧结炉常用于冶金工业，烧结是在低 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
于粉末体熔点的温度下进行的，目的在于使颗粒相互间构成冶金联结，通常情况下，烧结工艺对烧结设施性能要求都较高，在真空度、温度、内部压力方面参数控制和整定方面更是严格。不同的产品有对应的工艺要求，炉内的压力和温度也需要根据所到达的生产阶段进行相应调整，这就给烧结炉温度和压力的控制增加了难度，采用PLC与上位机相结合控制烧结炉是目前最常用的控制方案。
在烧结过程中炉温要保持恒定同时也要对压力进行控制，本次课题的研究中对炉温和压力采取PID程序控制，借助可编程控制器的抗干扰能力强、可靠性高、体积小、编程便捷等显著优点对控制程序进行设计，再编写相应的程序完成对PID的控制。
在工业生产的进程中，温度和压力都是最常见、最普遍的过程参数，尤其在冶金工业、化工生产等诸多领域都需对各类加热炉、烧结炉、锅炉的炉温和压力进行检测和控制。采用触摸屏作为人机交换界面更易于使用和掌握，特别是在工作环境恶劣的情况下，有更明显的优势。
本系统采取的触摸屏与PLC相结合的温度、压力控制系统实现了稳定可靠的实时监控，节省了大量的调试和维护时间，通过本设计能够熟习S7300PLC的功性能和编程语言，将自动控制作为核心思想，处理工业生产和制造的问题。
1.2课题研究的现状
烧结技术发展的初期，真空热处理的基本性质、加热特性、真空中金属蒸发和加热的基本规律以及变形问题的研究一直是人们关注的焦点，将研究出来的结论作为基础，开始探究如何通过热处理将金属性能进行提高，真空烧结技术本质上其实就是通过高温热处理改变物体内部性质，通过长久以来的这些研究也给真空热压烧结技术的应用打下了基础。
随着时代的发展，硬质合金企业也拔地而起并迅速壮大，企业的规模化扩张和生产量的增大，这就给烧结设备带来了很大的压力，我国自主研发的烧结设备就目前而言与国外相比还有很大的差距。这些差距主要体现在以下几方面：
温度的稳定性：国外烧结炉内部使用的加热碳管与国内相比分布更均匀，加热管在长度上完全相同，烧结结束后对炉内进行温度测量，进口烧结炉为检测冷却过程中的温度设计了专用接口，操作更方便，测量更精确，国内则是直接从热电偶的备用接口将检测装置探入料盒，造成的直接后果就是料盒密封不严，检测精度不高。
自动控制技术：当前国内对烧结炉控制系统的自动化处理技术还需提高，大部分的工艺流程需要人工进行手动操作，人工进行操作调整需要时间，人工操作时，系统会停止动作，这就给烧结材质的最终精度带来了影响，而且烧结过程中，炉内温度和压力都较高，如若员工操作失误危险系数极高，风险型极大，烧结过程根据不同的材质需进行调整，操作繁琐，不易掌握。
烧结技术的提高关键在于提高系统稳定性和自动控制技术，目前国内计算机技术飞速发展，自动化水平也不断提升，相信在不久的将来，我国的真空热压烧结炉一定可以走出国门面向世界。
2.系统方案设计
2.1真空热压烧结炉简介
真空这一术语来大自意利文Vacuo，其意为虚无，在如今则应理解为气体较少的空间。真空热压烧结炉顾名思义就是在真空环境下，对被加热物体进行保护性烧结的炉子，从结构上分有立式和下出料式两种，主要组成部分有：电炉本体、真空系统、冷却系统、进出料机构等，常用于冶金工业将原材料进行烧结或压制成型。
像金属、陶瓷这些难熔金属中间化合物粉末的烧结，一般常采用无压烧结和有压烧结，烧结炉在冶金工业和陶瓷的处理方面使用较多，常采用电阻式烧结炉和感应式烧结炉，按炉内真空度、加热方式、燃烧介质的不同又可进行细分。
2.2工艺要求
真空热压烧结炉工作过程中，由于炉内气体的抽空，在加热过程中温度上升更快，同时对物体进行施压，可以更迅速更有效的排出物质内部气体，消除气隙的产生，增加物体的密度。
Keywords: PLC; vacuum hot pressing sintering furnace; WinCC; PID 目录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2课题研究的现状 1
2.系统方案设计 3
2.1真空热压烧结炉简介 3
2.2工艺要求 3
2.3设计方案选择 4
2.4总体设计方案 4
3.系统硬件设计 6
3.1硬件设计总体框架 6
3.2 PLC选型 6
3.3 PLC的I/O分配表 7
3.4系统原理图设计 9
3.4.1主回路及控制回路设计 9
3.4.2 PLC模块设计 12
4.软件设计 15
4.1软件设计思路 15
4.2硬件配置 17
4.3程序设计 18
4.3.1程序说明 18
5.上位机组态设计 28
5.1组态软件介绍 28
5.2通讯方式 28
5.3数据词典定义 29
5.4组态画面设计 30
6.调试与分析 35
6.1程序调试 35
6.2 WinCC组态调试 36
7.总结与展望 37
参考文献 38
致谢 39 1.绪论
1.1课题研究的背景与意义
真空热压烧结炉常用于冶金工业，烧结是在低 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
于粉末体熔点的温度下进行的，目的在于使颗粒相互间构成冶金联结，通常情况下，烧结工艺对烧结设施性能要求都较高，在真空度、温度、内部压力方面参数控制和整定方面更是严格。不同的产品有对应的工艺要求，炉内的压力和温度也需要根据所到达的生产阶段进行相应调整，这就给烧结炉温度和压力的控制增加了难度，采用PLC与上位机相结合控制烧结炉是目前最常用的控制方案。
在烧结过程中炉温要保持恒定同时也要对压力进行控制，本次课题的研究中对炉温和压力采取PID程序控制，借助可编程控制器的抗干扰能力强、可靠性高、体积小、编程便捷等显著优点对控制程序进行设计，再编写相应的程序完成对PID的控制。
在工业生产的进程中，温度和压力都是最常见、最普遍的过程参数，尤其在冶金工业、化工生产等诸多领域都需对各类加热炉、烧结炉、锅炉的炉温和压力进行检测和控制。采用触摸屏作为人机交换界面更易于使用和掌握，特别是在工作环境恶劣的情况下，有更明显的优势。
本系统采取的触摸屏与PLC相结合的温度、压力控制系统实现了稳定可靠的实时监控，节省了大量的调试和维护时间，通过本设计能够熟习S7300PLC的功性能和编程语言，将自动控制作为核心思想，处理工业生产和制造的问题。
1.2课题研究的现状
烧结技术发展的初期，真空热处理的基本性质、加热特性、真空中金属蒸发和加热的基本规律以及变形问题的研究一直是人们关注的焦点，将研究出来的结论作为基础，开始探究如何通过热处理将金属性能进行提高，真空烧结技术本质上其实就是通过高温热处理改变物体内部性质，通过长久以来的这些研究也给真空热压烧结技术的应用打下了基础。
随着时代的发展，硬质合金企业也拔地而起并迅速壮大，企业的规模化扩张和生产量的增大，这就给烧结设备带来了很大的压力，我国自主研发的烧结设备就目前而言与国外相比还有很大的差距。这些差距主要体现在以下几方面：
温度的稳定性：国外烧结炉内部使用的加热碳管与国内相比分布更均匀，加热管在长度上完全相同，烧结结束后对炉内进行温度测量，进口烧结炉为检测冷却过程中的温度设计了专用接口，操作更方便，测量更精确，国内则是直接从热电偶的备用接口将检测装置探入料盒，造成的直接后果就是料盒密封不严，检测精度不高。
自动控制技术：当前国内对烧结炉控制系统的自动化处理技术还需提高，大部分的工艺流程需要人工进行手动操作，人工进行操作调整需要时间，人工操作时，系统会停止动作，这就给烧结材质的最终精度带来了影响，而且烧结过程中，炉内温度和压力都较高，如若员工操作失误危险系数极高，风险型极大，烧结过程根据不同的材质需进行调整，操作繁琐，不易掌握。
烧结技术的提高关键在于提高系统稳定性和自动控制技术，目前国内计算机技术飞速发展，自动化水平也不断提升，相信在不久的将来，我国的真空热压烧结炉一定可以走出国门面向世界。
2.系统方案设计
2.1真空热压烧结炉简介
真空这一术语来大自意利文Vacuo，其意为虚无，在如今则应理解为气体较少的空间。真空热压烧结炉顾名思义就是在真空环境下，对被加热物体进行保护性烧结的炉子，从结构上分有立式和下出料式两种，主要组成部分有：电炉本体、真空系统、冷却系统、进出料机构等，常用于冶金工业将原材料进行烧结或压制成型。
像金属、陶瓷这些难熔金属中间化合物粉末的烧结，一般常采用无压烧结和有压烧结，烧结炉在冶金工业和陶瓷的处理方面使用较多，常采用电阻式烧结炉和感应式烧结炉，按炉内真空度、加热方式、燃烧介质的不同又可进行细分。
2.2工艺要求
真空热压烧结炉工作过程中，由于炉内气体的抽空，在加热过程中温度上升更快，同时对物体进行施压，可以更迅速更有效的排出物质内部气体，消除气隙的产生，增加物体的密度。
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