plc的感应式冶金炉水循环流量控制系统设计【字数：12266】
摘 要随着工业技术以及计算机技术的快速发展，造成环境越来越差，人们的环保意识以及可持续发展意识逐渐增强，我国每年在钢材冶炼方面需要大量的水资源来使锅炉冷却，对水资源造成了极大浪费同时冶金效率不高，因此为了减少水资源浪费，提高冶炼效率，因此设计感应式冶金炉水流量循环控制系统势在必行。本课题是为了提高水资源的重复利用，采用S7-200PLC作为该系统的下位机，利用两个温度传感器、液位传感器、涡轮流量计等传感器来进行数据实时采集，采用变频器、电动调节阀作为执行机构，结合PID算法，然后通过PLC控制整个系统，并且利用组态王作为系统的上位机对该流程进行实时监控，实现人机结合这样的自动化控制系统。
目 录
1 绪论 1
1.1 本选题意义 1
1.2 冶金炉水循环行业的未来发展 1
1.3 系统设计主要任务 2
2 控制系统的介绍 3
2.1 控制系统的概述 3
2.2 控制系统的结构设计 3
2.3 系统的工艺流程 4
3 硬件设计 6
3.1 PLC的选型 6
3.2 PLC I/O资源分配 7
3.3 温度检测 8
3.4 水液位检测 9
3.5 流量检测 10
3.6 执行机构 11
3.7 系统电路设计 13
4 下位机程序 15
4.1 系统总程序设计 15
4.2 液位PID程序设计 16
4.3 流量检测程序 19
5 上位机监控界面设计及调试 22
5.1 上位机选择 22
5.2 PLC与组态王通讯 22
5.3 组态监控界面的设计 23
5.4 系统的调试与运行 26
5.4.1 系统监控运行 26
5.4.2 液位PID程序调试运行 27
5.4.3 流量PID调试 28
结束语 32
参考文献 33
致谢 34
附录 35
1 绪论
1.1 本选题意义< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 冶金炉是在冶金中，对材料进行热加工处理的工业炉。在使用其过程中会产生很高的温度，为了保证冶金过程的顺利完成，同时也为了延长冶金炉的寿命，需要冷却系统随时对冶金炉进行冷却并且冷却系统里面的水还要保持在一定温度范围中，并且为满足国家的环保政策，该设计需要对水进行多次利用，达到废水标准时即当作废水排出。
随着自动化控制水平的快速提高，用户对冷却系统的工作效率要求也随之提高，同时员工的安全意识也逐渐提高，所以通过计算机技术与冶炼生产过程结合，从而进行自动控制有着重要的意义。二者结合的优越性主要在于：对冷却系统内的水资源得到充分利用，可以利用传感器检测冷却水的温度等数据看能否作为冷却水使用以及何时可以打开阀门，这样可以将冷却水得到使用的最大化，将对冷却壁的伤害到最小；通过组态软件人机界面的控制也大大提高了安全性 。
1.2 冶金炉水循环行业的未来发展
随着工业技术的发展以及当前国家提倡环保、节约等政策，在冶金炉水循环中利用PLC，让电气控制与仪表检测系统的结合利用变的非常普及，同时随着PLC的技术的发展与成熟，使得PLC的联网通讯功能更加强大，所以对冶金炉水循环系统提出了更高的要求。
冶金炉冷却塔系统原来是通过人工检测冶金炉壁的温度，通过人为操作去控制水流量的大小，最后利用冷水去冷却冶金炉，这种人工操作首先缺乏精度标准，人工操作，靠手和眼感受没有具体数据分析，其次对资源浪费因为人工操作无法对冶金炉冷却系统的水温进行准确冷却，只是一个模糊的冷却，可能造成冷却时间以及温度都不在最好的状态。但现如今有了PLC，PLC可以让温度检测系统，水流量系统，以及水位检测系统，实现几个系统之间的相互通讯，充分节约时间，提高办事效率同时也节约了资源。
在冶金企业中应用PLC技术，不仅可以完善生产作业环境，同时还可以通过编程指令的运用，可以建立起自动化的生产制作流程，从而降低人力资源的使用，增强该领域的技术含量。传统控制技术难以实现钢铁企业的实际生产要求，PLC技术在流程设计上进行了革新，通过编程后设备可以有效完成高难度、高精度的生产任务，提升了生产效率，增加了钢铁生产总量。
1.3 系统设计主要任务
本课题是基于PLC冶金炉感应式水循环流量控制，采用组态王为该系统的上位机，PLC为下位机，并且利用温度传感器、液位传感器以及涡轮流量计进行实时收集数据传到PLC，然后通过PLC控制变频器和电动调节阀等执行器，并且通过上位机组态王软件，实现对数据的实时监控，保证整个系统可以通过计算机进行实时运行。
2 控制系统的介绍
2.1 控制系统的概述
该课题主要研究冶金炉的冷却系统，使用组态王对该感应式冶金炉水循环系统进行控制，满足感应式冶金炉在使用过程中，通过循环水对其中空线圈进行冷却。冷却水的流程为：循环水经运行设备后进入循环水池1，当水池1的水温大于温度的要求值，那么循环水就会升至到冷却塔，在冷却塔中冷却，直至循环水测量温度值小于温度要求值，才会进入水池2，然后进入冶金炉当作冷却水使用；当水池1温度小于温度要求值时，那么循环水会直接进入水池2然后进入冶金炉如当冷却水使用。感应式冶金炉水循环流量控制的主要过程图如图21所示：
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图21感应式冶金炉水循环流量控制主要过程图
2.2 控制系统的结构设计
本设计采用西门子S7200PLC作为控制系统核心，同时采用EM235作为扩展模块，采用组态王进行上位机监控。该系统首先利用温度传感器对水余热进行检测，检测是否达到冷却水标志，采集的数据通过温度变数器传送给PLC，接下来还需要对水池进行水位检测，同时在该系统中有一个PID控制，这样才能使误差变小，对液位调节更加的精确。管道部分有个涡轮流量计对实时流速进行记录，通过温度传感器1检测到的温度与理想温度的误差范围，来调节电动调节阀，改变电动调节阀开度，加大水通过的流量或者降低水的通过的流量，该部分通过电动调节阀控制。因此整个系统设计需要的输入模块有2个温度传感器，水池液位传感器，以及涡轮流量计，输出模块有变频器、电动调节阀，另外需要一台PLC以及一台PC机。
目 录
1 绪论 1
1.1 本选题意义 1
1.2 冶金炉水循环行业的未来发展 1
1.3 系统设计主要任务 2
2 控制系统的介绍 3
2.1 控制系统的概述 3
2.2 控制系统的结构设计 3
2.3 系统的工艺流程 4
3 硬件设计 6
3.1 PLC的选型 6
3.2 PLC I/O资源分配 7
3.3 温度检测 8
3.4 水液位检测 9
3.5 流量检测 10
3.6 执行机构 11
3.7 系统电路设计 13
4 下位机程序 15
4.1 系统总程序设计 15
4.2 液位PID程序设计 16
4.3 流量检测程序 19
5 上位机监控界面设计及调试 22
5.1 上位机选择 22
5.2 PLC与组态王通讯 22
5.3 组态监控界面的设计 23
5.4 系统的调试与运行 26
5.4.1 系统监控运行 26
5.4.2 液位PID程序调试运行 27
5.4.3 流量PID调试 28
结束语 32
参考文献 33
致谢 34
附录 35
1 绪论
1.1 本选题意义< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 冶金炉是在冶金中，对材料进行热加工处理的工业炉。在使用其过程中会产生很高的温度，为了保证冶金过程的顺利完成，同时也为了延长冶金炉的寿命，需要冷却系统随时对冶金炉进行冷却并且冷却系统里面的水还要保持在一定温度范围中，并且为满足国家的环保政策，该设计需要对水进行多次利用，达到废水标准时即当作废水排出。
随着自动化控制水平的快速提高，用户对冷却系统的工作效率要求也随之提高，同时员工的安全意识也逐渐提高，所以通过计算机技术与冶炼生产过程结合，从而进行自动控制有着重要的意义。二者结合的优越性主要在于：对冷却系统内的水资源得到充分利用，可以利用传感器检测冷却水的温度等数据看能否作为冷却水使用以及何时可以打开阀门，这样可以将冷却水得到使用的最大化，将对冷却壁的伤害到最小；通过组态软件人机界面的控制也大大提高了安全性 。
1.2 冶金炉水循环行业的未来发展
随着工业技术的发展以及当前国家提倡环保、节约等政策，在冶金炉水循环中利用PLC，让电气控制与仪表检测系统的结合利用变的非常普及，同时随着PLC的技术的发展与成熟，使得PLC的联网通讯功能更加强大，所以对冶金炉水循环系统提出了更高的要求。
冶金炉冷却塔系统原来是通过人工检测冶金炉壁的温度，通过人为操作去控制水流量的大小，最后利用冷水去冷却冶金炉，这种人工操作首先缺乏精度标准，人工操作，靠手和眼感受没有具体数据分析，其次对资源浪费因为人工操作无法对冶金炉冷却系统的水温进行准确冷却，只是一个模糊的冷却，可能造成冷却时间以及温度都不在最好的状态。但现如今有了PLC，PLC可以让温度检测系统，水流量系统，以及水位检测系统，实现几个系统之间的相互通讯，充分节约时间，提高办事效率同时也节约了资源。
在冶金企业中应用PLC技术，不仅可以完善生产作业环境，同时还可以通过编程指令的运用，可以建立起自动化的生产制作流程，从而降低人力资源的使用，增强该领域的技术含量。传统控制技术难以实现钢铁企业的实际生产要求，PLC技术在流程设计上进行了革新，通过编程后设备可以有效完成高难度、高精度的生产任务，提升了生产效率，增加了钢铁生产总量。
1.3 系统设计主要任务
本课题是基于PLC冶金炉感应式水循环流量控制，采用组态王为该系统的上位机，PLC为下位机，并且利用温度传感器、液位传感器以及涡轮流量计进行实时收集数据传到PLC，然后通过PLC控制变频器和电动调节阀等执行器，并且通过上位机组态王软件，实现对数据的实时监控，保证整个系统可以通过计算机进行实时运行。
2 控制系统的介绍
2.1 控制系统的概述
该课题主要研究冶金炉的冷却系统，使用组态王对该感应式冶金炉水循环系统进行控制，满足感应式冶金炉在使用过程中，通过循环水对其中空线圈进行冷却。冷却水的流程为：循环水经运行设备后进入循环水池1，当水池1的水温大于温度的要求值，那么循环水就会升至到冷却塔，在冷却塔中冷却，直至循环水测量温度值小于温度要求值，才会进入水池2，然后进入冶金炉当作冷却水使用；当水池1温度小于温度要求值时，那么循环水会直接进入水池2然后进入冶金炉如当冷却水使用。感应式冶金炉水循环流量控制的主要过程图如图21所示：
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图21感应式冶金炉水循环流量控制主要过程图
2.2 控制系统的结构设计
本设计采用西门子S7200PLC作为控制系统核心，同时采用EM235作为扩展模块，采用组态王进行上位机监控。该系统首先利用温度传感器对水余热进行检测，检测是否达到冷却水标志，采集的数据通过温度变数器传送给PLC，接下来还需要对水池进行水位检测，同时在该系统中有一个PID控制，这样才能使误差变小，对液位调节更加的精确。管道部分有个涡轮流量计对实时流速进行记录，通过温度传感器1检测到的温度与理想温度的误差范围，来调节电动调节阀，改变电动调节阀开度，加大水通过的流量或者降低水的通过的流量，该部分通过电动调节阀控制。因此整个系统设计需要的输入模块有2个温度传感器，水池液位传感器，以及涡轮流量计，输出模块有变频器、电动调节阀，另外需要一台PLC以及一台PC机。
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