第一篇：課程設計--病床呼叫控制系統的設計

※目 錄 ※

一、概述

（1）PLC簡介?????????????????第3頁（2）可編程控制器的發展????????????第3頁（3）可編程序控制器的基本結構及工作原理????第4頁（4）設計課題簡介???????????????第4頁

二、設計任務和要求???????????????第5頁

三、設計方案說明????????????????第7頁

四、電氣控制系統的主電路設計??????????第8頁

五、PLC控制器的選擇及編程元件的地址分配????第10頁

六、PLC控制程序設計

（1）I/O接線圖設計??????????????第12頁

（2）功能圖表?????????????????第12頁

（3）梯形圖設計????????????????第13頁

（4）指令表??????????????????第16頁

七、程序調試方式及過程說明???????????第20頁

八、設計中的心得體會??????????????第21頁

九、參考文獻???????????????????第22頁

1、PLC簡介

可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產實踐。

2、可編程控制器的發展

1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數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。隨著集成電路技術和計算機技術的發展，現在已有第五代PLC產品了。在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業和以物理變化和化學變化將原料轉化成產品為特征的過程工業中，除了以連續量為主的反饋控制外，特別在制造工業中存在了大量的開關量為主的開環的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作;另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制;以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數器、模擬量的越限報警等狀態量為主的—離散量的數據采集監視。由于這些控制和監視的要求，所以PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產品。

3、可編程序控制器的基本結構及工作原理

PLC種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用可編程序控制器實施控制，其實質是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現，應用于工業現場。PLC專為工業現場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由CPU、電

PLC的結構框圖如圖1.1所示。

4、課題研究意義

而隨著社會的進步和發展，醫療水平的不斷提高，現代醫院護理需要簡易及時地獲知并處理病人的突發病況，實現患者在住院的任意時間可請求醫生或護士進行診斷或護理。基于PLC設計的醫院病床呼叫系統是患者向值班醫生或護士發出緊急呼叫的工具,能及時、準確、可靠地實現病房呼叫管理，避免了人工呼叫的不便與效果差等缺點，它是現代醫院提高醫院和病室護理水平必不可少的設備。

有了病床呼叫控制系統，醫院的護理工作變得更加方便全面，不用再為值班醫生和護士未能及時發現突發病況而煩惱。基于可編程控制器PLC設計的病床呼叫系統可以及時、準確、可靠地實現病房呼叫管理,具有良好的應用前景。

5、課程設計的性質和意義

本次課程設計教學的主要任務是在學生學完《PLC原理與實踐》理論課程后，進行的實踐教學。通過課程設計一方面可驗證所學的基本理論知識，同時培養同學們的基本操作技能與與設計能力，是的課堂上所學的理論知識在實踐中靈活運用。

二、設計任務和要求

1、總體要求：

學生要按課程設計任務書內容要求執行，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行病床呼叫系統運行原理設計、硬件系統設計、軟件系統設計、創新設計，提高理論知識工程應用能力、系統調試能力、分析問題與解決問題的能力。）設計原則

① 最大限度的滿足機械電氣設備或生產過程的控制要求； ② 在滿足控制要求的情況下，力求使控制系統簡單、經濟； ③ 保證控制系統的安全可靠；

④ 考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應當留有余地。2）設計內容

① 擬定控制系統設計的技術要求；

② 選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執行元件；

③ 選定PLC型號；

④ 編制PLC的輸入/輸出端子接線圖；

⑤ 根據系統設計的要求編寫軟件規格說明書，然后在用相應的編程語言進行程序設計；

⑥ 設計操作臺、電氣柜及非標準電器元件；

⑦ 編寫設計說明書和使用說明書。3）設計步驟

① 深入了解和分析被控制對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；

④ 設計控制系統梯形圖；

⑤ 輸入并調試程序。

2、具體任務要求： 1）設計課題 病床呼叫系統 2）控制要求

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

② 設每一層樓有一護士站，每一護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內按下重置按鈕時，該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍，④ 在護士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號，用指示燈顯示 哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕，并要具有優先級判別的能力；

⑤ 一旦護士看見護士站緊急呼叫閃爍燈后，須先按下護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、設計方案說明

通過對病床呼叫系統的PLC控制的設計任務和控制要求進行分析，可以初步得出設計方案：該病床呼叫系統由從機、主機等兩部分組成。從機(呼叫源)即病床按鈕，主機包括PLC 及指示燈報警系統。呼叫源每張病床配備一個，呼叫源一般放在病床床頭。患者有呼叫請求時，按下手持式按鈕向護士站呼叫。主機中PLC 工作方式為循環掃描方式，在系統程序控制下，PLC 順序讀入輸入端口各呼叫源的狀態, 并且不斷地循環掃描。一旦有呼叫按鈕按下且未在5秒內按下重置按鈕，PLC 立即響應, 通過設置的程序實現對系統的控制：點亮床頭指示燈和護士站報警指示燈，并通過報警指示燈指出病房號；同時，病房門口報警指示燈也被點亮。并通過互鎖實現優先級別判斷的能力（即只有在護士處理完首先呼叫的病床后進行按鈕置位后，其他病床方可繼續呼叫，以實現優先級）。主機監控系統響應后，將出現相應的光報警指示，以便提示醫護人員盡快趕到現場。此外，系統采用主從結構形式后，主機中的PLC 還可以通過網線與計算機相接，將多個護士站聯網構成病房監護管理中心。

因此初步選定如下裝置：啟動/復位開關9個（病床6個、護士站3個）、停止開關1個、指示燈12個（病床6個、病房門口3個、護士站3個），并帶有計時功能；設計要求PLC控制器為10入/12出，可以選用SIMATIC-S7-200系列的CPU224和一個EM222擴展模塊。通過互鎖實現優先級別判斷的能力。

四、電氣控制系統的主電路設計

1、開關、繼電器、計數器分配 停止按鈕(I0.0)1號房1號床開關——I0.1 1號房2號床開關——I0.2 2號房1號床開關——I0.3 2號房2號床開關——I0.4 3號房1號床開關——I0.5 3號房2號床開關——I0.6 1號房開關——I0.7 護士站對應2號房開關——I1.0 護士站對應3號房開關——I1.1 1號房門口指示燈繼電器——Q0.0 1號房1號床指示燈繼電器——Q0.1 1號房2號床指示燈繼電器——Q0.2 2號房門口指示燈繼電器——Q0.3 2號房1號床指示燈繼電器——Q0.4 2號房2號床指示燈繼電器——Q0.5 3號房門口指示燈繼電器——Q0.6 3號房1號床指示燈繼電器——Q0.7 3號房2號床指示燈繼電器——Q1.0 護士站對應1號房指示燈繼電器——Q1.1 護士站對應2號房指示燈繼電器——Q1.2 護士站對應3號房指示燈繼電器——Q1.3 1號房1號床計時器——T101 1號房1號床計時器——T102 1號房1號床計時器——T103 1號房1號床計時器——T104 1號房1號床計時器——T105 1號房1號床計時器——T106

2、電路設計圖如下

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，這一系列產品可以滿足多種多樣的自動化控制要求，由于具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得S7-200 PLC可以滿足小規模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業自動化問題時，具有很強的是適用性。

1臺S7-200 PLC包括一個單獨的S7-200 CPU，或者帶有各種各樣的可選擴展模塊。S7-200 CPU模塊包括一個中央處理單元（CPU）、電源以及數字量I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU負責執行程序和存儲數據，以便對工業自動化控制任務或過程進行控制；輸入和輸出是系統的控制點：輸入部分從現場設備中采集信號，輸出部分則控制泵、電機、以及控也過程中的其他設備；電源向CPU 及其所連接的任何設備提供電力；通訊端口允許將S7-200 CPU同編程器或其他一些設備連起來；狀態信號燈顯示了CPU 的工作模式（運行或停止），本機I/O的當前狀態，以及檢查出來的系統錯誤；通過擴展模塊可提供其通訊性能；通過擴展模塊可增加CPU的I/O點數（CPU 221不擴展）；一些CPU有內置的實時時鐘，或添加實時時鐘卡；EEPROM卡可以存儲CPU程序，也可以將一個CPU中的程序送到另一個CPU中；通過可選的插入式電池盒可延長RAM中的數據存儲時間；最大I/O配置。

通過對病床呼叫系統的PLC控制的設計任務和控制要求進行分析，確定的設計方 PLC控制器為10入/12出，考慮到要留有一些可擴展的單元，故可以選用SIMATIC-S7-200系列的CPU224和一個EM222擴展模塊。

2、編程元件的地址分配 ① 輸入信號

停止按鈕開關SB0——I0.0 1號房1號床開關SB1——I0.1 1號房2號床開關SB2——I0.2 2號房1號床開關SB3——I0.3 2號房2號床開關SB4——I0.4 3號房1號床開關SB5——I0.5 3號房2號床開關SB6——I0.6 護士站對應1號房開關SB7——I0.7 護士站對應2號房開關SB8——I1.0 護士站對應3號房開關SB9——I0.1 ② 輸出信號

1號房門口指示燈繼電器KM0——Q0.0 1號房1號床指示燈繼電器KM1——Q0.1 1號房2號床指示燈繼電器KM2——Q0.2 2號房門口指示燈繼電器KM3——Q0.3 2號房1號床指示燈繼電器KM4——Q0.4 2號房2號床指示燈繼電器KM5——Q0.5 3號房門口指示燈繼電器KM6——Q0.6 3號房1號床指示燈繼電器KM7——Q0.7 3號房2號床指示燈繼電器KM8——Q1.0 護士站對應1號房指示燈繼電器KM9——Q1.1 護士站對應2號房指示燈繼電器 KM10——Q1.2 護士站對應3號房指示燈繼電器KM11——Q1.3 ③ 內存變量

1號房1號床計時器——T101 1號房1號床計時器——T102 1號房1號床計時器——T103 1號房1號床計時器——T104 1號房1號床計時器——T105 1號房1號床計時器——T106

PLC控制程序設計

1、I/O接線圖設計

2、功能表圖

、梯形圖設計

4、指令表

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

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

七、程序調試方式及過程說明

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

打開西門子s7-200仿真程序漢化版，輸入密碼，設定PLC的CPU型號為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，點擊命令“切換到運行狀態”，打開“查看“使用”內存監視“命令輸入你所要觀察

通過對仿真程序中指示燈的運行狀態的觀察來檢驗程序是否準確，并對錯誤部分進行修改，完成程序。

在程序運行過程中可以配合秒表，手表等器材大概的估計時間的準確性，并實時的對錯誤的程序段進行標記，以方便后面的修正工作。最好有兩個人分工協作對程序校驗，以免一個人分心做不同的事而造成不必要的錯誤。

八、設計心得體會

在郭老師的指導和自己花了一個多星期時間的努力下，終于把這次的課程設計順利完成了。這次病床呼叫系統的設計是在我們學完《PLC原理與實踐》理論課程后，進行的一項可編程控制器相關知識綜合應用的實踐訓練。

課程設計的過程中，我加深了對PLC理論知識、梯形圖、指令表、外部接線圖的理解；學會了西門子編程軟件及PLC控制仿真軟件的使用，在不斷的調試各自的程序中，發現了很多存在的問題并進行研究解決。在課程設計之初，剛拿到課題和任務書的我感到無從下手，后來經過自己對課程理論知識的進一步復習及查閱相關資料，同時得到了郭老師的細心指導和同學們的熱情幫助，才較順利的完成了此次的課程設計。

總的來說，這次關于病床呼叫系統的課程設計整個過程自己收獲較大。通過本次課程設計，首先我不僅復習、鞏固和驗證了自己所學的PLC相關理論知識，而且也初步培養了自己在PLC相關課程設計的基本操作技能與設計能力以及將課堂上所學的理論知識運用于實踐中；其次設計過程中所遇到的問題，讓自己清楚認識到前期自己所學的知識沒理解、掌握的還不是非常牢固，警示了自己今后要加強理論知識的學習；再者讓我學會了如何更好的和老師、同學交流、探討問題，共同學習，相互幫助；最后也是最重要的，這次課程設計讓我學會了較基本的設計思路及設計理念，更好的培養了自己認真思考問題、分析問題、思索問題全面性等能力以及對待事情認真、耐心、細致的學習態度。

九、參考文獻

1、《PLC原理與實踐》 殷洪義 吳建華 主編

第二篇：PLC課程設計基于PLC的霓虹燈控制系統設計

基于PLC的霓虹燈控制系統設計

電科班

一、摘要

隨著改革的不斷深入,社會主義市場經濟的不斷繁榮和發展,大中小城市都在進行亮化工程。企業為宣傳自己企業的形象和產品,均采用廣告手法之一:霓虹燈廣告屏來實現這一目的.當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,另配大型廣告語或宣傳畫來達到宣傳的效果。這些燈的亮滅,閃爍時間及流動方向等均可以通過PLC來達到控制的要求。

隨著P

LC技術的發展，PLC產品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結構形式、指令系統、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統的技術經濟指標有著重要意義。

PLC的選擇主要應從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯網能力等方面加以綜合考慮。

PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：

(一)合理的結構型式，(二)

安裝方式的選擇，(三)相應的功能要求，(四)響應速度要求，(五)系統可靠性的要求，(六)機型盡量統一。

二

.控制系統介紹及控制要求

本控制系統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，進行燈的自動閃爍，達到宣傳的目的。如圖1，八個字能按順序地進行亮滅，并且邊框的燈能同時地隔位閃爍。

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根燈管亮滅的時序為：第1根亮→2亮→3亮→……→第8根亮，時間間隔為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；再從第8根開始亮，順序點亮7→6→……→1，時間間隔1s，顯示5s，再從1→2→……→8按1s間隔順序熄滅，全滅后停亮2s，然后重復運行，周而復始。

（2）24只流水燈，4個一組分成6組，從Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s時間間隔依次向前移動，且點亮時每相隔1燈為亮，即從Ⅰ“、”亮→Ⅱ“、”亮，同時Ⅰ“、”滅→Ⅲ““、”亮，同時Ⅱ“、”滅……，如此移動一段時間（如30s）后，再反過來移動一段時間：Ⅵ“、”亮

→Ⅴ“、”亮，同時Ⅵ“、”滅，……如此循環往復。

（3）系統有單步/連續控制，有起動和停止按鈕。

（4）起動時，燈管和流水燈同時起動，關閉時，可同時也可分別關閉。

（5）要求有移位指令的應用

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

三.工作原理

1.I/O分配

根據控制要求，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為啟動開關,SB2為停止開關,SB3為單步連續選擇開關SB4為不進按鈕開關.Q0.0～Q0.7控制霓虹燈用的發光管模擬顯示，Q1.0～Q2.1控制6組流水燈泡。如表1

輸入接點

輸入開關名稱

I0.0

啟動按鈕SB1

I0.1

停止按鈕SB2

I0.3

單步/連續開關SB3

I0.4

步進按鈕開關SB4

輸出接點

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型號的選擇

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

50/60Hz。

3.硬件接線圖

圖

4．時序圖

5.流程圖

6.梯形圖及程序

0.1啟動

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路燈管單獨停止

LD?????I0.2

MOVB???16#0,?MB0

MOVW???16#0,?VW0

24l路循環燈管單獨停

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

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路循環燈控制，由于2個燈同時亮，所以每2個共用一個輸出點。QB1單數燈管，QB2雙數燈管（雙數的燈管安裝順序與單數燈管相反，即Q1.0-----Q1.5對應燈管1,3-------21,23，Q2.0-----Q2.5對應燈管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、設計心得

本程序是用STL圖所寫的，在啟動按鈕按下以后，有兩步程序同時運行，一個是霓虹燈字的亮滅，一個是四周邊框流水燈的亮滅。霓虹燈字的亮滅：在按下啟動按鈕以后，八個字會按要求亮滅，主要是計時器控制的，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，狀態就比較多了，我是把每一中亮的情況都納入一個狀態的，所以有6中狀態，然后在循環，在30秒過后，會由正序的亮轉換成反序的亮。反序的亮30秒都又轉換成正序的兩，這個30秒我是用計數器控制的，因為每一個循環是6秒，那30秒就是5次，計到5次都才會進行正反序的轉換。

經過這次的課程設計，使得我對PLC的掌握進一步的增強，加深了對PLC它們的理解，并對PLC產生了濃厚的興趣，但是我也深深的知道自己的不足之處，比如說對應用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復雜程度。多在學習過程中不能想通的問題，在PLC調試過程中，終于得以解決。可以看出它對理論教學起到了必要的補充和額拓寬作用，對培養既具有扎實理論功底又具有相當實踐能力的人才必不可少。在這次的課程中，我發現PLC在工業控制中的作用很大，它能使人的控制轉變成電腦的控制，大大地降低了產品的成本，很大地提高生產效率。

在此過程中我還發現到修改完善程序的重要性。當時編完一個程后感覺是正確的。就是這樣還要仔細檢查自己的程序。考慮到各種可能發生的情況。

經過這次課程設計培養了我們的設計能力以及全面的考慮問題能力。學習的過程是痛苦的但是收獲成功的喜悅更是讓人激動的。相信通過這次課程設計它對我以后的學習及工作都會產生積極的影響。

五、參考文獻

1．史國生主編

《電氣控制與可編程控制器技術》

北京:

化學工業出版社

2005.2

2．尹宏業主編

《PLC可編程控制器教程》

北京：航空工業出版社

1997

3．廖常初主編

《PLC編程及應用

》

北京：機械工業出版社

2002

4．張萬忠主編

《可編程控制器應用技術》

北京：

化學工業出版社

2002

5．張鳳珊主編

《電器控制及可編程控制器》

北京：中國輕工業出版社

2001

第三篇：搶答器PLC控制系統課程設計

搶答器PLC控制系統設計

一、搶答器PLC電氣控制系統設計任務書

1．搶答器工藝的技術要求

實用搶答器的這一產品是各種競賽活動中不可缺少的設備，無論是學校、工廠、軍隊還是益智性電視節目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數是早期設計的，只具有搶答鎖定功能的一個電路，以模擬電路、數字電路或者模擬電路與數字電路相結合的產品，這部分搶答器已相當成熟。現在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復位、報警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現）、屏幕顯示、按鍵發光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單(有的甚至沒有顯示電路)，無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級換代。本設計要求就是利用PLC作為核心部件進行邏輯控制及信號的產生，用PLC本身的優勢使競賽真正達到公正、公平、公開。

2．搶答器電氣控制系統設計要求

1）搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。

2）設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。

3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發出報警聲響提示。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。

4）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。

5）參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。

6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。

二、搶答器PLC電氣控制系統總體設計過程

第四篇：plc臺車呼叫控制系統實踐報告

plc臺車呼叫控制系統實踐報告模板

課程設計的目的

學生根據控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行臺車呼叫運行原理設計、硬件系統設計、軟件系統設計、創新設計，提高理論知識工程應用能力、系統調試能力、分析問題與解決問題能力。

課程設計題目

臺車呼叫系統：在一生產線上有八個施工點，一個物料臺車，每一個施工

點有一個呼叫開關。當沒人呼叫時，可呼叫指示燈亮。當有一工位呼叫時，可呼叫指示燈滅，同時臺車向呼叫位運動；到達呼叫點后，臺車停30S供使用，在此期間其他工位不可呼叫。當30S后，其他工位可呼叫，可呼叫指示燈亮。當呼叫位在臺車位置上面時，運動電機正轉，下面時，運動電機翻轉。

課程設計的內容

1）設計出硬件系統的結構圖、接線圖、時序圖等； 2）系統有啟動、停止功能；

3）運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序； 4）程序結構與控制功能自行創新設計； 5）進行系統調試，實現臺車呼叫的控制要求。

系統總體方案設計

1系統硬件配置及組成原理

為了區別，工位依1～8編號并各設一個限位開關。每個工位設一呼車按鈕，系統設啟動按鈕和停機按鈕各1個，臺車設正反轉接觸器各1個，由于各工位呼車指示燈同時動作，故各工位均使用同一個呼車指示燈。系統布置圖如圖1所示。

圖1系統布置圖

整個系統由電源控制電路、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系統的能源，由可編程控制器PLC來讀取按鍵的狀態，再經過處理來控制工作指示燈和臺車的運動狀態。如圖2所示。

圖2系統組成圖

2、系統變量定義及分配表 系統變量定義

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其外部有一對物理的輸入端子與之對應，該觸點用于接受并存儲外部輸入的開關信號，當外部的開關信號閉合，則輸入繼電器的線圈得電，在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。常開和常閉軟觸點可以在編程中任意使用，次數不受限制。

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其外部有一對物理的輸出端子與之對應。它的作用是具有一常開觸點用于向外部負載發送信號，每一輸出繼電器的常開硬觸點與可編程控制器的一個輸出點相連直接驅動負載，它也提供了無數的常開和常閉軟觸點用于編程。在此程序中小車電動機的正轉、反轉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存儲器的位存儲區，它是由軟件來實現的，用于狀態暫存，移位輔助運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應，因此不受外部信號的直接控制其觸點也不能直接驅動外部負載。絕大多數的繼電器線圈由用戶程序驅動。

T為定時器，定時器是可編程序控制器中的重要的編程軟件，是累計時間增量的內部器件。使用時要提前輸入時間設定值，當定時器的輸入條件滿足時開始計時，當前值按一定的時間單位從0開始增加，當定時器的當前值達到設定值則觸點動作。利用定時器的觸點就可以完成所需要的定時控制任務。在課程設計中用到了T37斷開延時定時器。I/O分配

根據控制要求，系統的輸入信號有：啟動信號、停止信號，1號位-8 號位的限位開關STl—ST8，1號位-8號位的呼叫開關SB1～SB8;系統的輸出信號有：前進控制電機接觸器驅動信號、后退控制電機接觸器驅動信號，可呼叫指示燈信號。共需實際輸入點數18個，輸出點數4個。因實際PLC控制臺的輸入口不夠用，所以限位開關用PLC的I/O口，啟動、停止及呼叫控制用觸摸屏編寫。系統的I/O分配表如表所示：

控制系統設計

1、控制程序流程圖設計

流程圖主要由過程動作、有向連線、轉換條件組成。過程與動作：順序控制設計法最基本的思想是將系統的一個工作周期劃分為若干個相連的階段，這些階段稱為過程。過程是根據輸出量的狀態變化來劃分的，在任何一個過程之內，各輸出量的ON/OFF狀態不變。但是相鄰兩過程輸出量的狀態是不同的。過程的這種劃分使代表各過程的編程元件的狀態與各輸出量之間的邏輯關系極為簡單。當系統正處于某一過程所在的階段時，該過程處于活動狀態，稱該過程為“活動”過程。

2、控制程序設計思路

如果小車先在高位時，小車依次停止在ST8~ST1位置，梯形圖中并聯各低位開關，當低位呼車時，由于給位置線圈對應的常開觸點自鎖，各低位呼車無效，再串聯各呼車位的常閉線圈，使其他位呼車無效，各低位的開關依次減少，如果小車先在低位時，也是按上述接梯形圖。按下系統啟動。起互鎖作用，得電，按下，小車向SB8駛去，同時到這7個限位開關互鎖，其他呼車按鈕失效，也起互鎖作用，電動機正轉到8號位，到達時定時器開始計時，時間為30s，定時時間到，T37打開，其他呼車按鈕恢復作用,小車開始等待響應下一個呼車信號。同理，電動機反轉時，停車時間為30s，定時時間到，T37打開，其他呼車按鈕恢復作用。電動機既不正轉也不反轉，并且沒用工位使用臺車，那么可呼車指示燈亮。

程序設計

1、PLC程序設計

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

第五篇：氧化鋁焙燒溫度控制系統課程設計-精品

氧化鋁焙燒溫度控制系統課程設計

摘要：氧化鋁是電解鋁生產的主要原料，針對我國礦石特點，我國氧化鋁的生產工藝主要采用的是拜爾法和燒結法以及混聯法，在拜爾法中焙燒工序是氧化鋁生產必不可少的一個過程，并且是整個氧化鋁生產的最后一道工序，該生產過程的主要任務是將來自分解或平盤的帶有附著水的氫氧化鋁物質在焙燒爐中高溫煅燒，脫除附著水和結晶水，從而生成物理化學性質符合電解要求的氧化鋁。氧化鋁焙燒的主要工藝參數是灼燒溫度．灼燒溫度的高低與穩定與否直接決定著氧化鋁的出廠質量，所以穩定控制氧化鋁灼燒溫度是保證氧化鋁生產質量 的主要途徑。本文以氧化鋁焙燒生產過程控制系統為背景，開展了氧化鋁焙燒生產過程控制策略的研究和控制系統的設計以及器件的選型。

關鍵詞：氧化鋁焙燒；器件選型；串級控制系統；PID參數整定

一、氧化鋁生產工藝

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

目前，我國氧化鋁工業采用的生產方法有燒結法，混聯法和拜耳法三種，其中燒結法占20.2％，混聯法占69.4％，拜耳法占10.4％。雖然燒結法的裝備水平和技術水平在今年來有所提高，但是我國的燒結技術仍處于較低水平。而由于拜耳法和燒結混合法組成的混聯法，不僅由于增加了燒結系統而使整個流程復雜，投資增大，更由于燒結法系統裝備水平和技術水平不高，使得氧化鋁生產的能耗增大，成本增高，降低我國氧化鋁產品在世界市場上的競爭力。拜耳法比較簡單，能耗小，產品質量好，處理高品位鋁土礦石，產品成品也低。目前全世界90％的氧化鋁是用拜耳法生產的。

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系。高溫和高濃度的鋁酸鈉溶液處于比較穩定的狀態，而在溫度和濃度降低時則自發分解析出氫氧化鋁沉淀，拜耳法便是建立在這樣性質的基礎上的。

下面兩項主要反映是這一方法的基礎：

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

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

前一反映是在用循環的鋁酸鈉堿溶液溶出鋁土礦時進行的。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進入溶液。后一反映是在另一條件下發生的析出氫氧化鋁沉淀的水解反應。鋁酸鈉溶液在95-100度不致水解的穩定性可以用來從其中分離赤泥，然后使溶液冷卻，轉變為不穩定狀態，以析出氫氧化鋁。

拜耳法生產過程簡介：原礦經選礦、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品。

1破碎后進廠的碎高礦經均化場均化后，用斗輪取料機取料入輸送機進入鋁礦倉，石灰石經煅燒后輸送到石灰倉，然后與循環母液經調配后按比例進入棒磨機、球磨機的兩段磨和旋流器組成的磨礦分級閉路循環系統。分級后的溢流經緩沖槽和泵進入原礦漿儲槽，用高壓泥漿泵輸送礦漿進入多級預熱和溶出系統，加熱介質可用溶鹽也可用高壓新蒸氣，各級礦漿自蒸發器排出的乏氣分別用來預熱各級預熱器中的礦漿。溶出設備可用套管加熱與高壓釜組成溶出器組。溶出后的礦漿經多級降壓自蒸發器降壓后，與赤泥一次洗液一同進入礦漿稀釋槽。末級自蒸發器排出的乏氣，用來預熱赤泥洗水，洗水由循環水和不合格的冷凝水組成。稀釋礦漿進入分離沉降槽，其溢流經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，加入少量鹽類晶種以誘導鹽類晶種析出，其溢流與濾液、補充新的液體苛性鈉后組成循環母液，送去調配制備原礦漿。

二、氧化鋁生產焙燒過程工藝

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產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晶水脫除，從而生成物理化學性質符合電解要求的氧化鋁。(1)焙燒原理

氫氧化鋁經過焙燒爐的干燥段，焙燒段和冷卻段使之烘干，脫水和晶形轉變而變成氧化鋁產品其化學變化可分為以下幾個階段。

（a）脫除附著水

CAl(OH)3H2O?100???Al(OH)3?H2O ?當溫度高于100C時氫氧化鋁中的附著水被蒸發，此反應發生在閃速干燥器。(b)脫除結晶水

結晶水的脫除分兩步進行，250-300度時，失去兩個結晶水，在500-600度的溫度下它失去最后一個結晶水。而成為r?AlO。

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

氫氧化鋁在脫水過程中伴隨著晶體轉變，r?Al2O3在950度時開始進行晶型轉變，逐漸由r?Al2O3轉變為a-Al2O3。

(2)氧化鋁焙燒過程生產過程流程介紹

流態化焙燒是世界上最先進的氫氧化鋁焙燒技術與裝置，流態化是一種固體顆粒與氣體接觸而變成類似流體狀態的操作技術。而固體物料在流態化狀態下與氣體或液體的熱交換過程最為強烈。(a)此爐型采用了在干燥段設計熱發生器這一新穎措施，當供料氫氧化鋁附著水含量增大時，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，僅需啟動干燥熱發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)整套裝置設計簡單。一是物料自上而下流動，可避免事故停爐時的爐內積料和計劃停爐時的排料；二是設備簡單，除流化冷卻器外無任何流化床板，沒有物料控制閥，方便了設備維檢修：三是負壓作業對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的快速恢復，給生產組織帶來方便。

(c)控制回路簡單，氣體懸浮焙燒爐雖有多條自動控制回路，但在生產中起主要作用的僅有2條，一條是主燃燒系統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計

目前工業自動化水平已成為衡量各行各業現代化水平的一個重要標志。一個控控制系統包括控制器、傳感器、變送器、執行機構、輸入輸出接口。控制器的輸出經過輸出接口、執行機構，加到被控系統上；控制系統的被控量，經過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控 制器。

(1)對于焙燒過程而言，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，我們引入中間點信號，即最能反應焙燒爐出口溫度的進入主燃燒器中的燃料流量，作為調節器的補充信號，以便快速反應影響焙燒爐出口溫度變化的擾動，引入該點作為輔助被調量，通過調節管道上流量閥的開度調整燃料的流量，組成了流量．溫度串級調節系統，從而調節焙燒爐的出口溫度，來保氧化鋁的產量和質量口”。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計為串級控制回路，主回路為溫度控制回路，其輸入為焙燒爐的出口溫度的設定值，控制器輸出為副回路的輸入，測量儀表為一體化熱電偶；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定，控制器輸出為主燃燒器V19流量調節閥的百分比開度，執行機構為流量電動調節閥，測量儀表為電磁流量計。從方框圖可以看出，串級調節系統有兩個閉環的調節回路：

圖2 溫度控制回路結構圖

a）由PID控制器、調節閥、主燃燒器、流量計構成了副環回路。b）由PID控制器、副環回路、焙燒爐、溫度計構成了主環回路。

副環回路為流量調節系統，選用標準PID控制器來控制該系統。主環回路為溫度調節系統，也選用標準PID控制器來控制該系統。

主調節器出的的信號不是直接調節溫度，而是作為副調節器的可變給定值，與燃料流量信號比較，再通過副調節器去控制電動閥動作，以調節燃料流量，保證焙燒爐出口溫度能較快的跟蹤設定值并最終保持在設定值附近不變。

(2)從動態特性的角度考慮，優化控制器性能與結構，提高系統的響應速度。在對控制系統進行設計時，盡量根據被控制對象選擇一組較為合適的控制器參數，提達到更好可控制效果。而通過對系統建立數學模型，根據模型特性，通過設定某種性能指標，在實現最優指標的前提下，對控制器參數進行尋優可謂是個好的優化控制器性能的辦法。對于串級控制系統來說，有兩個控制器，因此需要分別對兩個控制器的參數進行整定，整定的順序先調節副回路，待副回路調節達到要求后，在調節主回路。

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

四、焙燒爐溫度回路對象模型的建立與驗證

建立數學模型的方法有許多種，像機理建模、系統辨識等。機理建模有較大的普遍性，但是多數工業過程的機理較為復雜，其數學模型很難建立，雖然在建模過程中作了一些具有一定實際依據的近似和假設，但是逼近不能完全反映過程的實際情況，有時甚至會帶來一些估計

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

圖3 階躍響應法 圖4 矩形脈沖響應法(1)階躍響應曲線的試驗測定：

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

階躍響應曲線能直觀，完全描述被控過程的動態特性。實驗測試方法易于實現，只要是閥門的開度作一階躍變化即可，實驗時必須注意：

(a)合理選擇階躍擾動量，既不能太大，以免影響正常生產，也不能太小，以防被控過程的不真實性。通常取階躍信號值為正常輸入信號的5％一15％，以不影響生產為準。(b)試驗應在相同的測試條件下重復做幾次，需獲得兩次以上的比較接近的相應曲線，減少干擾的影響。

(c)試驗應在階躍信號作正，反方向變化時分別測出其相應曲線，以檢驗被控過程的非線性程度。

(d)試驗前，即在輸入階躍信號前，被控過程必需處于穩定的工作狀態。在一次試驗完成后，必須是被控過程穩定一段時間后再施加測試信號作第二次試驗。

考慮到實際工程的方便，對主爐溫度控制我們采用階躍響應曲線試驗建模法。根據 控制理論來分析，設計或改進一個過程控制系統，只有過程的階躍響應曲線顯然是不夠的，還必須有階躍響應曲線來辨識被控過程數學模型，如微分方程、傳遞函數、頻率特性、差分方程等。在確定模型參數時，首先分析階躍響應曲線的形狀，選取一種模型結構，然后進行參數估計。由階躍響應曲線辨識數學模型的方法很多，一階慣性環節是一種常用的估計方法。

在過程輸入階躍信號x0的瞬時，其響應曲線的斜率最大，如圖5所示。

5圖5 階躍響應曲線

此時，其數學模型可用一階慣性環節來近似，即

w(s)??sK?1

式中參數K、?的求法如下：(1)過程的靜態放大系數

y(?)?y(0)x0K?(2)過程的時間常數

對于上式所示的過程模型，在階躍信號x0作用下的時間特性為：

y（t）?Kx0(1?e)

式中，K為過程的放大系數，可由上式可確定。

圖3．20描繪該方程的曲線圖，表明一階過程對輸入的突然變化不能瞬時做出響應。事實上，當時間間隔等于過程時間常數是（t??）過程響應應僅為完全值得63.2％。從利用上講，除了t??，過程輸出總不會達到新的穩態值；當（t?5?）時，相應近似為最終穩態值。

t??

五、設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的溫度變化通過電路處理，經信號放大后轉化成標準的電壓或電流信號。信號可以供數字儀表、記錄儀、模擬調節器、DCS系統，廣泛用于工業生產過程檢測與控制系統。本溫度變送器采用優質電子器件，性能遠高于其他同類產品，物美價廉。（2）控制器選型

按照設計要求，本設計選用一個KSW-6-16型溫度控制器為1300℃電爐的配套設備，與鉑銠—鉑熱電偶配套使用，可對電爐內的溫度進行測量、顯示、控制，并可使爐膛內的溫度自動保持恒溫。以硅碳棒為加熱元件的高溫電阻爐，其加熱元件的冷態與熱態時的電阻值相差較大，在長期使用中硅碳棒的電阻值將逐漸變大。所以必須與調壓設備配套使用，KSW-6-16型號的溫度控制器具有溫度控制和電壓調節二種功能，該溫度控制器的溫度顯示有數字顯示

6和指針顯示二種，其中尤以固態繼電器為執行元件并配以數字顯示的控制器性能更為優越。結構及工作原理：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構，外殼表面采用高強度的靜電噴涂，漆膜光滑牢固。控制器的前部裝有溫度控制儀表、電壓表、電流表和電源開關。控制器的內部裝有可控硅、線路板及螺旋保險和接線端子等電器元件。該溫度控制系統采用了優質電子集成元件，控溫靈敏、性能可靠、使用方便。

其工作原理：熱電偶將電爐內部的溫度轉換為毫伏電壓值，經過集成放大器的放大、比較后，輸出移相控制信號，有效地控制可控硅的導通角，進而控制硅碳棒的平均加熱功率，使爐膛內的溫度保持恒溫。（3）執行器的選擇

PID系統的執行機構為電動調節閥、排料閥。電動閥使用電機作動力，氣動閥使用壓縮空氣作動力，電動閥對液體介質和大管道徑氣體效果好，不受氣候影響，電動調節閥要求電動調節裝置和閥體間隙精密，能夠準確地控制閥門開度，閥芯則根據重油黏度系數選用V型半球閥，使其過油能夠連續通順，并使調節與開度盡量滿足線性關系。為了解決排料的連續性，選擇了氣動控制排料閥，執行機構為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來控制氣缸帶動活塞運動。（4）氣開氣關選擇

氣動調節閥氣開或者氣關，通常是通過執行機構的正反作用和調節閥結構的不同組裝方式實現。氣開氣關的選擇是根據工藝生產的安全角度出發來考慮的。在本設計中，沸騰焙燒爐的溫度控制，調節閥安裝在燃料氣管道上，根據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。根據生產過程的工藝特點和安全要求，保證人身安全原則、系統與設備安全原則，保證產品的質量原則，減少原料和動力浪費原則，基于介質特點的工藝設備安全原則，本設計選用氣開閥更安全些，因為一旦氣源停止供給，閥門處于關閉比閥門處于全開更適合。如果氣源中斷，燃料閥全開，會使加熱過量發生危險。（5）調節器正負作用選擇

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

六、溫度控制器PID參數整定及仿真

PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起

7來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。

被控對象為一階傳遞函數

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

采樣時間為O.2秒，輸入指令為一階階躍信號。

溫度控制器PID參數整定方法，應用Matlab計算機語言編寫了算法PID參數程序，獲得優化參數。

整定后的PID控制階躍響應在Matlab環境下進行仿真，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

在仿真環境下焙燒爐設定1110℃，仿真曲線圖所示。

8圖7 溫度PID整定的階躍響應曲線

通過仿真曲線圖7可以看出通過PID參數能夠使焙燒爐溫度快速穩定準確的跟蹤設定值，上升時間大約為8s，調節時間約為10s，超調量小，基本達到控制要求。

七、總結

所設計的回路控制策略應用到現場，能夠滿足現場的控制要求，而且能夠提高產品的品質，實驗室整定的PID參數對現場控制器有很好的指導意義，提高了控制精度；為氧化鋁焙燒生產提供保障；減輕了現場工藝人員的工作強度，同時也能更加精確、嚴格的按照設定好的曲線烘爐，提高爐子內襯的使用壽命，為順利生產提供前提保障。總之，焙燒過程計算機控制系統成功的應用到實際工程中，滿足實際項目的工藝要求，降低了現場人員的工作量，節約了現場能量，提高了產品質量和產量。

參考文獻：

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