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基于IPC和PLC的耐磨件热处理工艺控制系统的设计及应用

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收稿日期:2005-06-28

作者简介:王建兵(1979-),男,安徽界首人,合肥工业大学硕士研究生,研究领域为现代集成制造等,(E-mail)wjb791217@163.com。

文章编号:1001-2265(2005)12-0048-03

基于IPC和PLC的耐磨件热处理工艺控制系统的设计及应用

王建兵,韩江,祖　,何高清,唐长平(合肥工业大学CIMS研究所,合肥　230009)

摘要:在工业领域中,热处理工艺作为提高材料性能的重要手段和重要的基础工艺,得到了广泛的应用。将PLC控制技术和计算机控制技术应用于热处理工业,实现了热处理工艺过程的自动控制、质量的在线信息化、工艺参数和质量效果的实时动态监控,提高了热处理效率,降低了能耗,减少了人为因素,保证了热处理产品的质量。关键词:热处理工艺;可编程控制器;通信;实时动态监控中图分类号:TG156 文献标识码:A

TheDesignandApplicationofControlSystemfortheHeatTreatmentProcessofWearablePartsBasedonIPCandPLCWANGJian2bing,HANJiang,ZUXuan,HEGao2qing,TANGChang2ping(CIMSInstitute,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Theheattreatmentprocessisanimportantmethodandfundamentalprocedure,widelyusedintheindustrialfieldforthepurposeofenhancingthematerialproperties.UtilizingthePLCandcomputercontroltechnologywillattachtheaimoftheautomaticcontrolintheheattreatmentprocess、theon2lineinformationrealizationofqualities、thereal2timedynamicmonitoringoftheproceduralparametersandqualityeffects,andalsoincreasetheefficiencyoftheheattreatment,decreaseenergyconsumptionandhumanfactors,withtheconse2quenceofensuringthequalityofproductsmanufacturedfromheattreatment.Keywords:heattreatmentprocess;PLC(ProgrammableLogicController)communication;real2timedynamicmonitoring

0　引言热处理作为提高材料性能的重要手段和制造业尤其是装备制造业的基础工艺之一,广泛应用于机械制造、冶金、汽车、航空航天、兵器、铁路、船舶、建筑、石油化工、电子等工业领域。节约能源,减少散热损失,减少炉衬蓄热,高效的生产技术提高劳动生产率、降低生产成本,获得最大的经济效益永远是热处理生产和所有企业追求的目标[1]。目前,随着现代控制技术和计算机技术的快速发展,控制技术在现代热处理行业中得到了广泛的应用,整个热处理过程实现了计算机监控、控制和管理,实现了高质量、低成本、稳定可靠的运营方式[2]。在工程机械上,如破碎机、挖掘机、推土机、搅拌机等,耐磨件得到了广泛的应用。耐磨件质量的优劣在很大程度上直接影响这些工程机械的性能。采用先进的控制技术,对耐磨件进行热处理,将极大地提高耐磨件的质量。结合具体项目,利用PLC

的成熟功能和计算机控制技术,实现整个热处理工艺过程的实时动态监控和自动控制,从而保障了热处理工艺过程的高效率和连续性,降低了能耗,改善了劳动条件,保证了热处理产品的质量。

1　耐磨件热处理工艺及控制系统简介1.1　耐磨件热处理工艺流程耐磨件热处理炉由12个温度区组成:前11个温度区分为低(150℃)、中(750℃)、高(970℃)三个大温度区,第12区为冷却区,每个大温度区由几个温度相同的连续小温度区组成。为了满足不同的热处理工艺要求,可以通过改变各大温区的升温时

间和保温时间并调整它们所包含的小温度区个数。耐磨件热处理工艺流程如图1所示。

图1　耐磨件热处理工艺流程1.2　耐磨件热处理工艺控制系统简介耐磨件热处理工艺控制系统的控制方式分为手动和自动两种:手动时,通过按钮站上的按钮向PLC输入信号,事先编好的PLC主控程序会根据这些输入信号,输出PLC控制信号,再经由继电器、接触器等元件输出,控制现场的加热系统、泵站、冷却系统及取料系统等,完成热处理工艺过程;自动时,由编好的PLC

主控程序实现控制,完成热处理工艺过程。热处理炉分为12个温区,共用了12个热电偶,PLC的热电偶模块对这12个温区进行温度采集,再通过上位机IPC与PLC之间的通信,将这些反映各温区的温度值在上位机上动态显示出来,供技术人员参考。另外,整个系统在运行过程中,各个指示灯指示出系统运行时的各个状态,通过温度控制设备可以设定各个温区的欲保持温度。耐磨件热处理工艺控制系统如图2所示。

图2　耐磨件热处理工艺控制系统84

・控制与检测・组合机床与自动化加工技术2　耐磨件热处理工艺控制系统设计2.1　耐磨件热处理工艺控制系统硬件设计耐磨件热处理工艺控制系统的硬件部分主要由上位机(IPC)、下位机PLC(包括主模块、I/O扩展模块、热电偶模块)及

其辅助器件组成。上位机和下位机是整个控制系统的核心,外部输入输出在下位机PLC的控制下,将热处理过程的推料系统、加热保温系统、取料系统和冷却系统有机地联系在一起,实现了整个过程的自动控制;同时,在自动过程中,可以自由切换到调整模块,通过按钮站将自动中出现的故障排除;或者直接进行手动调试操作。(1)上位机IPC功能模块

在耐磨件热处理工艺控制系统中,采用工业控制计算机作为上位机,用它来监控热处理工艺过程,并与下位机PLC进行通信,完成热处理工艺参数的设置、各温区当前温度的采集以及各温区温度的实时动态显示,同时绘制出热处理炉12个温区的温度变化趋势图,实现历史数据的统计分析、存储及打印,以辅助管理日常生产业务和提供决策参考。(2)下位机PLC功能模块

在该热处理加热系统中,PLC用来控制一个加热过程,它主要由CPU主模块、I/O扩展模块和模拟量模块(即热电偶模块EM231)组成。CPU主模块和I/O扩展模块对外部设备进行控制,完成热处理工艺过程。在这个过程中,热电偶模块负责采集热处理炉12个温区的温度值,通过上位机与PLC功能模块之间的通信,将热电偶模块采集到的热处理炉各温区的温度值实时地显示在上位机主界面上,以供工艺人员参考[3,4]。2.2　耐磨件热处理工艺控制系统的软件设计整个热处理工艺过程的软件由三部分组成:上位机动态监控程序、下位机PLC主控程序以及上位机与PLC之间的通信程序。(1)　上位机动态监控程序

基于Windows平台,用VC6.0编制了上位机动态监控程序,

利用MFC中的OnTimer定时器和OnPaint绘图设备,一方面实时动态地绘制出热处理炉12个温区的温度变化曲线,另一方面在主界面程序中实时动态地显示热处理炉12个温区的温度值,人机界面友好,操作方便。图3为主界面程序和9～12温区的温度变化曲线(2)下位机PLC主控程序

根据热处理工艺要求,绘制出主控程序的工作流程图,如图4所示,采用PLC梯形图语言编制工艺过程控制程序,实现整个热处理工艺过程的手动控制和自动控制。(3)上位机与PLC之间的通信程序设计

该耐磨件热处理工艺控制系统采用西门子S7-200CPU224

作为下位机,除实现输入输出功能外,还需将PLC的热电偶模块采集到的热处理炉12个温区的温度值传给上位机,以便上位机实时动态显示当前各温区的温度值,打印热处理完成时各温区的温度值;由于工艺要求不同,操作者需设置不同的热处理时间、高温区和冷却炉的温度,在上位机中用VC

++

6.0编制了友

好的操作界面,操作者只需在界面上进行简单操作即可。上位机与PLC通信采用自由通信协议,自由通信口(FreeportMode)方式是S7-200PLC的一个很有特色的功能。

S7

-200PLC的自由通信协议,即用户自己定义的通信协议,波特率最高为38.4KB/s。PC机的RS-232可通过PC/PPI电缆与S7

-200PLC连接起来进行自由通信。与PC连接后,PLC主控程序可以通过使用接收中断、发送中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)对通信口进行操作[5,6]。1)在VC++6.0中采用MSComm控件来实现接收和发送。

图3　主界面程序及9～12温区的温度变化曲线图4　主控程序的工作流程图上位机的通信设置部分程序如下:

BOOLCMainLDlg::OnInitDialog()//初始化MSComm控件,设置串口{......mMSComm.Create(NULL,0,CRect(0,0,0,0),this,IDCMSCOMM1);mMSComm.SetCommPort(1);//选择COM1mMSComm.SetInBufferSize(1024);//设置输入缓冲区的大小,Bytes

mMSComm.SetOutBufferSize(512);//设置输出缓冲区的大小,Bytes

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2005年第12期・控制与检测・

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毕业设计(论文)-基于PLC电阻炉温度控制系统设计

毕业设计(论文)-基于PLC电阻炉温度控制系统设计

毕业设计（论文）-基于PLC电阻炉温度控制系统设计基于PLC的电阻炉温度控制系统设计【摘要】温度是各种工业生产和科学实验中最普遍、也是最重要的热工参数之一。

温度控制的精度对产品或实验结果会产生重大的影响。

温度控制的模式多样，而PLC可靠性高，抗干扰能力强，易学易用，采用PLC控制是其中一种比较优越的控制。

基于PLC的电阻炉温度控制系统设计，硬件方面PLC采用了CPU型号为226的S7-200、K型热电偶和温度模块EM235。

热电偶作为温度的采集元件，采集的信号经过EM235的处理后就可把数据送入PLC中进行处理。

PLC的程序中采用了位置式PID算法，脉宽调制PWM方式，运用了粗调和细调的思想，程序在不同的温度段使用不同的PID参数，实现温度的自动控制。

人机界面采用的是国内的一个比较流行的组态王软件。

组态王可以实现在线监控。

组态项目中制作了曲线画面、报表画面、报警画面和参数监控画面，用户可方便地查询PLC的运行情况、数据采集和在线控制。

实验结果表明，采用了粗调和细调思想的程序的PLC系统，具有反应速度快，超调量小，调节迅速，精度高等特点。

组态王功能强大，操作方便，有助于系统的监视与控制，表明了组态软件的具有很好的发展前景。

【关键词】温度控制可编程控制器 PID 组态王I目录1 引言 (4)1.1 课题研究背景 ...................................................... 41.2 电阻炉温度控制系统的发展状况 ...................................... 4 2 PLC的概述 .......................................................... 5 2.1 PLC的介绍 ........................................................ 5 2.2 PLC的基本组成 .................................................... 6 3硬件配置和软件环境 (6)3.1 实验配置 ..........................................................6 3.1.1 西门子S7-200 .................................................... 6 3.1.2 传感器 .......................................................... 6 3.1.3 EM 235模拟量输入模块 ........................................... 6 3.2 STEP 7 Micro/WIN32软件介绍 ........................................ 7 4 控制算法描述 .. (7)4.1 PWM技术 (7)4.2 PID控制程序设计 ...................................................7 4.2.1 PID控制算法 ..................................................... 8 4.2.2 PID在PLC中的回路指令 .......................................... 9 4.2.3 PID参数整定 .................................................... 11 5 程序设计 ........................................................... 12 5.1 方案设计思路 .. (12)5.2 程序流程图 .......................................................14 5.3 梯形图(见附录) .................................................15 6 组态画面设计 .......................................................15 6.1 组态软件概述 .....................................................15 6.2 组态王的介绍 .....................................................15 6.3 组态画面的建立 ...................................................16 6.3.1 创建项目 .......................................................16 6.3.2 建立主画面 .....................................................18 6.3.3 建立趋势曲线画面 ...............................................19 6.3.4 建立数据报表 ...................................................20 6.3.5 建立报警窗口 ...................................................22 6.3.6 建立参数监控画面 ...............................................23 7 系统测试 ...........................................................23II7.1 启动组态王 ....................................................... 23 7.2 参数监控和设定 ................................................... 25 7.3 报警信息提示 ..................................................... 25 7.4 报表系统查询 ..................................................... 26 7.5 趋势曲线监控 .. (26)7.5.1 实时趋势曲线 ...................................................26 7.5 趋势曲线监控 .....................................................27 7.5.1 实时趋势曲线 ...................................................27 7.5.2 分析历史趋势曲线 ...............................................27 结论 .................................................................29 参考文献 .............................................................31 附录梯形图 ........................................ 错误～未定义书签。

基于PLC的恒温控制系统

基于PLC的恒温控制系统

基于PLC的恒温控制系统本科生毕业论文（设计）题目：基于PLC的恒温控制系统院系：专业：学生姓名：学号：指导教师：二〇一四年五月摘要在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，要对生产过程中的各种物理量进行详细的检测和控制。

这在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。

其中温度控制又以其较为复杂的工艺过程而备受人们关注。

所以各种加热炉、热处理炉、反应炉等得到了广泛应用。

这些都对温度控制系统的设计提出了更高的要求。

本设计采用S7-200PLC对加热炉温度进行控制。

随着自动控制技术的迅速发展，PLC对温度的控制技术应用越来越广泛。

本文采用PLC对温度进行控制，通过合理的设计，提高温度控制水平，进而改善温度运行的稳定性，使其更加精确。

本文主要介绍了温度控制的PLC控制系统总体方案设计、设计过程、组成、梯形图，并给出了系统组成框图，分析流量逻辑关系，提出PLC的编程方法。

本系统分析了加热炉温度控制的PID控制原理，设计了系统的数学控制模型以及系统控制框图，用组态王软件组态配置工业控制监控系统，对数据进行实时监控。

通过对单回路控制系统的参数整定以及组态王的PID控制程序，实现了加热炉温度的精确控制。

通过对PLC程序的仿真调试以及对组态的系统仿真，验证了本加热炉温度控制系统的设计合理性，系统动态响应符合了最初的设计要求，也具有一定的实用价值。

关键词：温度控制，可编程控制器，PID，组态王目录第一章前言 01.1恒温控制的现状与意义 01.2系统设计要求 (1)1.3设计主要内容 (2)第二章恒温控制系统硬件设计 (4)2.1总体分析 (4)2.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (5)2.2.1PLC控制系统设计的基本原则 (5)2.2.2PLC控制系统设计的一般步骤 (6)2.3PLC的选型与硬件配置 (7)2.3.1PLC型号的选择 (7)2.3.2S7-200 CPU的选择 (8)2.3.3EM231模拟量输入模块 (8)2.3.4热电偶温度传感器 (10)2.4I/O地址分配及电气连接图 (11)2.5PLC硬件接线图 (12)第三章PLC控制系统软件设计 (14)3.1PLC程序设计方法 (14)3.2编程软件STEP7--M ICRO/WIN概述 (15)3.2.1STEP7-Micro/WIN简单介绍 (15)3.2.2STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置） (16)3.3基于S7200的PID控制 (18)3.3.1控制系统数学模型的建立 (18)3.3.2P ID在PLC中的回路指令 (19)3.4内存地址分配与PID指令回路表 (20)3.5程序设计梯形图 (23)3.5.1初次上电 (23)3.5.2启动/停止阶段 (24)3.5.3子程序0 (25)3.5.4中断程序、PID的计算 (26)第四章基于组态软件恒温监控系统设计 (28)4.1组态王软件介绍 (28)4.2组态软件开发过程 (29)4.2.1工程整体规划 (29)4.2.2工程建立 (29)4.2.3构造数据词典 (30)4.2.4组态用户窗口 (32)4.2.5组态王设备连接 (32)4.2.6组态王画面制作与动连接 (33)4.2.7PID控制脚本编写 (34)第五章系统运行结果及分析 (37)5.1PLC控制系统仿真测试 (37)5.2控制系统PID控制性能验证 (40)第六章总结 (43)参考文献 (44)致谢 (45)第一章前言1.1恒温控制的现状与意义温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。

《基于软PLC的PID控制系统的设计与实现》

《基于软PLC的PID控制系统的设计与实现》

《基于软PLC的PID控制系统的设计与实现》一、引言随着工业自动化程度的不断提高，PID（比例-积分-微分）控制系统在工业生产过程中扮演着越来越重要的角色。

而软PLC （软件可编程逻辑控制器）作为一种新型的控制器，具有灵活、易用、可编程等优点，广泛应用于各种工业控制系统中。

本文将介绍基于软PLC的PID控制系统的设计与实现，旨在提高工业控制系统的性能和可靠性。

二、系统设计1. 需求分析在系统设计阶段，首先需要对系统需求进行全面的分析。

主要包括系统的控制对象、控制目标、系统性能指标等。

基于软PLC的PID控制系统主要用于对工业生产过程中的各种参数进行精确控制，以达到提高产品质量、降低能耗等目的。

2. 系统架构设计系统架构设计是系统设计的关键环节。

基于软PLC的PID控制系统采用分层结构设计，包括人机交互层、控制层和执行层。

人机交互层负责与操作人员进行交互，控制层负责实现PID控制算法，执行层负责与被控对象进行交互。

3. PID控制算法设计PID控制算法是系统的核心部分。

通过调整比例、积分和微分三个参数，使系统达到最佳的控制效果。

在算法设计过程中，需要考虑系统的稳定性、快速性、准确性等指标。

同时，为了适应不同控制对象的需求，系统支持多种PID控制算法的选择和切换。

三、系统实现1. 软PLC平台选择与搭建选择合适的软PLC平台是实现系统的基础。

根据系统需求和性能要求，选择具有良好可编程性、稳定性和扩展性的软PLC平台。

在搭建过程中，需要配置适当的硬件设备，如I/O模块、通信模块等，以保证系统的正常运行。

2. PID控制算法编程实现在软PLC平台上，使用编程语言（如梯形图、指令表等）实现PID控制算法。

在编程过程中，需要注意算法的逻辑性、可读性和可维护性。

同时，为了方便调试和优化，系统支持在线编程和离线仿真功能。

3. 系统调试与优化在系统实现后，需要进行系统调试和优化。

通过调整PID参数、检查程序逻辑等方式，确保系统达到预期的控制效果。

基于PLC的磨削冷却水处理控制系统设计

基于PLC的磨削冷却水处理控制系统设计

１ 系 统 的 工 作 原 理 及 组 成 磨 削 冷 却 水 的 杂 质 粒 度 需 控 制 在 ０ ５ ｍ 以 ． 下 ， 过 滤系统 中需 采用 精 密 过 滤 器 进行 微 滤． 故 微
钝 化 ， 而 使 工 件 表 面 产 生 烧 伤 ， 响 其 表 面 质 从 影 量１ ． ］ 因此 ， ］ 冷却 水在 回用 前必须 经 过净化 处理 ．
ｃ ｔ ｏｌｉ ｈｅ ｗｈｏ ｅ ｐｒ ｃ ｓ ，ｔ ｏ ｌｎｇ ｗａ ｅ ｍ ｐｕ ｉｉｓ，ｐａ ｔｃ ｅｓ ｚ ｓ ｃ ｎｔ ｏ ｅ ｔｔ ｏｎ ｒ ｎ ｔ ｌ ｏ ｅ ｓ ｈｅｃ ｏ ｉ ｔ ｒｉ ｒｔｅ ｒ ｉ ｌ ｉｅ ｉ ｏ ｒ ｌ ｄ ａ ｈｅ０．
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