基于S7-300 PLC的加热炉控制系统设计

摘要

水套加热炉在油气田生产环节中占有十分重要的地位，是井产物开采必不可少的供热设备。文章以合肥通用机械研究院水套加热炉项目（出口埃及）为背景，基于PLC平台，完成了水套加热炉控制系统硬件及软件方面的设计，对盘管中被加热介质的温度实现了自动控制。与传统加热炉相比，该水套加热炉性能出众、操作简便、安全可靠，是理想的油田用供热设备。
　　本文首先通过分析加热炉系统工艺要求与对象特性，结合近年来工业加热炉常用控制方式，提出了水套加热炉的积分分离式PID脉冲控制方式。这种控制方式实施后，能有效提高系统响应速度，减小系统超调，保证被控对象稳定性，降低了扰动对温度控制的影响。基于上述控制方案，结合可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）硬件选取原则，完成了水套加热炉控制系统硬件部分的设计以及各类仪器仪表的选型。而后根据控制系统工艺要求，利用西门子S7-300PLC专用编程软件STEP7完成了加热炉PLC控制程序的编写，并编制了友好方便的人机界面。根据水套加热炉所选用的控制方式与系统特性，通过MATLAB下Simulink环境对加热炉控制系统进行了仿真，并与传统PID控制方式进行对比，说明了自身控制方式的优越性。最后，文章对整个水套加热炉控制系统的设计进行了总结，加热炉系统满足自动控制各个方面的要求，运行可靠稳定，达到了预期效果。本水套加热炉控制系统的设计针对实际工程出口项目，是国产水套加热炉成功进军外国市场的案例之一，故具有较强的理论和实用价值。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2工业加热炉概况

1.3国内外加热炉控制方式发展概况

1.4主要工作内容

1.5全文章节安排

第2章 加热炉控制要求及其控制方式

2.1水套加热炉概况

2.2加热炉控制要求

2.3加热炉工艺流程

2.4加热炉温度控制方式的确定

2.5本章小结

第3章 加热炉控制系统硬件设计

3.1加热炉控制系统总体结构

3.2加热炉燃烧器的选型

3.3 PLC及其模块的选取

3.4人机界面的选型

3.5控制柜的结构

3.6现场仪表的选型

3.7本章小结

第4章 加热炉控制系统软件设计

4.1编程工具STEP7简介

4.2 PLC硬件组态与编程方式的选择

4.3加热炉系统控制程序结构及其功能

4.4人机界面

4.5本章小结

第5章 积分分离式PID控制MATLAB仿真

5.1仿真软件MATLAB/Simulink简介

5.2被控对象特性分析与仿真建模

5.3 Simulink仿真测试及参数整定

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢