基于PLC的热炉温度串级控制系统设计

第1章绪论1.1课题研究的背景人们的生活水平也得到不断的提高，这也直接体现到我国的工业发展上。本次论题研究的工业加热炉就是传统行业中随处可见的加热系统之一。作为工业生产的重要动力设备，加热炉的主要工作时将工厂中所需加热的工件或物料加热至当前工作环节所需的温度。加热炉的温度具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点，传统的控制方式在温度控制的精度上得不到保障，控制速度也较慢，且需耗费较大的人力资源进行调试和管理。温度是一个多变且不易控制的模拟量，本次不但需要考虑控制系统的准确性，还要结合“工业4.0时代”催发下的过程控制技术，实现热炉温度的高精度闭环控制。得益于当前电子技术的迅猛发展，并且在自动控制理论和设计方法发展的推动下，工控行业逐渐发展为利用信息化技术促进产业变革的时代，并且控制系统的智能化程度越来越高，而这些也促进了结合过程控制的热炉温度串级控制系统的产生应用，并且通过PID闭环控制实现内部参数自整定、系统稳态调试等效果。在以往的加热炉控制系统中，工厂多采用继电控制技术进行加热炉出口温度的控制，这种方法往往通过传统的继电器，温度传感器等硬件进行控制，这也就导致了在控制过程中存在着不少的缺点。首先，通过该控制系统实现的出口温度控制精度较低，对温度的控制精度把控不够，并且在控制的时候，系统的反应时间长，加大了对燃气、燃料或电能等其他资源的浪费，这样也间接导致共产产能降低。而在另外一方面，通过传统方式实现加热炉出口温度的控制系统往往采用较多的电子元器件实现控制及检测，这样使得控制系统的体积过于庞大、臃肿等，当然，这也就导致了系统故障率的增高，工人在系统维护及故障检修时的难度也增大了。伴随着计算机控制技术的壮大，以及以PLC为代表的工业控制系统的成熟发展，逐渐取代了传统的继电控制系统。这些技术也辐射到了加热炉的温度控制领域，这使得加热炉温度控制逐渐朝着结合现代过程控制技术的方向发展。而以PLC作为控制器的控制系统本身经济，且运行稳定，对不同环境适应能力强大，这也就使得基于PLC控制器为核心的加热炉温度控制系统拥有这普遍性意义。加热炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果[1]。通过本次基于PLC的热炉温度控制系统进行控制时，其本质是通过基于比例-微分-积分控制器（简称PID）对温度进行闭环控制，当然，简单的对加热炉的出口或者炉膛温度进行控制往往还存在着一些系统上的缺陷，这样，我们就需要通过串级控制技术实现主-副回路的闭环控制达到最终的控制要求。这样可以完成更高精度的温度控制。而对于本次的热炉温度控制，其温度的滞后时间常数较大，整个控制系统也存在很多其他因素的干扰，为满足高精度，快响应的温度控制要求，采用串级控制能很好的解决这一问题。串级控制系统的主要特点表现在结合串级控制的控制系统在系统自适应能力上很强，在具体控制时，往往通过主回路及副回路两个回路实现控制，这样对本次的炉膛温度（副回路）有着超期控制的作用，减少了对热炉出口温度的影响，也间接提高了控制质量，达到双闭环控制。1.2国内外研究现状我国对加热炉的控制进行研究始于上个世纪八十年代，这个起步时间对于国外来讲已经很晚了，这也导致目前为止，我国在这方面的技术与国外先进控制技术仍然存在差距。在加热炉的使用中，我国的宝钢、武钢及鞍钢热轧厂主要起到技术推动的作用，从最初的功能简单达到现在的完善体系及更高精度的控制，他们的经验大多起到了国内一些企业对加热炉使用的领航作用。近年来，我国引进可控气氛热处理炉，大大提高加热炉的控制及应用效果。往往一项技术的推动都是建立在生产实际的需要过程中，加热炉技术也是如此，我国轧钢行业的壮大发展成就了加热炉控制技术的不断进步，但是这些也就对加热炉温度控制技术及控制系统的要求越来越高，从以前的粗略控制到现在的高精度控制，从以前的不计能耗到现在的节能减排等，都是对国内加热炉技术及控制系统的挑战。国外在加热炉控制技术及系统的应用与开发早于国内，这使得他们的控制系统针对现在的工业生产任务中的加热炉温度控制更加的优异，在能源使用上也更加的节约。近年来，国外的工业用加热炉的主要研究方向包括：在整体控制系统的实现过程中，偏向通过可编程逻辑器，单片机，微机等实现，这使得整个系统的自动化程度大大的提高；在控制精度上更加的严格要求，整体控制系统的稳定性要求更高；在加热炉的构造设施中，多采用一些耐高温的材质进行硬件系统的构建，使得受其他因素干扰的可能性更加的降低；在整体加热炉加热过程的能源选择中，国外已经优先选择电能作为加热炉的能源提供，逐渐取代了传统工艺中使用的煤和气等不可再生能源。1.3本课题主要研究内容本课题所述的加热炉温度控制系统结合其具体工作原理和主要构成展开，并结合PLC控制器对加热炉温度控制系统进行控制，在具体实施的过程中，还将结合串级控制技术实现加热炉的温度串级控制。本次主要研究的内容加热炉温度控制系统具体工作原理及工作流程，对所需控制的器件进行设计及选型，对PLC控制器做出选型，结合本次设计的要求完成控制系统的程序编写及优化，并根据实际需求对加热炉出口温度控制（主回路）及加热炉炉膛温度控制（副回路）进行PID闭环控制设计，通过PID控制器达到闭环控制要求，并对PID参数进行优化，实现双闭环的温度串级控制。每章内容安排：第一章：本章为论文绪论环节，主要包括对本次控制系统课题研究的背景介绍，对热炉串级控制的国内外研究情况进行介绍，并明确本可以主要的研究内容。第二章：本章对热炉的温度串级控制进行相关工艺及流程分析。根据热炉温度串级控制的工艺及要求设计三种控制方案，并对最佳控制方案进行确认。明确后续设计的具体流程。第三章：本章主要针对热炉的串级控制系统硬件进行相关介绍，并对所选器件的相关参数进行列举。第四章：本章对西门子TIAPROTAL平台进行介绍，并对热炉的温度串级控制程序的编写进行介绍，并对热炉出口及炉膛的双PID闭环控制程序进行介绍。第五章：本章对TIAPROTAL平台的仿真功能实现进行介绍，对第四章所述控制程序进行部分仿真。红河学院本科毕业论文(设计)PAGE4PAGE32第2章热炉温度串级控制系统的总体设计方案2.1热炉的工艺分析及工作原理加热炉一般由辐射室（炉膛），对流室，余热回收系统，燃烧器和通风系统等五个部分组成[2]，加热炉的详细组成部分及位置如图2-1所示。从图中我们可以看出：加热炉工作时，辐射室炉管内的燃料由对流室炉管内流入，这些燃料在辐射市内充分燃烧后，其中一部分的热量散发传递到炉管的外表面，而剩下的传递到炉墙上。依次作用及传递下，使得出口温度得以提升。而通过实际的情况分析得出：加热炉的加热温度能否达到较高的温度取决于火焰的强弱程度（炉膛温度）、炉管表面积和总传热系数的大小[3]。通常要获得较高的加热温度需要大的火焰，且炉管面积也要大，同时还要保证系统具有良好的传热性能。图2-1热炉结构2.2控制系统设计思路热炉温度的控制是属于工业过程控制。根据热炉加热系统内部结构及控制要求，设计以下三种方案。方案一：仅仅控制加热炉出口温度，工作示意图如图2-2所示，在该控制系统中，出口温度是整个系统的被控量，而实现温度控制需要通过控制燃料的实时流量来加以控制。但是该系统却存在着其他的影响因素：(1)实际加热目标物的初始温度值f1(t)；(2)在实际加热过程中，往往会产生燃料供应时压力的波动，而燃料值的变f2(t)也将影响系统运行；(3)当然，在实际控制时，烟囱的实际抽力也在发生变化f3(t)；(4)另外，系统中炉膛漏风或环境温度变化大也将产生较大的影响f4(t)。以此来看，但该控制系统存在一定缺陷，燃料在传输、燃烧、传热这些流程及环节的实际作用下，将会产生和较大的滞后，大约15分钟左右，另外，在实际控制时，燃油压力的变化也会造成控制系统的较大偏差。图2-2控制方案一方案二：仅仅控制加热炉炉膛温度，工作示意图如图2-3所示，在该控制系统中，炉膛温度是整个系统的被控量，通过该方案实施控制时，可以解决方案一种第二点及第三点的影响，这样使得系统的时间常数缩短至12分钟。不过，采用该控制系统也存在着一定的问题，如果燃料流量或者入口温度受到较大影响，这样将导致系统无法将出口温度设定至定值。图2-3控制方案三方案三：采用出口温度及炉膛温度双闭环的串级控制系统，控制示意图如图2-4所示。在这个控制系统中，将加热炉的炉膛温度作为副变量控制，而此时，加热炉的出口温度就是系统控制的主变量。针对上述两种控制方案的不足，采用串级控制的方式解决了方案一中第二点及第三点的影响，在第一点及第四点的影响也将通过串级控制回路进行消除。图2-4控制方案三综上所述，本次控制系统采用方案三的串级控制方案对热炉温度进行控制。本次设计的加热炉温度串级控制系统具体方框图如图2-5所示。干扰f2f3干扰f1T1炉出口温度对象炉膛温度对象执行器炉膛温度控制器出口温度干扰f2f3干扰f1T1炉出口温度对象炉膛温度对象执行器炉膛温度控制器出口温度控制器设定值设定值T2T2炉膛炉膛温度测量、变送炉出口炉出口温度测量、变送图2-5热炉温度串级控制系统图而在具体的控制器选择中，分别可以选择仪器仪表控制、单片机控制以及PLC控制[4]。结合实际情况，本次将采用PLC作为加热炉温度串级控制系统的控制器，具体优点如下：1.可靠性高、抗干扰能力强；2.通过PLC实现的控制系统编程比单片机等相对简单；3.本次采用的编程方式为梯形图编程，工作人员也易于使用及维护；4.由于PLC的特性，使得其在使用时可以适用多种的恶劣环境，完全胜任本次控制任务；5．本次的PLC控制器将采用西门子最新的小型PCL控制器，该PLC的结构为可拆卸的模块单元，包括后续使用到的模拟量输出及输入单元但是模块化的单元，安装方便，供电简单。本次所选PLC最多可扩展八个其他功能扩展单元。6.当前PLC控制系统的发展已经趋于完善，并且PLC在体积上的控制越来越小，使用PLC作为控制器的控制系统能耗低，通用性强。综合上述热炉工作流程，本次设计通过PLC对热炉温度串级控制系统进行控制。控制系统主要由以下四部分组成：（1）以工业以太网PROFINET协议为基础的网络结构，通过该网络结构实现了现场PLC和上位机的以太网通信控制，并通过以太网通信对控制系统[5]运行状态进行监控。（2）通过PLC模拟量扩展模块实现现场炉膛及出口温度的采集，并通过程序进行模数转换，对相关工况情况进行控制程序编写。（3）通过PLC的PID控制器实现热炉的温度串级控制。（4）由PLC组成的控制系统，通过扩展子站中的I/0点结合PID控制器算法计算结果实现对该系统的继电器输出的控制，从而达到温度控制。2.3系统设计流程在对热炉控制系统进行软硬件设计时，既要满足热炉生产工艺的要求，又要达到相应的控制精度，体现出该系统的优势。因此在对该热炉温度控制系统进行设计之前，首先需要对热炉工艺流程以及现场的情况有一定的了解，熟悉现场硬件设备的工作原理；确定控制目的后，收集系统设计过程中所需要的参数；在此基础上为该系统选定主控制器以及其他的硬件设备；使用相应的软件平台为控制系统编写下位机程序；对编写好的软件进行部分仿真；最后整理资料，对此次课题做出总结。系统的总体设计流程如图2-6所示。软件部分仿真程序设计硬件选型设计工艺分析及总体设计软件部分仿真程序设计硬件选型设计工艺分析及总体设计图2-6设计流程第3章控制系统硬件选型及设计根据控制系统要求及设计，所需选型器件包括PLC控制器及模拟量采集扩展模块，炉膛内温度及出口温度检测传感器，继电器，压力传感器，按钮等，燃气开关阀门，助燃电磁阀等总燃气开关等，详细选型如表3-1所示。表3-1详细选型设备名称型号订货号参数控制器S71200CPU1214C6ES7215-1AG40-0XB0工作内存:100kB，14DI/10DO,2AI/2AO板载DI14x24VDC漏型/源型，1xPROFINET接口模拟量输入扩展模块SM12236ES7231-4HD32-0XB0AI4x16位；输入：1.25V、2.5V、5V、10V和0/4至20mA模拟量输出扩展模块SM12326ES7231-4HD32-0XB0AQ2x14位；输出：+/-10V，0到20mA；继电器RPM22BD24VDC供电，常开电源PM12072.5A6EP1332-1SH71输出：24V/2.5A；输入：AC120V-230V50HZ温度传感器IRTP-800LS模拟量输出：0-10V，：供电：12-36VDC。温度测量范围：-40-+300℃，精度：0.1℃燃气开关阀门VBA216-050p模拟量信号控制，控制信号0-10VDC信号或4-20mA电流信号。上位机装有TIA的PC机（带以太网卡）符合TIAPROTAL安装要求通信电缆TP电缆3.1可编程逻辑控制器选型当前自动化领域PLC种类及品牌琳琅满目，包括不同厂商：三菱，西门子，欧姆龙等品牌，考虑本次的控制任务选用西门子的PLC作为控制器[6]，而本次控制任务采用紧凑型PLC即可完成控制任务，还可以控制成本。而现如今西门子紧凑型控制器主要包括：s7-200，s7-200Smart,S7-1200[7],考虑当前西门子市场占有率及后续更好与现实使用接轨，本次采用三款中最近面市的S7-1200PLC作为控制器。根据本次控制系统需求，参考西门子官方发布的《S7-1200PLC产品样本》，该控制器可满足实际需求。该系列PLC主要有以下优势：（1）S7-1200与S7-1500机常类似，前连接器安装时具有接线位置，并且提供了专门的电源元件、屏蔽支架以及线卡，能够让接线过程更加方便，可靠性更高；CPU上有LED显示灯，能够清晰的显示CPU的状态信息和故障信息[8]。（2）S7-1200PLC具有较快的处理速度和较强的联网能力，诊断能力强，安全性能与其他系列PLC相比更高。本次选型的PLC具有双端口交换机的PROFINET接口，能够实现PLC与上位机（PC）的TCP/IP通信，并且能实现PLC与变频器的PROFINET通讯连接，完成变频器的驱动调速控制。（3）S7-1200PLC的基本数据类型长度达到32位，S7-1200PLC支待Pointer、Any两种类型指针，使得S7-1200在编程时具有一定的灵活性。布尔执行速度,0.08μs/指令,移动字变量执行速度,1.7μs/指令,浮点数运算执行速度,2.3μs/指令。该PLC实物图如图3-1所示：具体型号为：s7-1200CPU1215CDC/DC/RLY，该CPU订货号为6ES7215-1HG40-0XB0，选择固件版本V4.2。该控制器具有100KB工作存储器；板载DI14x24VDC漏型/源型，DQ10继电器和AI2；板载6个高速计数器和4路脉冲输出；信号板扩展板载I/O；多达3个用于串行通信的通信模块；多达8个用于I/O扩展的信号模块；0.04ms/1000条指令；PROFINET接口，用于编程、HMI以及PLC间数据通信，满足使用要求。图3-1、S7-1200实物图该CPU具有的资源：本次所选型号的PCL控制器内部集成了100KB的工作内存，4MB的装载内存，另外包含了14DA/10DO，在模拟量输入输出接口上分别有两个。图3-2为CPU接线图，①接24VDC传感器电源；②对于漏型输入将负责接到“-”端（如图示）。图3-2、CPU接线图3.2模拟量输入模块选型本次设计的加热炉温度串级控制系统需要温度传感器采集现场加热炉出口及炉膛的温度，但是传感器采集到的信号为模拟量，需要将该模拟量转化为数字量，才能做检测信号显示及控制系统使用，配套西门子S7-1200PPLC选择四输入模拟量输入模块SM1231，固件版本V2.0。该模拟量输入模块支持多种模拟量输入方式，本次采用其0-10VDC输入信号进行模拟量转换，该模拟量输入模块的点数为4个，完全满足需求，且其精度为16位，精度高，测量准。实物图如图3-3所示，接线图如图3-4所示。图3-3、SM1231实物图3-4、模拟量输入模块接线图3.3模拟量输出模块选型本次设计的加热炉温度串级控制系统需要通过控制燃料的输入速度及在总量来控制火力，从而达到热炉温度的控制，想要达到高精度的控制，就必须采用高精度的模拟量输出对阀门进行开度的控制。系统输出的阀门开度控制量需要通过模拟量输出模块转换为模拟量信号后给到阀门，以此完成控制需求。配套西门子S7-1200PPLC选择四输入模拟量输入模块SM1232，固件版本V2.0。该模拟量输出模块包含了两个模拟量输出接口，并且为14位精度控制的模块，精度高，完全满足使用需求，本次将通过其0-10V信号输出对阀门进行控制。如图3-3所示为SM1231的实物图。图3-3、SM1231实物图3-4、模拟量输出模块接线图3.4电源选型及设计为了本次整个热炉温度串级控制系统的运行，需要为PLC添加独立的供电电源，本次电源选用S7-1200系列配套电源PM12072.5A。该电源性能指标：带有自动范围切换功能的交流电压AC120/230V，输入电压工作范围：AC85...132/176...264V，输出：稳定的无电势直流电压(SELV)，直流24V。该电源主要为PLC控制器，模拟I/O，数字I/O及其他通信提供电源输出，满足设计要求。图3-5为电源PM12072.5A的实物图。图3-5PM1207电源实物图3.5温度传感器选型及设计本次控制系统需要对炉膛及出口的温度进行实时检侧，在对出口及热炉的温度检测时，首先需要得到温度的模拟量信号，考虑到加热炉的特殊应用环境，本次不能采用传统的PT100进行温度信号采集，需要使用可耐高温的温度传感器进行检测。本次选用温州上沪电气的温度传感器，型号为IRTP-800LS。该温度传感器通过24V直流电源进行供电，其相应时间快，仅为100ms，而在实际的测量中，该温度传感器可以测量从0摄氏度到800摄氏度的温度变化，并且能达到±1%或±2%的测量精度，完全满足本次加热炉温度控制系统的需要。输出模拟量电压信号为：0~10V，其尺寸为：Φ18mmX98mm(L)，温度传感器实物图如图3-6所示。图3-6光纤温度传感器实物3.6燃气开关阀门选择及设计根据本次设计要求，需要通过控制燃气的进量来控制热炉内加热温度的变化，为了更加可靠的对温度进行控制，需要对燃气的进气量也由于精确的控制，并能通过实际的温度检测反馈与实际值得变化做出相应的变化，以此完成PID控制，故本次选用通过模拟量输出控制阀门开度的阀门。根据需求，本次热炉温度控制系统燃料的控制将采用Honeywell（霍尼韦尔）公司的电动调节阀实现阀门开度控制，其具体的型号是VBA216-050p。该电动调节阀的旋转方向也是可调的，并且支持在零下20摄氏度到60摄氏度的环境下进行使用，整个阀门的防护等级达到了IP54，并且具备CE认证：MVN75/72/61。该电动调节阀可通过0-10V电压型模拟量信号控制，也可通过4-20mA电流型模拟量信号控制。0-10V对应阀门的开度为0-90°。满足本次工作要求，实物图如图3-7所示。图3-7电动调节阀3.6按钮及继电器选型根据现场检测的具体要求，需要急停按钮及开始等信号指示按钮，以及控制热炉加热系统启停的中间继电器。急停按钮选用施耐德公司的急停按钮，具体型号为XB6ETI523P，其实物图如图3-8所示，该急停按钮通过24V直流电源进行供电，包含两个常闭触电，通过按压即可释放，并且该急停按钮带红色显示灯，更加醒目直观。而在启动按钮及停止按钮的选择上，同样选择施耐德公司的按钮，其具体型号为XB4BW33B5，该按钮也是带绿色的按钮，通过直流24V电源进行供电，具备弹簧复位操作头，1NO+1NC，如图3-16所示。带LED可插拔式中间继电器选用施耐德RPM22BD24VDC继电器，工作电压24VDC，1/2HP/120VAC1HP/277VAC(功率在1/2马力时，触点的交流工作电压不得超过120V，在1马力的功率时，交流工作电压不得超过277V，1马力大约735W，如图3-17所示。继电器底座型号为：RPZF2。图3-8急停按钮图3-9按钮图3-10继电器第4章控制系统控制程序设计4.1程序设计思路本次设计通过TIAPROTAL平台实现控制系统组件组态及程序编写，包括S71200PLC，模拟量输入扩展模块，模拟量输出模块等，另外还有通信组态，包括PLC与PC的PROFINET通信组态，PLC与PID控制器的工艺参数组态等。设计程序有多个程序模块组成，主要包括以下子程序：、模拟量输入转换子程序；、模拟量输出转换子程序；、炉膛温度PID控制子程序；、出口温度PID控制子程序。、出口及炉膛温度报警子程序4.2整体设备组态4.2.1关于TIAPORTALTIA博途是全集成自动化软件TIAportal的简称，是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件[10]。博途是一个集成软件平台，其组态功能及兼容性强大，专业版支持300、400、1200、1500，同时还支持西门子人机界面WINCC和部分驱动器以及PLCSIM仿真部分等[11]。此软件是自动化工控行业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件。用该软件进行程序开发虽然有一定难度，但是其模块化的编程思维非常适用于当前工控行业多任务，高效率的工作现状。根据设计，软件配置列表如表4-1所示。另外，西门子官方也给出了TIAPROTAL软件平台的相关安装要求：硬件要求：上位机主机的CPU需要满足一定的要求，另外建议使用的内存为16GB，硬盘在安装TIAPROTAL后，还有大于50GB的剩余空间即可。软件要求：STEP7Professional/BasicV14.0SP1可以安装在WIN7/WIN8/WIN10的64位操作系统之下，不支持32位的操作系统安装，另外，安装本次的TIAPROTAL需要管理员权限。通过TIAPROTAL实现主要器件组态，包括PLC，I/O扩展模块，模拟量输入模块及模拟量输出模块等等。另外包括了通信组态以及通信参数设定，主要是PLC与PC的PROFINET通信组态。表4-1软件配置列表软件名称版本TIAPROTALV14.0SP1GSDMLSM1223TIAPLCSIMV14.0SP1StartDriveV14.0SP14.2.2PLC设备组态及以太网通信参数设置本次的热炉温度串级控制系统的控制器S7-1200通过基于TCP/IP协议的以太网通信实现与上位机（PC）的通信。本次选择的CPU1214CDC/DC/RLY包含一个PROFINET通信口，完全满足了工作的需求，只需要PLC通过PROFINET物理接口是的RJ45口（支持10/100Mb/s）与上位机连接即可。另外，在网络端口组态中，选择CPU之后，在CPU的以太网地址中设定通信地址为（默认），其子网掩码设定为。当然，上位机需要设定相同网段的IP地址即可实现通信。如上位机设定为：0。s71200PLC端口网络地址设置如图4-1所示。图4-1系统组态根据系统需求，对设备的I/O进行分配，I/O分配表如图4-2所示。其他内部变量使用如图4-3所示。图4-2I/O分配表图4-3其他内部变量4.3温度转换子程序本次设计需要主要对热炉的出口温度及炉膛温度内实际温度进行实时监控，并反馈至PLC，用于PID控制程序的对比，需要通过程序对温度传感器检测的温度模拟量转换为数字量。本次采用的温度检测传感器为0-10V电压型输出信号的传感器，在组态中，选择扩展AI模块的通道0作为压力信号传输通道，测量类型设定为电压型，电压范围选择±10V，实际使用0-10V，通过模拟量输入模块实现A/D转换后，PLC接收到的数字信号范围为：0-27648，该信号输入端口为IW96及IW98。详细设置如图4-4所示。图4-4、温度传感器参数组态通过PLC采集到的温度传感器信号范围在0-27648之间，其反馈的压力值在-40-300℃内，使用NORM_X指令对输入值进行标定，再通过SCALE_X指令对其进行转换，温度传感器检测信号转换程序如图4-5所示。模拟量转换程序中间变量如图4-6所示.图4-5温度信号转换程序图4-6温度转换程序内部变量4.4电动调节阀子程序本次设计需要通过改变燃料的进气量来改变热炉加热的温度，该功能的实现通过电动调节阀实现。PID程序通过调整此阀门来达到实际温度的调节。通过程序对电动调节阀开度的调节实际上是通过模拟量输出的值转换后对电动调节阀实现调节。本次采用的电动调节阀为0-10V电压型输出信号，在组态中，选择扩展AO模块的通道0作为压力信号传输通道，测量类型设定为电压型，电压范围选择±10V，实际使用0-10V，通过模拟量输入模块实现D/A转换后，PLC发送的数字信号范围为：0-27648，该信号输入端口为QW112及QW114。图4-7模拟量输出转换图4-8模拟量输出转换中间变量4.4热炉温度PID控制子程序首先根据本次系统对PID控制器及工艺参数进行组态进行基本参数设置。如图4-9所示。图4-9PID工艺参数组态基本设置本次出口温度作为主要控制，采用PID结构进行闭环控制，初始PID参数如图4-10所示。图4-10出口温度PID控制器参数设置对参数进行设置后，可在组态界面查看全部工艺参数，如图4-11所示。图4-11PID组态所以参数最后，可以在查看PID调试界面设定相关参数，如图4-12所示。但由于本次设计无法实际应用相关器件进行输入、输出接入，故无法进行实际PID调试。图4-12PID调试界面最后，在中断程序中调用“PID_Compact”指令，调用PID控制器进行相关控制。出口温度及膛炉温度调节PID程序如图4-13及4-14所示。图4-13出口温度调节PID图4-14炉膛温度调节PID4.5系统主程序系统控制主程序在OB1中执行，且上电时执行温度传感器模拟量信号转换子程序，程序如图4-15所示：图4-15主程序运行程序后，调用相关子程序，如图4-16所示。图4-16模拟量转换子程序调用通过运行按钮，实现PID指令调用。如图4-17所示。图4-17启动PID调试第5章程序部分仿真5.1.1仿真设置S71200系列PLC在TIAPORTAL中仿真需要通过S7-PLCSIM进行仿真，且需版本为PLCSIMV14.0SP1，具体仿真流程及结果如下。打开TIAPROTAL的仿真功能，自动启动相应的仿真软件。设置仿真参数：将程序全部下载至仿真器中，PG/PC接口选择PLCSIM。设定PLC启动模式为暖启动，如图5-1所示。图5-1程序仿真下载5.1.2子程序调用仿真程序运行后，通过内部继电器状态改变启动程序，如图4-19所示。随后程序调用子程序仿真开启，如图5-2所示。5-2启动仿真通过监视程序内部DB存储块，可以看到预先设定的报警值,如图5-3所所示。图5-3预设报警值监视由于本次仿真无法对模拟量进行更改，故通过更改报警值，如图5-4所示，修改后，系统报警启动。出口温度调用仿真见图5-5。图5-4系统报警图5-5出口温度调用仿真此时可对PID程序进行监控，但无法实际调试，见图5-6。PID调试界面仿真见