基于PLC的加热炉炉温控制系统

摘要

加热炉是将物料或工件加热的设备。工业生产中使用到的钢厂加热炉是一个具有多种干扰因素的复杂系统，建立模型很困难。目前传统的控制方法已经很难对它进行理想有效的控制，所以必须去寻找新的方法来取代传统的PID策略，以便克服它的纯滞后性、时变性、非线性、不确定性和随机干扰特性，达到需要的控制效果。
　　本文在对步进式加热炉的结构了解清楚的基础上，熟悉了加热炉的工艺流程，概述步进式加热炉的发展过程以及现在的控制状况，对加热炉的控制过程做了详细的分析，确定了钢厂加热炉的控制要求后，针对控制要求确定使用串级系统来对炉温进行控制，在串级控制系统中，将模糊PID控制器作为主控制器，使用两个常规控制器作为副控制器对加热炉的炉内温度进行控制。课题的研究和学习工作包括以下几个方面：
　　第一，参阅了大量的与加热炉相关的文献和资料，了解步进式加热炉与其他加热炉如蓄热式加热炉等之间的优缺点，明白了加热炉的工作过程，确定了钢厂加热炉的控制要求。
　　第二，针对控制精度等要求，掌握串级比值控制系统，在熟悉工作流程后，利用此方法可以实现加热炉的控制过程。
　　第三，介绍在加热炉中经常应用的几种方法，充分掌握传统PID控制和具有智能控制思想的模糊PID控制。
　　第四，在串级比值控制系统的基础上，分别使用了传统PID控制器和模糊控制器，观察一下它们的控制效果，用MATLAB软件进行仿真，并对两者的仿真结果进行了比较。根据仿真结果，证明了具有智能控制思想的模糊PID控制方法能够使炉内温度快速达到设定值并保持稳定状态，适合用于加热炉的控制。模糊PID控制器比普通的PID控制器在性能上提升了很多。
　　模糊PID控制算法在工业控制中越来越被重视，它的应用也将越来越为广泛，其目前比较大的优点就是适应性特别强，抗干扰能力强。此外，模糊控制还具有可以克服对象的纯滞后性、非线性、抗干扰性和大惯性等优点。这些优点对钢厂加热炉这种复杂的控制系统尤为实用，其超调量小、质量高、超调时间短，可以使炉温迅速稳定的达到设定温度，同时也避免了过度氧化带来的损失，在达到预期的控制效果同时也响应了国家的节能减排措施。通过分析模糊PID方法在钢厂加热炉上的应用，讨论了控制器参数PID在钢厂加热炉应用方面调整的规律和方法。对于本文提出的方案是否可行，因不能去现场试验，只能采取仿真来作为依据，通过仿真结果来对比方案的优缺点以及可行性。基于西门子S7-300建立了炉温控制系统，监控界面是使用Win CC软件来完成布局和描述的，并实现实时监控和人机互动。

目录

声明

1绪 论

1.1 加热炉的介绍

1.2 国内外研究现状

1.3 加热炉控制存在的一些问题

1.4 加热炉炉温控制的研究与意义

1.5 本文完成的主要工作

2步进式加热炉炉温控制系统

2.1 步进式加热炉工艺简介

2.2 步进式加热炉物料的运动

2.3 加热炉燃烧控制系统

2.4 本章小结

3加热炉模糊PID控制系统设计及仿真

3.1 PID的介绍

3.2 模糊控制的发展概况

3.3 模糊控制的基本思想

3.4 模糊PID控制器的基本原理

3.5 模糊PID控制器设计

3.6 加热炉燃烧模型

3.7 模糊控制规则的建立

3.8 仿真系统的建立

3.9 本章小结

4系统硬件、软件的设计

4.1 加热炉控制系统的信号检测

4.2 硬件PLC的介绍

4.3 PLC选型

4.4 PLC软件部分组成

4.5 本章小结

5上位机监控软件 Win CC 的设计

5.1 组态软件简介

5.2 S7-300 PLC 与 Win CC 之间通信

5.3 加热炉炉温自动控制布局画面组态

5.4 本章小结

总结

参考文献

附录

在学研究成果

致谢