西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 PLC的加热炉自动上料控制基于系统设计
摘 要
可编程逻辑控制器是集微处理器，存储器，输入输出接口与中断系统于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造，冶金，化工，能源，交通等各个行业。PLC具有较强的逻辑运算能力，可以实现各种开关量从简单到复杂的逻辑控制，在现代工业生产过程中，有许多连续变化的模拟量，如温度，压力，流量，液位等，可编程逻辑控制器可实现对模拟量的控制。
本次设计针对加热炉自动上料控制系统，考虑到生产实际工程，以工业生产中常见的加热炉为主体，分析并设计它的自动上料控制系统。控制运料小车在生产轨道上的动作，生产轨道上设有行程开关，可以让小车自动发出信号，控制炉门的开闭，同时小车前进后退与卸料过程都可以自动实现。这次设计完成了主电路，辅助电路的设计。另外设计出了控制系统对应的梯形图，通过PLC编程程序，用STEP-7软件和S7-200联机调试，成功地仿真了整个生产工程，运行良好，达到了设计的目标。模拟加热炉自动上料控制系统的生产现场，也取得了很好的效果。
关键词：S7-200PLC，PLC，加热炉，自动上料，STEP-7
西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 目录
1 可编程控制器概述 ...................................... 1
1.1 可编程控制器的产生背景 ....................................... 1 1.2 继电器控制系统与PLC控制系统的比较 ........................... 1 1.3 可编程控制器的综述与发展趋势 ................................. 2 1.3.1 可编程控制器的特点 ..................................... 2 1.3.2 可编程控制器的分类 ..................................... 4 1.3.3 可编程控制器的应用范围 ................................. 4 1.3.4 可编程控制器的发展趋势 ................................. 4
2 可编程控制器的硬件结构和工作原理 ....................... 8
2.1 PLC的硬件结构 ............................................... 8 2.2 PLC的扫描工作原理 ........................................... 8 2.3 S7-200系列PLC .............................................. 13 2.3.1 S7-200系列PLC的主要功能 ............................. 14 2.3.2 S7-200系列的组网 ..................................... 14 2.4 PLC 的基本编程元件 .......................................... 14
3 可编程控制器的设计技巧 ................................ 16
3.1 可编程控制器的编程 .......................................... 16 3.1.1 可编程控制器的编程原则和技巧 .......................... 16 3.1.2 可编程控制器控制系统的设计步骤 ........................ 16 3.2 可编程控制器应用中常见的问题 ................................ 16
4 加热炉自动上料控制系统的设计 .......................... 18
4.1 设计的具体过程 .............................................. 18 4.1.1 设计任务 .............................................. 18 4.1.2 设计意义 .............................................. 18 4.1.3 设计方案的选择 ........................................ 19
西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 4.1.4 设计流程图 ............................................ 19 4.2 加热炉自动上料控制系统的方案实施 ............................ 21 4.2.1 分析生产过程并确定I/O点数 ............................ 21 4.2.2 合理分配I/O端口并制表 ................................ 21 4.3 绘制电路图与梯形图 .......................................... 22 4.3.1 绘制主电路图 .......................................... 22 4.3.2 绘制辅助电路接线图 .................................... 23 4.3.3 画出梯形图 ............................................ 24 4.4 用STEP-7软件与S7-200联机调试 .............................. 27
5 结 论 ................................................ 28 致 谢 .................................................. 29 参考文献 ............................................... 30
西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 1可编程控制器概述
1.1 可编程控制器的产生背景
在20世纪60年代以前，工厂里实现生产过程自动控制的设备主要是以继电器为主要元件的控制装置，复杂的控制系统可能要使用成百上千个各式各样的继电器，用成千上万根导线连接起来。在当时，这种控制装置在生产上取得了广泛的成果。但是它本身固有的缺陷也大大限制了它的应用范围。比如，由于它是采用大量的继电器作为主要元件，机械触点过多，特别是复杂的控制系统，如果某一个继电器损坏，甚至某一对触点接触不良都会影响整个系统的正常运行，因此可靠性不高；当系统出现故障时，要进行检查和排除又非常困难，因此，不便与维护；一个复杂的控制装置的安装、接线的工作量极大，采用继电器元件过多，因此，价格昂贵；当工艺要求发生变化时，控制装置需要重新设计、安装、调试，因此可移植性差。随着现代社会生产的发展和技术进步，人们迫切需要一种新的控制装置，使控制系统工作更可靠、更便于维护、可移植性更强。社会的呼声越来越高，在这种情况下，1969年研制出第一台可编程控制器，并投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了极佳的效果，从此开创了可编程控制器的新纪元。 可编程序控制器简称PLC，是20世纪60年代以来发展极为迅速、应用面极为广泛的工业控制装置，是现代工业自动化的三大支柱之首。它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成确定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和一些确定的功能，来控制各种类型的机械设备或生产过程。当今PLC吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，以单机自动化到整条生产线的自动化乃至整个工厂的自动化；从柔性制造系统、工业机器人到大型分散控制系统，PLC均承担着重要角色。
1.2 继电器控制系统与PLC控制系统的比较
一、继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器-接触器的触点串联或并联组成控制系统，连线多，体积大，触点数量有限。系统一旦设计成功之后，改变或增加功能十分困难。PLC采用计算机技术，控制逻辑以程序的方式存
1
西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 放在存储器中，采用“软继电器”的概念，实质上是存储器单元的状态，因此软继电器的触点是无限的，要改变或增加功能，只需改变程序即可，与外部的硬件接线关系不大，并且系统连线少，体积小，功耗少。
二、继电器控制电路采用并行的工作方式，电源接通后，电路中所有的继电器都处于受制约的状态，该吸合的继电器吸合，不该吸合的继电器受制约不能吸合。PLC采用串行工作方式，循环扫描，受同一条件制约的各个继电器动作次序决定于程序扫描顺序。
三、继电器控制系统依靠机械触点的动作来实现控制，机械触点容易出现抖动，工作频率低。PLC通过程序指令控制，程序指令执行的时间通常以微秒级累加的，因此“软继电器”不存在抖动的问题。
四、继电器控制系统采用大量的机械触点，存在机械磨损和电弧烧伤的问题，寿命短，系统连线多，可靠性和可维护性差。PLC控制系统开关动作由无触点的半导体电路完成，其寿命长，可靠性高，患有自诊断功能，自动查出故障显示给工作人员，为现场维护和调试提供了方便。
考虑到上述的区别，本次对加热炉控制系统的设计采用PLC编程，有很大的优势和应用前景。
1.3 可编程控制器的综述与发展趋势
1.3.1 可编程控制器的特点 一、可靠性高，抗干扰能力强
工业生产对控制设备的可靠性要求：①平均故障间隔时间长，②故障修复时间（平均修复时间）短。任何电子设备产生的故障，通常为两种：①偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。②永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，
2
PLC的加热炉自动上料控制系统
