基于PLC的軋鋼工藝系統(tǒng)自動化的設(shè)計

[15]而ki控制就是我們以燒熱水為例子，我們的目標溫度時50度，在P的控制下，水的溫度值慢慢升高，等到了40度，由于其他原因散熱非?？欤藭r就保持在了40度，但是P調(diào)節(jié)器一直在緩慢加溫度，D控制發(fā)現(xiàn)并沒有波動。而ki就會隨著時間的推移就會發(fā)現(xiàn)欸溫度怎么還沒漲，該提高溫度了。以下為PID仿真控制的輸出如下所示式（3-1）在式（3-1）中為比例因子，為積分時間的因數(shù)，e為給定值和測量值的偏差。第一步我們要進行離散的處理，然后將連續(xù)微分方程用離散差分方程代替。式（3-2）為計算公式。式（3-2）在式（3-2）中為第k次采用后的輸出，為第k次的采樣數(shù)據(jù)偏差，T表示為系統(tǒng)采樣的周期，k為采樣的序號。PID的控制的增量表達式為：式（3-3）式（3-4）上述表達式中：式（3-3）中為系統(tǒng)的第k次采樣的時間點的增加量的輸出值，式（3-4）中分別為偏差的數(shù)值，偏差的變化速度，偏差的變化加速度。從上式（3-3）、（3-4）能夠分析出如果用變參數(shù)自適應PID控制算法，同時在外部干擾的加持下，Ti、Td和Kp在這種情況下可以同步調(diào)節(jié)。其中差值和輸出變量的表達式如下：式（3-5）式（3-6）式（3-7）PID控制圖如下所示：圖3圖3SEQ圖\*ARABIC\s13PID控制示意圖

第4章軟件設(shè)計概述4.1西門子編程軟件簡述隨著科技水平的逐步提高，生產(chǎn)力急劇飆升，但是我覺得有機遇。在傳統(tǒng)的軋鋼生產(chǎn)線中他們需要，在舊時生產(chǎn)勞動成本會很高，并且生產(chǎn)空間也會急劇縮小，由于大量電器元器件，非常占用可用空間。經(jīng)濟的快速增長直接影響到各個領(lǐng)域。所以，可控邏輯編輯器就誕生了，在電氣行業(yè)生產(chǎn)新模式的誕生也尤為重要。當然跟可控邏輯編輯器配套的編程軟件也橫空出世。它能夠與PLC進行通訊，程序上載，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)監(jiān)視等。4.2梯形圖及變量構(gòu)思在構(gòu)思之前我們首先要明白和鏈接西門子編程軟件中的模塊，模塊類型以及功能指令：其中基本的有位邏輯運算：比較普通的常開常閉就在該內(nèi)容合集，該合集比較常用。圖4-1定時器程序圖定時器操作：IN輸入用于連接變量、PT輸入用于設(shè)置控制時間Q和ET為指令輸出圖4-1定時器程序圖計時器操作：當“TagIn_1”操作數(shù)的信號狀態(tài)從“0”變?yōu)椤?”時，將執(zhí)行“加計數(shù)”指令，同時“Tag_CV”操作數(shù)的當前計數(shù)器值加1。每檢測到一個額外的信號上升沿，計數(shù)器值都會遞增，直至達到該數(shù)據(jù)類型的上限。PV參數(shù)的值作為確定“TagOut”輸出的限制。只要當前計數(shù)器值大于或等于操作數(shù)“Tag_PV”的值，輸出“TagOut”的信號狀態(tài)就為“1”。在其它任何情況下，輸出“TagOut”的信號狀態(tài)均為“0”。計數(shù)器操作：cu位置是沒當連接的輸入變量被置一的時候pv就會加一，r位置是將pv置零圖4-2計數(shù)器圖4-2計數(shù)器圖4-3IO分配圖圖4-3IO分配圖4.3HMI畫面設(shè)計首先要加一段主控制程序，控制所有程序的啟停，其次是電機控制程序用于控制電機，其次是外部變量控制程序段一般用于接收外部變量后來對電機進行控制。然后就是ＨＭＩ界面，布置好變量；連接ＰＬＣ數(shù)據(jù)量變量。在ＨＭＩ畫面我們首先要了解畫面的基本對象、元素、控件。我們這次用到的是文本框，基本對象正方形，控制元素按鈕，還有控件的數(shù)據(jù)變化表。首先我們將需要的對象，元素，構(gòu)件。放到我們選擇的HMI畫面中，其中我們著重要介紹的就是：文本框可以輸出數(shù)據(jù)和在HMI控制運行畫面輸入數(shù)據(jù)。下圖是文本框的屬性設(shè)置其中比較常見的的就是事件和動畫設(shè)置，關(guān)聯(lián)變量是點擊圖框上方菜單欄動畫選項，就會出現(xiàn)總覽（動畫和移動選項）可想而知動畫化就是將文本框可視化增加數(shù)據(jù)，動畫顏色和閃爍，外觀，可見性。我問點擊是可見性動態(tài)化然后連接變量即可。圖4-4HMI畫面操作方法圖4-4HMI畫面操作方法

第5章系統(tǒng)仿真5.1系統(tǒng)仿真應用的概述系統(tǒng)仿真時基于系統(tǒng)模型的一種應用，而且它的基礎(chǔ)是系統(tǒng)建模他是一種能夠在電腦上邊進行各種數(shù)據(jù)，畫面，狀態(tài)實驗的數(shù)字化現(xiàn)代技術(shù)，它能夠通過儲存在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)根據(jù)使用者的需要來進行數(shù)據(jù)模擬。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的仿真實驗顯而易見，不論是畢業(yè)設(shè)計方面、實驗項目還是工程開發(fā)方面等等還有許多，系統(tǒng)仿真都在它們之中擔當著非常關(guān)鍵重要的身份，比如航天工程試驗離不開數(shù)學建模，高鐵運行時的速度控制等等。下面要介紹的S7-PLCSIMV17這款軟件是我們的仿真軟件，在我們整個論文系統(tǒng)中起到了非常重要的作用，相當于人類的嘴巴通過畫面訴說給人們發(fā)生著什么，博途系列軟件往往都會有與之相對應的程序仿真軟件（要注意的時在安裝軟件時，安裝過程中會出現(xiàn)默認安裝配套軟件，請不要隨意取消勾選，在安裝時一定要安裝在自己設(shè)置的路徑和非系統(tǒng)盤），S7-PLCSIMV17這款軟件仿真軟件是學生學習，工作必不可少的一部分，計算機仿真軟件的優(yōu)點是可以在沒有硬件的情況下，在電腦上面對已編程好的程序和已經(jīng)編輯好的hm

I界面進行仿真調(diào)試。該軟件之所以這么受歡迎主要是使用起來非常簡單，容易理解操作起來非常容易上手。非常適合新接觸該軟件的人們使用。5.2S7-PLCSIM應用仿真與現(xiàn)實PLC的差別當看到該標題時我第一刻想到的就是“S7-PLCSIM應用與現(xiàn)實PLC的差別肯定是一個是實物另一個不是實物是虛擬的不能進行實物操作”我覺得大家都是這樣想的，但是不僅僅是這樣它們都有著自己的優(yōu)點和缺點下面分別介紹一下，首先介紹的是S7-PLCSIM應用當我們身邊沒有PLC，變頻器，HMI屏幕等相關(guān)硬件的時候。我們在一些關(guān)鍵的時刻恰恰需要模擬的時候反而無法立馬達到自己想要的目的，但是有了這款軟件我們只僅僅需要一臺電腦加上一點時間我們就能立馬實現(xiàn)我們想要實現(xiàn)的，并且這款軟件能夠根據(jù)自己的需要任意加減模擬的硬件，而且模擬硬件庫包含著我們常見的硬件的各種常用品牌，但是S7-PLCSIM應用也有缺點，如果我們在S7-PLCSIM應用上面進行仿真我們并沒有真實硬件在眼前放著那種既視感。而且當TIA博圖編程軟件和S7-PLCSIM應用兩個軟件切換起來相對麻煩。當我們使用PLC，變頻器，觸摸屏等實物進行操作的的時候，相對來S7-PLCSIM應用說用實物進行模擬大大的受到了場地的限制。但是實物可以接線能夠讓操作人員更有體驗感，而且當PLC，變頻器，觸摸屏等實物運行起來的時候觀察起來也比較方便。下面是我個人的見解我認為雖然S7-PLCSIM仿真能夠代替plc進行仿真，但是S7-PLCSIM并不能完全代替真實的plc它與真實的硬件plc有著很大的區(qū)別：1、S7-PLCSIM當對進行Stop操作后，程序在開始時從中斷處開始執(zhí)行2、S7-PLCSIM當對進行stop操作后，不影響輸出狀態(tài)3、當在子窗口修改變量時，其修改立刻有效，而不會等到下一個周期4、你可以手動修改或復位定時器的值5、S7-PLCSIM可以實現(xiàn)單周期操作模式6、S7-PLCSIM可以使你觸發(fā)中斷ob塊7、S7-PLCSIM對過程映像區(qū)的修改，立即生效，不支持所有的診斷信息，不支持多CPU模式.5.3仿真界面的介紹講了那么多的區(qū)別，概念，意義下面進入我們的正題請認真觀看注注注意一下全是干貨，我們要介紹S7-PLCSIM應用的使用，該如何使用S7-PLCSIM應用不需要特地的下載當我們安裝博圖編程軟件得到時候它自然就會自動安裝S7-PLCSIM應用，S7-PLCSIM簡介：當我們使用S7-PLCSIM時具有以下優(yōu)點：在PG、PC上進行不依賴于硬件的S7程序測試可以在程序開發(fā)的早期就可以找出錯誤大大的降低了開發(fā)者的成本，加速了開發(fā)者開發(fā)PLC邏輯編程語言的進程，明顯的提升了PLC邏輯編程語言程序的質(zhì)量適用于各類同品牌的軟件，能夠更好的與其他軟件或者系統(tǒng)相兼容。使用啟動仿真的步驟如下：1、左鍵單擊需要被下載到PLCSIM的CPU圖5-1啟動畫面2、左鍵單擊“啟動仿真”按鈕，先后彈出下圖的窗口圖5-1啟動畫面接著就會彈出程序的下載頁面操作方式如下：1、PG/PC接口：默認選擇PLCSIM，此時無法連接真實CPU2、左鍵單擊“開始搜索”按鈕3、選中搜索到的CPU4、左鍵單擊“下載”按鈕圖5-3仿真監(jiān)視圖圖5-2圖5-3仿真監(jiān)視圖圖5-2通訊畫面圖5-4仿真啟動畫面圖5-4仿真啟動畫面如上圖5-4所示為仿真啟動的畫面，在仿真頁面可以直接控制系統(tǒng)的啟動停止，假如想要啟動系統(tǒng)時就可以直接點擊系統(tǒng)左上角的啟動按鈕，啟動成功指示燈提示為綠色。結(jié)束系統(tǒng)運行，點擊停止按鈕。上圖為停止狀態(tài)指示燈提示為紅色。S1、S2傳感器指示燈為檢測鋼帶位置的，鋼帶處于正常位置時指示燈為綠色。當鋼帶偏離時傳感器指示燈顯示為紅色。由于仿真無法自動模擬鋼帶偏離，所以我們在右側(cè)加上了設(shè)置偏移量的輸入框。當設(shè)置完偏移量綠色的對中設(shè)備會將鋼帶推回原位。右上角有設(shè)置溫度輸入框，右側(cè)還有兩個按鈕，點擊物體位置按鈕可轉(zhuǎn)到統(tǒng)計物體位置數(shù)據(jù)表。點擊溫度統(tǒng)計按鈕可以轉(zhuǎn)到溫度統(tǒng)計數(shù)據(jù)表。可以通過數(shù)據(jù)表改善系統(tǒng)設(shè)置。

結(jié)論在設(shè)計論文的過程中得到了很多設(shè)計經(jīng)驗，首先學校教會了我們應該提前構(gòu)思畢業(yè)設(shè)計要做什么而不是怎么做，當你把需要做什么想明白的時候一切問題都將會迎刃而解，當你遇到一個學你以為很大的問題的時候千萬不要慌張不能像無頭蒼蠅一樣亂飛亂撞，當你把一個大問題一個一個拆分為小問題的時候你就會發(fā)現(xiàn)問題容易解決了。我認為初期學校讓寫的任務書和開題報告非常重要也非常關(guān)鍵，我個人認為它會像燈塔一樣給你的以后的畢業(yè)設(shè)計指明道路?？偟膩碚f當你的畢業(yè)設(shè)計開始之前一定要構(gòu)思怎么去做這個設(shè)計，都需要什么，你該如何向大家介紹你的畢業(yè)設(shè)計。怎樣介紹能夠讓大家以非常清楚的思路介紹給大家你的畢業(yè)設(shè)計。前期構(gòu)思非常重要。在想好題目之后，你會發(fā)現(xiàn)你，不但需要提前構(gòu)思好畢業(yè)論文設(shè)計，光有這一點是不行的，而且真正需要的還有過硬過強的專業(yè)知識，當你沒有的時候，你就需要補充，去圖書館，在網(wǎng)絡(luò)上等各種渠道都可以獲得。此時此刻，你就會覺得你的大腦就會像一只即可蚊子一樣瘋狂的汲取著知識。因為當你沒有這些知識的時候，你就無法完成你所想要做的事情。所以我個人認為在此期間我學到了很多知識，通過對軋鋼機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，讓我了解了軋鋼工業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)流程還有基本工作原理，對于軋鋼機的未來發(fā)展也有了一定的了解，自動控制主要是依靠plc控制程序，在此期間，我也深入了解了PLC以及PLC編程軟件，學會了如何對硬件進行選型，至此，我發(fā)現(xiàn)plc自動控制，它的出現(xiàn)給現(xiàn)今工業(yè)領(lǐng)域，帶來了很多優(yōu)勢。不但能夠大大的節(jié)省工業(yè)所需的勞動成本，相對于舊的生產(chǎn)流程來說由plc自動控制的生產(chǎn)程序大大提高了工業(yè)操作的安全性和操作人員自身的安全也得到了保障。首先我覺得就是如果要把論文寫好不但要擁有過強過硬的專業(yè)知識，還要擁有豐富的ｗｏｒｄ排版經(jīng)驗。不然你寫得再好無法更好的表達。其次就是學到了專業(yè)軟件的使用，其中在下載和安裝軟件就是一個很大的難關(guān)。大家可能會覺得很省事情，不過不是大家所想的那樣。首先要找到免費的學習資源非常不容易，其次就是系統(tǒng)的兼容性和安裝時遇到的問題，當你以為安裝好就已經(jīng)結(jié)束的時候，不你錯了大錯特錯系統(tǒng)運行軟件的時候也會遇到問題，當你解決好一切的時候發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過了很長時間了，需要很多精力。在此期間，能夠順利地完成畢業(yè)論文的構(gòu)思與寫作，我從中獲得了很多的知識，讓我了解專業(yè)知識的同時也同時讓我了解到以后工作，所需要做的事情。極大地提高了我對工作，對未來的盼望和憧憬。參考文獻張伯龍.電氣控制入門及應用：基礎(chǔ)電路·PLC·變頻器·觸摸屏[M].化學工業(yè)出版社,2020.李勝多,紀晶.電氣控制與PLC技術(shù)應用實訓教程[M].中國電力出版社,2019.李建軍.基于PLC和MCGS的爐窯溫度控制系統(tǒng)[D].浙江晉巨化工,2012.中國工程建設(shè)標準化協(xié)會電氣專委會著.導體和電氣設(shè)備選型指南叢書[M].中國電力出版社,2017.李正軍.現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應用系統(tǒng)設(shè)計[M].人民郵電出版社,2006.何獻忠.《電氣控制與PLC應用技術(shù)》（常規(guī)電氣部分）[M].化學工業(yè)出版,2015.中國電力工程顧問集團有限公司.電力工程設(shè)計手冊（第4版）[M].中國電力出版社，2018.唐亞軍.基于PLC控制的換爐系統(tǒng)研究與應用（第6版）[D].工業(yè)爐,2022.張閣.西門子PLC在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用[D].神華準格爾能源有限責任公司2021.王輝.AutoCAD2018電氣設(shè)計從入門到精通（第2版）[M].電子工業(yè)出版社,2017.張璽,李纮,李申鵬著.AutoCAD2018中文版電氣設(shè)計從入門到精通[M].人民郵電出版社,2020.胡壽松.自動控制原理（第六版）[M]，北京：科學出版社,2013.周紅芳,王娟娟.基于S7-300PLC的退火爐控制系統(tǒng)設(shè)計[D].西安交通工程學院,2021李碩,李鵬陽.基于PLC的退火爐溫度控制系統(tǒng)[D].電子科技大學,2010.白志剛.自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)解析與PID整定[M]．\o"化學工業(yè)出版社"化學工業(yè)出版社,2021.李華剛.一種節(jié)能環(huán)保型車底式電退火爐的設(shè)計[D].工業(yè)爐,2022.王永.連續(xù)臥式退火爐碳套輥結(jié)瘤的處理方法[D].山東工業(yè)技術(shù),2017.崔京華.晶體退火爐溫度智能控制研究[D].電子技術(shù)與軟件工程,2021.StephenJ.Chapman．ElectricMachineryFundamentals(4th

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