基于PLC的感应加热电源恒功率输出控制系统的设计

发布时间：2017-09-21 13:10

  本文关键词：基于PLC的感应加热电源恒功率输出控制系统的设计

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【摘要】：感应加热在工业生产中的应用非常广泛,其显著的特点是效率高、节约电能和无污染。本文以中频感应加热电源为研究对象,为满足特殊工艺的需求,设计实现了感应加热电源恒功率输出控制系统。由于目前的感应加热电源大多数还是采用电位器方式进行控制,调节输出功率的方式不能满足自动生产线和特殊工艺要求的需要。本文在分析了中频感应加热电源和相关控制系统的基础上,研究了实现恒功率输出控制的控制方法和控制模式,提出了采用PLC和触摸屏来实现对恒功率输出进行控制的方案。本文在分析了感应加热电源恒功率控制系统后,提出了采用PID闭环控制作为恒功率输出控制的策略。通过对系统进行分析,确定了PLC的型号为西门子S7-200系列的CPU224作为主控制器,由于涉及到模拟量信号采集和输出,采用西门子模拟量模块EM235。利用CPU224和模拟量模块EM235对感应加热电源的输出电流和电压进行采集,经运算得到实际输出的功率值;通过MCGS触摸屏输入设定的功率值,将输入的功率设定值和实际的功率值相比较得到差值,经过PLC内部的PID函数进行运算后,对输出功率进行闭环控制,实现恒功率输出功能。利用MATLAB构建了仿真模型,对PID参数的进行了整定。实验分析表明:该控制系统能够较好的对中频加热电源输出的功率进行控制,系统响应速度较快、精度较高,具有较高的使用价值和推广价值。
【关键词】：感应加热 恒功率控制 PLC 触摸屏
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 前言10-16
• 1.1 感应加热的特点与用途10
• 1.2 感应加热电源的发展现状与趋势10-13
• 1.2.1 感应加热电源发展现状11-12
• 1.2.2 感应加热电源技术的发展趋势12-13
• 1.3 感应加热电源的控制方法13-14
• 1.4 本文研究的主要内容及解决的问题14-16
• 第2章 由PLC构成的感应加热电源恒功率输出控制系统16-23
• 2.1 感应加热的基本原理16
• 2.2 中频感应加热电源的系统结构和工作原理16-18
• 2.3 实现感应加热电源恒功率输出控制系统概述18-19
• 2.4 感应加热电源恒功率输出控制系统的要求及总体设计方案19-22
• 2.4.1 恒功率输出控制系统的控制功能、要求和目标及性能指标19-20
• 2.4.2 PLC实现恒功率输出的控制策略及设计20-21
• 2.4.3 系统总体设计21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 PID控制及MATALB仿真23-29
• 3.1 控制器的选择与分析23
• 3.2 PID控制算法23-25
• 3.2.1 位置型算法24
• 3.2.2 增量型算法24-25
• 3.3 PID调节的各个环节及其调节过程25-26
• 3.3.1 比例控制与其调节过程25-26
• 3.3.2 比例积分调节26
• 3.3.3 比例积分微分调节26
• 3.4 恒功率控制的MATLAB仿真26-28
• 3.4.1 PLC感应加热电源闭环仿真控制系统26-27
• 3.4.2 Matelab仿真结果及说明27-28
• 3.5 本章小结28-29
• 第4章 PLC恒功率控制软硬件设计29-48
• 4.1 可编程控制器的选择29-32
• 4.1.1 PLC概况29
• 4.1.2 PLC的特点29
• 4.1.3 PLC结构29-30
• 4.1.4 PLC功能和应用30-31
• 4.1.5 主控制器硬件PLC选型31-32
• 4.2 其他器件选型32-36
• 4.2.1 电流变送器32-33
• 4.2.2 电压变送器33-34
• 4.2.3 EM235模块设置34-36
• 4.3 IO分配及硬件设计36-38
• 4.4 程序软件的设计38-47
• 4.4.1 中断程序的关联40-41
• 4.4.2 PID参数设置41-43
• 4.4.3 模拟量信号采集43-44
• 4.4.4 PID函数调用44-45
• 4.4.5 模拟量输出控制45-46
• 4.4.6 加热时间控制46
• 4.4.7 加热功率控制46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 触摸屏编程及系统调试48-61
• 5.1 触摸屏选型48-50
• 5.2 触摸屏设计50-58
• 5.2.1 用户界面设计50-51
• 5.2.2 参数设置画面设计51-52
• 5.2.3 运行曲线画面设计52
• 5.2.4 建立实时数据库52-53
• 5.2.5 建立PLC设备连接53-55
• 5.2.6 画面元件和变量相关联55-58
• 5.3 系统调试与运行58-59
• 5.4 本章小结59-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 系统完善与提高61-63
• 参考文献63-65
• 附录65-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间取得的科研成果72

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本文编号：894720