摘 要

随着自动化的发展，自动控制已经深入到了社会的方方面面，在高炉的恶劣工况下，传统电磁继电器式控制系统具有繁重复杂、故障频发、可靠性差、故障排查麻烦、维修困难性高等缺点，进一步产生了电气工作人员工作量大、技术难度要求高、工作危险性高、工作环境恶劣等问题，严重降低了高炉运行中的安全性和故障维修的及时性。对钢铁企业生产安全和生产效率产生了较大的阻碍，影响了企业的效益。而PLC控制系统与继电器式控制系统相比较，具有体积小，功能强大，拓展性强，环境适应能力强、抗干扰能力强、使用维护容易、运行速度快等优点，可以大大减轻电气工作人员劳动强度，提高工作安全性。

本文的目的就是运用自动控制理念设计一个基于PLC的高炉应急冷却水控制系统，首先介绍了PLC技术的发展与现状以及可编程序控制器的结构和特点；随后分析了当前国内外高炉应急冷却水系统的现状与遇到的问题，从而得出了本系统的设计目标，并提出了控制要求，设计的主要内容包括设计PLC外围硬件线路、设计软件系统、设计硬件系统（包括分配I/O点及PLC选型、硬件设备的选择、电气连接图的设计等）。

关键词：应急冷却水、自动控制、PLC。

Abstract

Along with the development of automation, automatic control reaches deep into the all aspects of society, with the hard condition of blast furnace, the traditional type of electromagnetic relay control system has some disadvantages such as too many structures, frequent breakdowns, poor reliability, troubleshooting problems, high maintenance difficulty, further produced some disadvantages such as electrical technicians heavy workload,high technical requirements, high risk of work, poor working environment.That reduced security of the blast furnace,make repairs difficult.Because of that the production safety and efficiency of steel enterprises are all hindered,influence the efficiency of enterprises.Compared with relay system,Programmable Logic Controller system has so many advantages such as small volume,strong function,strong expansion,easily adapt itself to the environment,strong anti-interference ability,easy to use and maintenance,fast running speed and so on.It can reduce Reduced working intensity and improve working safety of the electrical technicians.

The purpose of this article is design a blast furnace emergency cooling water control system based on Programmable Logic Controller.First of all,i introduced the development and present situation of PLC technology and introduced the structure and features of programmable controller; Then analyzes the current situation and problems of emergency cooling water system of blast furnace,and draw the the design goal of this system,put forward the control requirements, the main content of design including design PLC peripheral hardware circuit,software system design, design the hardware system (including the distribution of the I/O points and the selection of Programmable Logic Controller,the selection of hardware device,the design of the electrical connection diagram, etc.).

Key words: emergency cooling water, automatic control, PLC.

目 录

摘要 I

第一章 绪论 1

1.1 PLC（可编程控制器）的发展与现状 1

1.2 可编程控制器的结构与特点 2

1.2.1 可编程序控制器的结构 2

1.2.2 可编程序控制器的特点 3

1.3 当前国内外高炉应急冷却水系统的现状与遇到的问题 4

第二章 高炉应急冷却水控制系统整体方案设计 6

2.1 控制系统的设计要求 6

2.2 系统硬件设计的目标 6

2.3 系统软件设计的目标 6

2.4 高炉应急冷却水控制系统的工作原理 6

第三章 硬件系统的设计 8

3.1 电源故障应急处理系统 8

3.2 水泵故障应急处理系统 8

3.3 高炉设备超高温应急处理系统 9

3.4 系统的输入/输出设备 10

3.5 PLC的选型 10

3.6 I/O分配表 11

3.7 硬件连接图 11

第四章 软件系统的设计 13

4.1 设计流程图 13

4.1.1 电源故障应急处理系统 13

4.1.2 水泵故障应急处理系统 14

4.1.3 高炉设备超高温故障应急处理系统 15

4.2 梯形图 15

4.2.1 电源故障应急处理系统 15

4.2.2 水泵故障应急处理系统 16

4.2.3 高炉设备超高温故障应急处理系统 17

4.3 梯形图说明 17

4.3.1 电源故障应急处理系统 17

4.3.2 水泵故障应急处理系统 18

4.3.3 高炉设备超高温故障应急处理系统 19

4.4 主程序 19

第五章 调试与运行 23

5.1 硬件系统的调试 23

5.2 软件系统的调试 23

第六章 总结与展望 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 PLC（可编程控制器）的发展与现状

PLC，也就是可编程控制器，是一种电子装置，它的服务对象是工业控制设计，技术核心主要是数字运算操作。世界上第一台可编程控制器PDP-14，是在1969年，由美国数字设备公司，为了解决通用汽车公司生产线上继电器控制系统相关问题而研发出的。由于可编程控制器有减少机器的停机时间、可以重复利用并且对于未来有很大的可扩展性这些优秀的性能，吸引了更多的公司加入了可编程控制器技术的研究中，并且也取得了大量的成果，由于这些早期控制器在具体工作中展现了优秀的工作性能，因此在之后的发展中，应用到了各工业领域的生产，可以说是打开了一种新的控制技术的大门，是20世纪70年代的一场对工业发展有很大促进的工业革命。

随着高新技术的不断发展，可编程控制器也得到了很大的发展。发展大致可以分为三个阶段。从20世纪70年代中期开始，到70年代末期，产品中增加了很多功能，比如，数据的运算、传送、比较功能以及模拟量的运算功能等等。其中比较有代表性的，西门子公司的SIMATICS3系列产品以及MODICON的184、284、384产品等。从20世纪70年代末期开始，到80年代中期，可编程控制器形成了一种分布式的通信网络，代替了继电器，并且进入了很多行业，比如造纸、制造、食品饮料、金属加工等诸多方面，产品功能得到了非常大的发展，也进一步提高了它的可靠性。比较有代表性的产品有，西门子的SIMATICS6以及富士电机的MICRO等等。而在20世纪80年代中期之后，OSI，一种开放系统互联的参考模型，由国际标准化组织提出，它增加了软件系统以及通信协议标准化的优点，也增加了高级语言程序编写功能，并且标准化编程语言，使得PLC在开放功能上有了相对较大的发展。

可编程控制器在我国的发展同样很快，在研制、产品生产以及产品应用的各个方面都有体现。尤其在20世纪70年代末到80年代初，随着国外很多成套或者专用的设备的引进，不少国外的PLC进入我国市场。此后，PLC的应用随着传统设备的改造以及新设备的创新设计不断增多，也取得了非常显著的经济效益。我们工业自动化水平的不断提高，其中应用越来越广泛的可编程控制器PLC起着很巨大的作用。时至今日，仍然占据着工业自动控制技术的主流地位，发挥着巨大的作用，主要有以下几个方面：

（1）开关量逻辑控制

PLC的逻辑指令包括与、或、非等等，这些逻辑指令可以实现触点、电路的串联并联操作，进而替代了继电器，可以进行顺序逻辑、组合逻辑以及定时控制^[4]。其中，开关量逻辑控制，不仅可以应用在自动生产线上，也可以应用在单台设备上，它的应用非常广泛，除了涉及各个行业，也甚至深入到家庭生活当中。

（2）运动控制

对于涉及到的圆周或直线运动的速度、加速度以及位置的控制，PLC有专门的运动控制模块或指令，可以实现单、双、3轴甚至多轴的位置控制，这样，顺序和运动控制功能就可以有机的结合。各种机械，比如电梯、机器人、装配机械、金属切削机床以及成形机械等等，都广泛的应用着PLC的运动控制功能。

（3）闭环过程控制

对于连续变化的压力、流量以及温度等模拟量的闭环控制叫做过程控制。通过模拟量I／O模块，PLC实现了模拟量和数字量之间的A/D、D/A转换，并且对模拟量实行闭环比例-积分-微分（PID）控制。PID闭环控制功能，用专用的PID模块或者PID子程序都可以实现，PID闭环控制功能在现在的大、中型PLC产品中一般都具有。这种PID闭环控制功能在建材、电力、冶金以及机械、化工、轻功等行业有广泛的应用，在锅炉、加热炉、热处理炉以及塑料挤压成型机等设备中，PID闭环控制功能也发挥着不可替代的作用。

（4）数据处理

在数据处理方面，如四则、矩阵、函数、自逻辑运算以及浮点运算、移位、循环以及求反运算等数学运算功能，位操作、排序和查表、转换以及数据传送等功能，现代PLC都有很好的实现，可以容易的完成对数据采集、分析和处理。涉及到的数据，不仅可以在存储器上存储并作为参考值比较，也可以使用通信功能传递到别的智能装置操作，或者也可以打印制表。

（5）通信联网

PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备(如计算机、变频器、数控装置)之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

当今世界上有PLC厂商200多家，各种型号产品几千种。按地域分成三个主要种类，分别是欧洲产品、美国产品以及日本产品。比较著名的公司有欧洲的德国西门子公司（Siemens）、法国的施耐德电气公司（telemecanique）；美国的艾伦-布拉德利公司（Allen-Bradly）、通用电气公司（General Electric）；日本的三菱电机公司、欧姆龙公司等。此外国内市场上还有韩国、台湾地区的PLC产品。

目前，我国生产、研制PLC的科研单位、工厂也有很多，比如，厦门A-B公司、上海香岛电机制造公司、无锡华光电子公司以及辽宁无线电二厂等等。

1.2 可编程控制器的结构与特点

1.2.1 可编程序控制器的结构

现阶段的可编程序控制器由存储器、中央处理单元（CPU）、输入/输出单元（I/O单元）、外围设备、电源组成，另外，PLC往往还有通讯接口、智能I/O等部分可供需要时选用。

（1）存储器