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摘 要

本文以基于PLC的预热/后热系统开发设计为主要内容，阐述了利用德国OPTRIS公司的CTLT中低温微型探头红外测温仪（辅助热电偶测温传感器）和德国西门子公司的 S7-200PLC组成的预热/后热系统的设计方案、设计方法和开发过程。该设计提供两种测温模式，能实时对焊接预热/后热过程进行监测，同时得到准确及时的数据，能够实时控制焊接预热/后热温度，分析温度曲线，以报表的形式发送数据，完成数据存储。

本文首先阐述焊接预热/后热系统开发的意义，提出两种方案进行分析比较；然后介绍系统的硬件设计的总体设计方案，在该方案中介绍系统工作流程和控制图的设计；第三章介绍了系统的PLC软件设计的总体设计方案，详细阐述了传感器采集模块（红外传感器和热电偶传感器）、PID温度控制模块、加热枪动作模块等程序的设计；最后介绍系统的组态设计。

关键词：焊接预热和后热 PLC设计 PID 数据采集 组态

Research on preheat / postheat control system

Abstract

This paper introduces the design scheme, method and development process of the preheat / postheat control system by German OPTRIS corporation CTLT low-temperature infrared thermometer with micro-probe, based on design of German Siemens PLC the preheat / postheat real-time control system as the main information. This design can observe the welding preheat /postheat process and get correct data in two different temperature modes. It also real-time controls the temperature of welding preheat /postheat and analysis the the welding preheat /postheat temperature curve.Then sends data in the form of statements,and finishes date storage.

The first part of this paper introduces the significance of the preheat / postheat control system and propose two scenarios were analyzed to select. Then, it also introduces the development and application of PLC. The second part introduces the hardware design of this system, including the total design scheme of it. The working process and design of control chart are introduced in this system. In the third chapter, it introduces the PLC software design of this system, including the total design scheme of PLC software design. In addition, it introduces the design of the Sensor acquisition module（infrared sensor and thermocouple sensor）, the PID temperature control module and the Heat gun action module. Finally,the paper describes the configuration design.

Key words: preheat and postheat; PLC design;PID; data acquisition; configuration

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1概述 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 研究背景 1

1.2.2 国内外现状 2

1.2.3 国内外实例 3

1.3 本文的主要工作 6

第二章 预热/后热控制系统的硬件设计 7

2.1 系统总体设计方案 7

2.1.1 方案选取 7

2.1.2 实际现场环境和技术要求 9

2.2 电气原理图设计 11

2.2.1 主电路设计 11

2.2.2 电源控制和点火电路设计 12

2.2.3 PLC控制电路设计 12

2.2.4 电气互连图 13

2.2.5 元件明细表 14

第三章 预热/后热控制系统的软件设计 15

3.1 STEP 7 MICRO/WIN32软件介绍 15

3.2 程序符号表 15

3.3 系统程序实现 16

3.3.1 红外/热电偶模式切换程序模块 16

3.3.2 红外传感器模式程序模块 16

3.3.3 红外传感器模式程序模块 19

3.3.4 急停程序模块 21

3.3.5 加热枪点火程序模块 22

3.3.6 最终输出处理程序模块 23

3.4 PID算法在S7-200中的实现 24

3.5 PID参数整定 27

第四章 预热/后热控制系统的组态设计 30

4.1 系统软件总体设计 30

4.2 组态软件设计 30

4.2.1 封面设计 31

4.2.2 控制面板设计 32

4.2.3 事件查询面板的设计 32

4.2.4 数据显示面板的设计 33

结语 35

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪 论

1.1概述

如今，随着焊接技术的高速发展，人们对焊接质量的要求越来越高。在焊接过程中，为了有效地提高焊接质量，防止焊接变形、虚焊等缺陷的发生，就需要对焊接温度进行有效地控制。焊接温度的有效分析和预估就显得尤为重要，而预热/后热控制系统的引入能有效提高数据采集和分析的效率，提高焊接质量。目前，很多温度控制系统都是采用单片机为控制核心，这样虽然具有成本低等一些优势，但对于一些复杂的现场环境，单片机在环境适应性和稳定性方面的不足就体现出来了。这时，以PLC主控核心的温控系统就以稳定性好，适应性强，简单灵活等优势得到足够的关注，并倍受青睐。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 研究背景

随着焊接技术的发展，传统的焊接模式已经无法满足各类复杂的焊接工件和焊接环境，焊接自动化得到足够的重视和大量的应用。焊前预热和焊接后热作为焊接自动化中非常重要的组成部分，自然是研究的重点。目前焊接结构正向大型、复杂、高参数发展,低合金高强钢的焊接冷裂纹问题的消除迫在眉睫。焊接预热/后热控制系统的开发研究正是为了解决这一问题。

1.2.2 国内外现状

焊接过程中的温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上，且要求其波动幅度（即稳态误差）不能超过某一给定值。从工业温度控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下两种：

1）定值开关温度控制法

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