【正文】 。反之，當膜頭輸入壓力增大時，控制閥開度減小，則稱之為氣閉閥[2]。信號壓力中斷時，應保證設備和工作人員的安全。(3)從降低原料、成品、動力損耗來考慮。為防止在異常情況下爐膛壓力過高會產生爆炸，壓力調節(jié)閥（或煙道百葉窗）應選氣閉式，一旦壓力過高發(fā)生故障時，則壓力執(zhí)行器立即處于全開狀態(tài)，從而避免了壓力過高時產生不良后果。 控制規(guī)律的選擇控制器主要有三種控制規(guī)律：比例控制規(guī)律、比例積分控制規(guī)律、比例積分微分控制規(guī)律，分別簡寫為P、PI和PID。只具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。比例積分控制規(guī)律(PI)的特點是：控制器的輸出不僅與偏差的大小成比例，而且與偏差存在一定的函數(shù)關系。比例積分微分控制規(guī)律(PID)的特點是：在增加了微分作用后，控制器的輸出不僅與偏差的大小和存在的時間有關，而且還與偏差的變化速度成比例，這就可以對系統(tǒng)小的容量滯后起到超前補償作用，并且對積分作用造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性也有所改善。根據(jù)工藝的要求和控制規(guī)律的特點，從串級控制系統(tǒng)的結構看,主環(huán)是一個定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。所以在串級控制系統(tǒng)中的流量控制器即副控制器需要采用比例積分控制規(guī)律（PI）。當控制器的輸出信號隨著被控變量的增大而增加時，控制器工作于正作用方式；當控制器輸出信號隨著被控變量的增大而減小時，控制器工作于反作用方式。又因為被控對象、測量變送器和執(zhí)行器的作用方向是不能隨意選定的，所以，要想使控制系統(tǒng)具有閉環(huán)負反饋特征，只有通過正確地選擇控制器的正、反作用來實現(xiàn)。 串級控制系統(tǒng)中主、副控制器正、反作用的選擇順序應該是先副后主。主控制器的正、反作用要根據(jù)主環(huán)所包括的各個環(huán)節(jié)的情況來確定。因此，整個副回路可視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)看待。根據(jù)以上判別準則，可以方便地確定溫度控制器、流量控制器和壓力控制器均為反作用控制器。PLC及其有關的外圍設備都應該以易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。PLC的特點是：①可靠性高，抗干擾能力強；②配套齊全，功能完善，適用性強；③操作簡單，易學易用，深受工程技術人員歡迎；④系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便、易于改造；⑤體積小、質量輕、功耗低。S7200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內置集成功能、實時特性、強勁的通訊能力、豐富的擴展模塊。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O 點。CPU 224具有1個RS485通信口，支持PPI、MPI通信協(xié)議，有自由口通信能力。DCS是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機、通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。系統(tǒng)具備開放的體系結構，可以提供多層開放數(shù)據(jù)接口。上位機采用的是橫河集散控制系統(tǒng)CENTUMCS3000軟件，它是一個結構真正開放的系統(tǒng)，CENTUMCS3000是將傳統(tǒng)CENTUM系列產品的可靠性,通用性,以及PC機環(huán)境的開放性融為一體，在集散控制系統(tǒng)(DCS)領域意味著一個新紀元的到來。橫河提供了系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡接口，用于與不同廠家的系統(tǒng)、產品管理系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進行通訊。監(jiān)控系統(tǒng)選用研華工控機、菲利普22寸純平彩色顯示器構成其工程師站和操作員站。本設計采用的是PLC控制器加DCS上位監(jiān)控的控制系統(tǒng)，PLC控制器作為控制系統(tǒng)的控制中樞,其內部存儲著控制邏輯、梯形邏輯程序。通過PLC與DCS的通信，上位機對PLC數(shù)據(jù)的讀寫監(jiān)控，可以實現(xiàn)向上級提供工藝流程圖、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面、報表顯示等多種窗口技術,使整個控制系統(tǒng)具有良好的人機界面,實現(xiàn)生產過程調度的自動化和信息化。用戶在編輯過程中若對某個點進行修改，系統(tǒng)會自動對所有數(shù)據(jù)庫中的相關點進行相應的校正，使用相當方便。上位組態(tài)采用的是橫河集散控制系統(tǒng)CENTUMCS3000軟件，用于畫面監(jiān)視、記錄報警等，保證系統(tǒng)的正常運行。STEP 7Micro/WIN是在Windows平臺上運行的SIMATIC S7200 PLC編程軟件，簡單、易學，能夠解決復雜的自動化任務，適用于所有SIMATIC S7200 PLC機型軟件編程，支持IL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時切換，并且具有密碼保護功能。下位機軟件主要實現(xiàn)PLC與監(jiān)控級的通訊、PLC對升溫/恒溫過程的自動控制、故障診斷等子程序。本系統(tǒng)中每個掃描周期內調用子程序讀取模擬量模塊EM235采集值的A/D轉換結果,然后將其累加,當采集次數(shù)達到預置的采集次數(shù)時,將累加值除以采集次數(shù)得到平均值,然后將這個平均值作為本次采集的最終結果送回主程序。組態(tài)環(huán)境是生成應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作。（1）主控窗口:是工程的主要窗口或主框架。在本窗口內配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數(shù)據(jù)變量。（4）實時數(shù)據(jù)庫:是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心。包括編寫控制程序(腳本程序)，選用各種功能構件。步進式加熱爐控制系統(tǒng)的監(jiān)控顯示畫面如下：、報警畫面包括預熱段、加熱段、均熱段三段溫度的上下線報警和壓力上下線報警及報警描述。圖45 加熱爐生產過程監(jiān)視畫面 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖圖46 步進式加熱爐控制主程序流程圖 燃料與空氣比值控制系統(tǒng)圖47 燃料與空氣比值控制子程序流程圖在步進式加熱爐的生產工藝中,加熱爐的空燃比值燃燒控制是一個相當重要的部分,既要保證加熱爐的各段溫度達到一定數(shù)值,以滿足加熱鋼坯的需要,又要考慮燃料的經濟成本。由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點，所以溫度控制帶來的時滯效應難題始終困擾著實際應用，使得它對控制調節(jié)器要求極高。由于控制對象不同，所控制的精度有所不同，為了達到所需要的精度，所以在本設計采用基于西門子的可編程控制器與集散控制系統(tǒng)來控制爐膛內的各段溫度。 爐膛壓力控制系統(tǒng)圖49 爐膛壓力控制系統(tǒng)子程序流程圖為防止冷風倒灌和火焰從爐內噴出，加熱爐內應保持微正壓。當爐壓變送器處于故障狀態(tài)時，爐壓控制器被強制為手動狀態(tài)，煙道百葉窗維持原來的開度。它具有以下特點:(1)有很多通用的控制模塊,包括系統(tǒng)本身控制、處理數(shù)據(jù)通信、傳統(tǒng)的設備控制等幾類,這些模塊使得編程簡單易懂且效率高；(2)對自動化工程各方面具有良好的用戶功能，如硬件的配置、參數(shù)設置、通訊的定義、診斷功能等；(3)可以方便地定義經MPI、Profibus連接的自動化組件之間的周期性數(shù)據(jù)傳送；(4)能快速瀏覽CPU數(shù)據(jù)和用戶所寫程序在運行中的故障原因[1]。 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試分為兩大步驟,一是系統(tǒng)軟件調試；二是系統(tǒng)硬件調試。第五章 總結步進式加熱爐是近年來加熱爐設計中一種熱門的新型爐子，其自動控制水平的高低對鋼坯的出鋼溫度、加熱爐設備的壽命、加熱爐的能耗等因素都有直接的決定作用。內部的軟繼電器使系統(tǒng)在控制中能嚴格地起到互鎖作用, 增加了系統(tǒng)的可靠性, 簡化設備, 維修方便。 參考文獻1. 周沛，何為，[J]，重慶科技學院學報（自然科學版），2008年10月第5期2. 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[M],北京：化學工業(yè)出版社，附錄A 源程序 附錄B 組態(tài)圖致 謝本設計能順利完成，首先真誠感謝我的指導老師楊立清副教授和實驗室的所有老師以及自始至終關心我的親人、同學們。在此特向我的指導老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意，感謝指導老師對我的培養(yǎng)、關懷和教導。在我的學業(yè)和畢業(yè)設計的研究中無不傾注著心血和辛勞。它是一個可行的、高效率的系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)充分考慮了大中型企業(yè)的現(xiàn)狀和控制要求,可以應用于大量類似的工況環(huán)境和場合。在深入分析了PLC和DCS技術及網(wǎng)絡通信技術基礎上，設計采用西門子PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)來實現(xiàn)的, 下位機采用的是PLC控制，用STEP 7Micro/WIN進行程序的編制與調試，上位機監(jiān)控軟件采用的是MCGS組態(tài)軟件，完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警及數(shù)據(jù)顯示、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能。 系統(tǒng)硬件調試相應的系統(tǒng)硬件也是在實驗室里進行,用一個設備來模擬控制對象。程序編制就是一些典型的控制環(huán)節(jié)的組合:(1)“與”關系控制；(2)“或”關系控制；(3)互鎖控制；(4)自鎖控制。 程序編制系統(tǒng)下位機采用STEP7Micro/ 。爐壓控制器設自動(A)和手動(M)兩種模式。各加熱段內置熱電偶用于檢測溫度,各段溫度控制器采用可編程控制器，熱電偶檢測的溫度與設定值比較，經PLC計算后輸出4～20mA控制信號給執(zhí)行器調節(jié)爐溫。隨著科學技術的高速發(fā)展，溫度控制技術得到了很大的進步，其應用的領域也不斷的擴大。 溫度控制系統(tǒng)圖48 溫度控制系統(tǒng)子程序流程圖溫度控制是自動控制經常討論的課題之一，它代表了一類自動控制的方法。圖43 溫度和爐膛壓力實時趨勢畫面加熱爐各段爐溫及爐膛壓力是在運行的當前時刻存盤，對溫度和壓力的變化保持記憶, 隨時可任選顯示開始運行后任一時間段的溫度和壓力的變化趨勢曲線。 MCGS軟件的分類：包括嵌入版組態(tài)軟件、通用版組態(tài)軟件、網(wǎng)絡版組態(tài)軟件。也就是，要在實時數(shù)據(jù)庫里定義一些變量與所要控制的設備中的變量一一對應，以備建立的各個用戶窗口調用。（3）用戶窗口:本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。也就是，在組態(tài)環(huán)境中你可以根據(jù)你最終要達到的控制要求去設計，運行環(huán)境運行你設計好的組態(tài)工程。MCGS能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能。對于加熱爐這樣的大慣性的系統(tǒng)可以采用平均值的算法進行濾波。上電初始化當系統(tǒng)開始運行時,為了保證系統(tǒng)運行的安全性,首先將系統(tǒng)的所有輸出點置為安全狀態(tài)。它的指令向導功能有PID自整定界面、PLC內置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調制(PWM)指令向導、數(shù)據(jù)記錄向導、配方向導，并且支持TD 200和TD 200C文本顯示界面(TD 200向導)。 STEP 7 MicroWIN SP3，它是一個基于標準的Windows軟件，類似于Winword，Outlook等標準應用軟件。 軟件系統(tǒng)介紹系統(tǒng)軟件主要分為上位監(jiān)控組態(tài)軟件和下位機軟件及通信軟件