【正文】 。反之，當(dāng)膜頭輸入壓力增大時(shí)，控制閥開度減小，則稱之為氣閉閥[2]。信號(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和工作人員的安全。(3)從降低原料、成品、動(dòng)力損耗來考慮。為防止在異常情況下爐膛壓力過高會(huì)產(chǎn)生爆炸，壓力調(diào)節(jié)閥（或煙道百葉窗）應(yīng)選氣閉式，一旦壓力過高發(fā)生故障時(shí)，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(shí)產(chǎn)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(diǎn)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(guān)系。比例積分微分控制規(guī)律(PID)的特點(diǎn)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(shí)間有關(guān)，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(bǔ)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(diǎn)，從串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看,主環(huán)是一個(gè)定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。所以在串級(jí)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(dāng)控制器的輸出信號(hào)隨著被控變量的增大而增加時(shí)，控制器工作于正作用方式；當(dāng)控制器輸出信號(hào)隨著被控變量的增大而減小時(shí)，控制器工作于反作用方式。又因?yàn)楸豢貙ο蟆y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(fù)反饋特征，只有通過正確地選擇控制器的正、反作用來實(shí)現(xiàn)。 串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)的情況來確定。因此，整個(gè)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(zhǔn)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(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該以易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC的特點(diǎn)是：①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；②配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；③操作簡單，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；④系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便、易于改造；⑤體積小、質(zhì)量輕、功耗低。S7200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。CPU 224具有1個(gè)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(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以對需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。系統(tǒng)具備開放的體系結(jié)構(gòu)，可以提供多層開放數(shù)據(jù)接口。上位機(jī)采用的是橫河集散控制系統(tǒng)CENTUMCS3000軟件，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)真正開放的系統(tǒng)，CENTUMCS3000是將傳統(tǒng)CENTUM系列產(chǎn)品的可靠性,通用性,以及PC機(jī)環(huán)境的開放性融為一體，在集散控制系統(tǒng)(DCS)領(lǐng)域意味著一個(gè)新紀(jì)元的到來。橫河提供了系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡(luò)接口，用于與不同廠家的系統(tǒng)、產(chǎn)品管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊。監(jiān)控系統(tǒng)選用研華工控機(jī)、菲利普22寸純平彩色顯示器構(gòu)成其工程師站和操作員站。本設(shè)計(jì)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(nèi)部存儲(chǔ)著控制邏輯、梯形邏輯程序。通過PLC與DCS的通信，上位機(jī)對PLC數(shù)據(jù)的讀寫監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)向上級(jí)提供工藝流程圖、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面、報(bào)表顯示等多種窗口技術(shù),使整個(gè)控制系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程調(diào)度的自動(dòng)化和信息化。用戶在編輯過程中若對某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行修改，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對所有數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的校正，使用相當(dāng)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(bào)警等，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。STEP 7Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的SIMATIC S7200 PLC編程軟件，簡單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，適用于所有SIMATIC S7200 PLC機(jī)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(shí)切換，并且具有密碼保護(hù)功能。下位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)PLC與監(jiān)控級(jí)的通訊、PLC對升溫/恒溫過程的自動(dòng)控制、故障診斷等子程序。本系統(tǒng)中每個(gè)掃描周期內(nèi)調(diào)用子程序讀取模擬量模塊EM235采集值的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果,然后將其累加,當(dāng)采集次數(shù)達(dá)到預(yù)置的采集次數(shù)時(shí),將累加值除以采集次數(shù)得到平均值,然后將這個(gè)平均值作為本次采集的最終結(jié)果送回主程序。組態(tài)環(huán)境是生成應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)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(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫:是工程各個(gè)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(gòu)件。步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)的監(jiān)控顯示畫面如下：、報(bào)警畫面包括預(yù)熱段、加熱段、均熱段三段溫度的上下線報(bào)警和壓力上下線報(bào)警及報(bào)警描述。圖45 加熱爐生產(chǎn)過程監(jiān)視畫面 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖圖46 步進(jìn)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(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝中,加熱爐的空燃比值燃燒控制是一個(gè)相當(dāng)重要的部分,既要保證加熱爐的各段溫度達(dá)到一定數(shù)值,以滿足加熱鋼坯的需要,又要考慮燃料的經(jīng)濟(jì)成本。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，所以溫度控制帶來的時(shí)滯效應(yīng)難題始終困擾著實(shí)際應(yīng)用，使得它對控制調(diào)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(dá)到所需要的精度，所以在本設(shè)計(jì)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(nèi)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(fēng)倒灌和火焰從爐內(nèi)噴出，加熱爐內(nèi)應(yīng)保持微正壓。當(dāng)爐壓變送器處于故障狀態(tài)時(shí)，爐壓控制器被強(qiáng)制為手動(dòng)狀態(tài)，煙道百葉窗維持原來的開度。它具有以下特點(diǎn):(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(shè)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(dòng)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(shè)置、通訊的定義、診斷功能等；(3)可以方便地定義經(jīng)MPI、Profibus連接的自動(dòng)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(yùn)行中的故障原因[1]。 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分為兩大步驟,一是系統(tǒng)軟件調(diào)試；二是系統(tǒng)硬件調(diào)試。第五章 總結(jié)步進(jìn)式加熱爐是近年來加熱爐設(shè)計(jì)中一種熱門的新型爐子，其自動(dòng)控制水平的高低對鋼坯的出鋼溫度、加熱爐設(shè)備的壽命、加熱爐的能耗等因素都有直接的決定作用。內(nèi)部的軟繼電器使系統(tǒng)在控制中能嚴(yán)格地起到互鎖作用, 增加了系統(tǒng)的可靠性, 簡化設(shè)備, 維修方便。 參考文獻(xiàn)1. 周沛，何為，[J]，重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008年10月第5期2. 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[M],北京：化學(xué)工業(yè)出版社，附錄A 源程序 附錄B 組態(tài)圖致 謝本設(shè)計(jì)能順利完成，首先真誠感謝我的指導(dǎo)老師楊立清副教授和實(shí)驗(yàn)室的所有老師以及自始至終關(guān)心我的親人、同學(xué)們。在此特向我的指導(dǎo)老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意，感謝指導(dǎo)老師對我的培養(yǎng)、關(guān)懷和教導(dǎo)。在我的學(xué)業(yè)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究中無不傾注著心血和辛勞。它是一個(gè)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(yīng)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(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)采用西門子PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的, 下位機(jī)采用的是PLC控制，用STEP 7Micro/WIN進(jìn)行程序的編制與調(diào)試，上位機(jī)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(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 系統(tǒng)硬件調(diào)試相應(yīng)的系統(tǒng)硬件也是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行,用一個(gè)設(shè)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(guān)系控制；(2)“或”關(guān)系控制；(3)互鎖控制；(4)自鎖控制。 程序編制系統(tǒng)下位機(jī)采用STEP7Micro/ 。爐壓控制器設(shè)自動(dòng)(A)和手動(dòng)(M)兩種模式。各加熱段內(nèi)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(shè)定值比較，經(jīng)PLC計(jì)算后輸出4～20mA控制信號(hào)給執(zhí)行器調(diào)節(jié)爐溫。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，溫度控制技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，其應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷的擴(kuò)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(dòng)控制經(jīng)常討論的課題之一，它代表了一類自動(dòng)控制的方法。圖43 溫度和爐膛壓力實(shí)時(shí)趨勢畫面加熱爐各段爐溫及爐膛壓力是在運(yùn)行的當(dāng)前時(shí)刻存盤，對溫度和壓力的變化保持記憶, 隨時(shí)可任選顯示開始運(yùn)行后任一時(shí)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(luò)版組態(tài)軟件。也就是，要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里定義一些變量與所要控制的設(shè)備中的變量一一對應(yīng)，以備建立的各個(gè)用戶窗口調(diào)用。（3）用戶窗口:本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)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(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。也就是，在組態(tài)環(huán)境中你可以根據(jù)你最終要達(dá)到的控制要求去設(shè)計(jì)，運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行你設(shè)計(jì)好的組態(tài)工程。MCGS能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行濾波。上電初始化當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí),為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性,首先將系統(tǒng)的所有輸出點(diǎn)置為安全狀態(tài)。它的指令向?qū)Чδ苡蠵ID自整定界面、PLC內(nèi)置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調(diào)制(PWM)指令向?qū)?、?shù)據(jù)記錄向?qū)А⑴浞较驅(qū)?，并且支持TD 200和TD 200C文本顯示界面(TD 200向?qū)?。 STEP 7 MicroWIN SP3，它是一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的Windows軟件，類似于Winword，Outlook等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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(jī)軟件及通信軟件