【正文】 和步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中或相連成網(wǎng)絡(luò)節(jié)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。該系統(tǒng)中配置了模擬量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、監(jiān)控模塊、所有輸入/輸出模塊，全部采用光電隔離，大大提高了系統(tǒng)抗干擾能力。本設(shè)計(jì)選用西門子公司S7200系列PLC中的過程控制器CPU224作為整個(gè)加熱爐控制系統(tǒng)的核心。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。它是具有較強(qiáng)控制能力的控制器，該產(chǎn)品具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、可靠性高、操作性強(qiáng)、可維護(hù)性好、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。PPI通信協(xié)議是西門子公司專為S7200系列PLC開發(fā)的通訊協(xié)議。主站設(shè)備發(fā)送要求到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)，從站不能主動(dòng)主動(dòng)發(fā)出信息。PPI協(xié)議是一個(gè)主從協(xié)議：主站向從站發(fā)出請(qǐng)求，從站做出應(yīng)答。另外，通訊設(shè)置采用8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，偶校驗(yàn)，波特率可自行選擇。綜上所述，本設(shè)計(jì)選用PPI通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)S7200 PLC與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊。按在梯形圖（LAD）中，程序被分為網(wǎng)絡(luò)的一些程序段。在它的左邊有所謂的左匯流條。編程語言梯形圖的基本目標(biāo)是為了構(gòu)建PLC的組織單元節(jié)(Network)，可以加入大量的觸點(diǎn)、線圈以及基本功能、基本功能塊、導(dǎo)出功能塊等。能流在梯形圖中只能作單方向流動(dòng)（從左向右流動(dòng)），層次的改變只能先上后下。 梯形圖控制語言編程的步驟及實(shí)現(xiàn)的功能梯形邏輯圖控制語言編程的步驟如下 ：⑴根據(jù)工藝過程對(duì)順序控制系統(tǒng)的要求 經(jīng)過分析 比較 列寫程序條件表或圖。下位機(jī)PLC的應(yīng)用程序基本上都用梯形圖編寫，少量用語句表編寫。⑶溫度控制：各段的爐膛溫度 系統(tǒng)流程本文程序分為四組程序，一組主程序和三組子程序。 環(huán)形加熱爐溫度控制主程序流程圖 溫度控制子程序程序流程。程序開始后先對(duì)煤氣、空氣的流量用渦街流量計(jì)進(jìn)行采集，把采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為4—20MA的電信號(hào)送到PLC內(nèi)。I/O地址分配表如下： I/O端口分配表輸入信號(hào)啟動(dòng)按鈕停止按鈕急停按鈕自動(dòng)按鈕手動(dòng)按鈕溫度檢測(cè)信號(hào)AIW0煤氣流量檢測(cè)信號(hào)AIW2空氣檢測(cè)流量信號(hào)AIW4輸出信號(hào)運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)行手動(dòng)運(yùn)行煤氣流量調(diào)節(jié)閥AQW0空氣流量調(diào)節(jié)閥AQW2 程序結(jié)構(gòu)本文根據(jù)流程圖寫了四段程序，一個(gè)主程序、一個(gè)爐膛溫度控制子程序和一個(gè)燃燒控制子程序。控制任務(wù)復(fù)雜時(shí)，通常將任務(wù)分為多個(gè)簡(jiǎn)單任務(wù)，每個(gè)任務(wù)放在不同的子程序中，便于程序的編寫和調(diào)試。⑴系統(tǒng)軟件調(diào)試。首先檢查設(shè)備的諸個(gè)單元是否合乎要求，其次將軟件和硬件結(jié)合起來進(jìn)行測(cè)試。本設(shè)計(jì)采用的是亞控科技開發(fā)的組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。對(duì)用戶而言,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。當(dāng)有報(bào)警輸出時(shí)，換面自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到報(bào)警畫面，當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，需按下“復(fù)位”按鈕使系統(tǒng)復(fù)位，恢復(fù)正常?？梢愿鶕?jù)輸入的“卷動(dòng)值”和“調(diào)節(jié)時(shí)間”來控制調(diào)節(jié)按鈕的跨度，按動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕可以調(diào)出各個(gè)量的歷史數(shù)據(jù)。為了提高鋼坯的質(zhì)量，保證軋鋼生產(chǎn)能夠安全進(jìn)行，本文結(jié)合軋鋼生產(chǎn)狀況，根據(jù)生產(chǎn)工藝，分析了影響軋鋼生產(chǎn)的各個(gè)因素，設(shè)計(jì)了鋼坯加熱過程中爐膛溫度控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。針對(duì)我國大部分的加熱爐用戶來說本系統(tǒng)將是一個(gè)比較理想的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，達(dá)到了加熱爐生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動(dòng)化的工藝要求。報(bào)警窗口如下圖所示： 報(bào)警窗口 PID參數(shù)設(shè)置窗口PID參數(shù)設(shè)置窗口可以對(duì)PLC內(nèi)各個(gè)PID指令設(shè)置、修改P、I、D參數(shù)。當(dāng)按下“報(bào)警復(fù)位”時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位且直接跳回到運(yùn)行窗口。各按鈕還可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 組態(tài)王的使用： ⑴圖形界面的設(shè)計(jì) ⑵構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 ⑶建立動(dòng)畫連接 ⑷運(yùn)行和調(diào)試: (1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。第五章 系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)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。⑵系統(tǒng)硬件調(diào)試。（本控制系統(tǒng)程序附在附錄B中。OB1處于最高層次，可以管理其他程序。 煤氣流量控制子程序流程圖 空氣流量控制子程序流程圖 軟件設(shè)計(jì) I/O端口分配本設(shè)計(jì)采用西門子S7200 CPU224 PLC作為系統(tǒng)的控制器。在PLC內(nèi)對(duì)采集的溫度信號(hào)與溫度設(shè)定值比較，若不相等，則對(duì)溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，再進(jìn)入煤氣流量、空氣流量控制子程序，直至溫度與設(shè)定值一致，達(dá)到穩(wěn)定；若相等，則退出。主流程開始后，首先判斷是否要進(jìn)行自動(dòng)控制，“Y”則繼續(xù)往下進(jìn)行，“N”則轉(zhuǎn)向手動(dòng)控制。整個(gè)控制程序主要實(shí)現(xiàn)以下基本功能：⑴信號(hào)處理：該部分內(nèi)容包括模擬量信號(hào)采集、開關(guān)量信號(hào)處理等。⑶編制梯形邏輯圖 并對(duì)添加的內(nèi)部繼電器 計(jì)數(shù)器等分配地址。添加在左匯流條的網(wǎng)格從上至下進(jìn)行處理。在梯形圖中，并沒有真實(shí)的電流流動(dòng)。正如在梯級(jí)中一樣，只有接至電源及接至左匯流條的梯形圖目標(biāo)將在梯形圖編程期間被“編輯”，對(duì)應(yīng)于中線的右匯流條不進(jìn)行顯示。梯形圖程序區(qū)段的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于繼電器開關(guān)操作的梯級(jí)。 編程軟件step7簡(jiǎn)介Step7是用于西門子S7200系列PLC創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用多種編程語言：(1)梯形圖(LAD)(2)功能塊圖(FBD)(3)語句表(STL) 梯形圖編程語言簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)主要利用梯形圖進(jìn)行編程，故下面著重介紹一下梯形圖編程語言。每一條完整的PPI指令的實(shí)現(xiàn)需要四次子指令操作，主站發(fā)出讀寫指令，從站響應(yīng)并發(fā)出響應(yīng)信息，主站收到此信息后發(fā)出確認(rèn)信息，從站收到確認(rèn)信息后完成讀寫操作并返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。PPI協(xié)議不限制能夠與任何一臺(tái)從站通訊的主站數(shù)目；但是，無法在網(wǎng)絡(luò)中安裝32臺(tái)以上主站。PPI協(xié)議并不限制與任意一個(gè)從站的通訊的主站的數(shù)量，但在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，主站不能超過32個(gè)。PPI協(xié)議物理上基于RS485口，通過屏蔽雙絞線就可以實(shí)現(xiàn)PPI通訊。S7200系列PLC支持的通訊方式有：PPI、MPI、Profibus和自由口。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?？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)。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，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)備、民用設(shè)備、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。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)勁的通訊功能、豐富的擴(kuò)展模塊。PLC的特點(diǎn)是：⑴可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；⑵配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；⑶操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；⑷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便、易于改造；⑸體積小、質(zhì)量輕、功耗低。PLC及其相關(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)。本設(shè)計(jì)選用的是西門子系列可編程控制器。主環(huán)中把副環(huán)看是放大倍數(shù)為“正”，而爐溫變送器的符號(hào)應(yīng)為“正”，爐溫對(duì)象的符號(hào)也為“正”，爐溫控制器的調(diào)節(jié)閥為氣開式，所以符號(hào)為“正”。這樣，只要根據(jù)主對(duì)象與主變送器放大倍數(shù)的符號(hào)及整個(gè)主環(huán)開環(huán)放大倍數(shù)為“負(fù)”的要求，就可以確定主控制器的正反作用。因此，只要知道了控制閥、副對(duì)象和副變送器的放大倍數(shù)符號(hào)，就可以很容易的確定副控制器的正反作用?？紤]到生產(chǎn)的安全，當(dāng)煤氣系統(tǒng)中斷或控制器發(fā)生故障無信號(hào)輸出，致使執(zhí)行器的閥芯恢復(fù)到無能源的初始狀態(tài)時(shí)，不至于發(fā)生事故，而且焦?fàn)t煤氣具有易燃、易爆的性質(zhì)時(shí)，為防止在異常情況下產(chǎn)生爆炸，燃料和空氣流量執(zhí)行器都應(yīng)選用氣開式，一旦發(fā)生事故，則立即處于關(guān)閉狀態(tài)，不再提供燃料，以免造成浪費(fèi)，從而有利于降低原料成本和節(jié)能。當(dāng)發(fā)生控制閥處于無能源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(shí)要保證產(chǎn)品的質(zhì)量。一般來說，要根據(jù)以下幾條原則來進(jìn)行選擇：⑴首先要從生產(chǎn)安全出發(fā)。因此，對(duì)它必須給予足夠的重視。特別是在電控先導(dǎo)操作、無線遙控和有線遙控操作等方面展現(xiàn)了其良好的應(yīng)用前景。閥芯位移也可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。調(diào)節(jié)閥按行程特點(diǎn)可分為：直行程和角行程。在工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域中，調(diào)節(jié)閥通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的最終控制元件。本設(shè)計(jì)中選用薄膜式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)執(zhí)行是以壓縮空氣為動(dòng)力能源的，他接受調(diào)節(jié)器的輸出控制信號(hào)，通過氣缸或膜片帶動(dòng)閥門連桿動(dòng)作，以調(diào)節(jié)被控介質(zhì)（如液體、氣體和蒸汽等）的流量，將被控變量控制在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便和防火防爆等優(yōu)點(diǎn)。在一些危險(xiǎn)性的場(chǎng)合，自動(dòng)化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置能減少人員的傷害。它的作用是接受來自調(diào)節(jié)器輸出的的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，以改變被控參數(shù)的流量，控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過程參數(shù)的自動(dòng)控制，使生產(chǎn)過程滿足預(yù)定要求。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在20℃—+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。目前已有的質(zhì)量流量檢測(cè)儀表有科里奧利式流量計(jì)、量熱式流量計(jì)、角動(dòng)量式流量計(jì)等。①間接法是用測(cè)得的體積流量乘以密度求得質(zhì)量流量。容積法測(cè)量流量受流體狀態(tài)影響小，適用于測(cè)量高粘度流體，測(cè)量精度高。若按檢測(cè)的最終結(jié)果分類，可分為體積流量檢測(cè)法和質(zhì)量流量檢測(cè)法。因?yàn)殇撆骷訜釡囟葹?050—1250℃，加熱爐預(yù)熱段溫度在750—1100℃；加熱段溫度在1250—1300℃；均熱段溫度在1150—1250℃。溫度在300℃—600℃時(shí)可選用鎳鉻—康銅熱電偶（E）；但由于考銅合金絲易氧化變質(zhì)，因此用在測(cè)量高于500℃的蒸汽溫度時(shí)，宜選用鎳鉻一鎳硅熱電偶（K）；溫度在600℃至1000℃時(shí)選用鎳鉻一鎳硅熱電偶（K）；溫度在1000℃至1300℃時(shí)應(yīng)該選用鉑銠—鉑熱電偶（S）。將兩種材質(zhì)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路就構(gòu)成了熱電偶。 檢測(cè)元件的選擇 溫度檢測(cè)元件熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件,是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。在燃燒控制中燃料介質(zhì)一定，因此可通過理論計(jì)算出消耗單位燃料而需要的空氣量，作為空氣流量整定值修正空氣流量；同時(shí)也可通過檢測(cè)空氣實(shí)際流量來修正燃料控制流量，以達(dá)到最佳燃燒，即現(xiàn)在燃燒控制中常用的雙交叉燃燒控制。當(dāng)TiTi1∈[NO,PO]且尋優(yōu)步長(zhǎng)Ui∈[NS,PS]時(shí)，停止自尋優(yōu)搜索，轉(zhuǎn)而啟動(dòng)爐膛溫度模糊控制。 空燃比控制從節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境的要求出發(fā)，應(yīng)以最佳的空氣/燃料比控制燃燒。雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：雙交叉限幅燃燒控制方式能有力地限制空氣過剩率的實(shí)際值，從而保證了空氣過剩不至于遠(yuǎn)遠(yuǎn)地偏離設(shè)定值，保證燃燒系統(tǒng)工作在最佳燃燒區(qū)域內(nèi)，減少了缺氧燃燒和過氧燃燒帶來的熱損失，最大程度上降低了黑煙及NOx和SOx給環(huán)境帶來的污染。而K3K2這可以保證在降溫時(shí)，空氣量隨著煤氣量的減少而減少，即煤氣先行。⑵爐溫低于設(shè)定值時(shí)（升溫調(diào)節(jié)過程）溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使得其輸出增大，而此時(shí)實(shí)際檢測(cè)的煤氣流量還沒有改變，在空氣側(cè)，經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值：B=min{A,Fg(1+K4)}= Fg(1+K4)