【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 蓄熱式步進(jìn)加熱爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 Ⅳ 頁 第 I 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘 要蓄熱式步進(jìn)加熱爐具有規(guī)模大，爐內(nèi)熱值利用率高，板坯加熱均勻等特點(diǎn)，是現(xiàn)階段軋鋼生產(chǎn)中比較先進(jìn)的加熱設(shè)備。為了滿足高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能和無公害及生產(chǎn)操作自動(dòng)化程度高的工藝要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在充分考慮到系統(tǒng)功能的完備性和技術(shù)先進(jìn)性后，采用了儀電一體化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞： 蓄熱式步進(jìn)加熱爐 儀電一體化的系統(tǒng) 電氣控制 PLC安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 Ⅳ 頁 第 II 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractThe walking beam heating furnace has large scale of productivity, high utilization of heating capacity and the uniformity of heating effect. It is one kind of the advanced heating furnaces. The electrical control system is the key to the high performance of the walking beam heating furnace. The paper has researched the related key equipment of walking beam regenerative reheating furnace, such as: loader machine, unloaded machine, walking system, series transfer roll. On this basis, the paper has given the specific control strategies and algorithms. Therefore, in order to meet the highyield, highquality, low consumption, energy saving and pollutionfree and high automation requirements，we design the system of electromechanical integration. In the other side, in order to achieve automation and material tracking and management, we divided the automatic control system into two parts. They are basic automation system (L1level PLC control) and process puter control system (L2 level). In the basic automation level, the paper analyzes and designs the electr ic control in charging sides and discharge side, step mechanical control in the bottom and so on .Then the paper discusses hydraulic systems which is the main power sources，slab yard, other individual equipments. Finally considering hydraulic speed control system in electrical control system of hot rolling production line, the paper has given model and Simulation.Keywords: Regenerative WarkingBeam Reheating Furnace。中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃的建議中也提出， “十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗要比“十五”期末降低 20%左右，重點(diǎn)抓好冶金、建材、化工、電力等行業(yè)的節(jié)能降耗工作。爐型結(jié)構(gòu)的選擇：爐型結(jié)構(gòu)是加熱爐節(jié)能與否的先天性條件，因此在加熱爐新建時(shí)應(yīng)該盡量考慮到加熱爐節(jié)能的需要。 煙氣余熱的回收利用：造成大量熱損失的主要原因還有煙道系統(tǒng)熱損失及換熱器換熱效率不高。從此加熱爐進(jìn)入了步進(jìn)式爐的時(shí)代。 ③爐子長度不受推鋼長度的限制。例如當(dāng)爐子產(chǎn)量降低時(shí)可將鋼料間距加大，減少爐內(nèi)裝料量，但鋼料在爐內(nèi)加熱的時(shí)間不變。從此國內(nèi)進(jìn)入步進(jìn)式加熱爐的時(shí)代。近 10 年來蓄熱式燃燒技術(shù)得到長足發(fā)展, 很多國家都在研究各種蓄熱式燒嘴和高效蓄熱式燃燒技術(shù)以及高風(fēng)溫燃燒技術(shù)。近年來 DCS 增強(qiáng)了邏輯控制的功能，同樣 PLC 也加強(qiáng)了回路控制的功能，且彼此能互相覆蓋。 全數(shù)字式傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用全數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展而日趨完善。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用 現(xiàn)場(chǎng)總線有人把它定義為數(shù)字化、開放式、多點(diǎn)通信技術(shù)；也有人把它稱為應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的系統(tǒng)。其次作為通信網(wǎng)絡(luò)，它所傳送的是開關(guān)閥門，接通、關(guān)斷電源的指令與數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到處于運(yùn)行操作過程之中的設(shè)備、人身的安全，要求信號(hào)能夠在電磁干擾、噪聲、粉塵等較為惡劣的環(huán)境下準(zhǔn)確、及時(shí)地到位，同時(shí)還要具備報(bào)文簡(jiǎn)短、節(jié)點(diǎn)分散等特征。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了面向終端的單級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和開放式標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三個(gè)階段。 查閱現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)蓄熱式步進(jìn)加熱爐的相關(guān)設(shè)備如：裝出鋼機(jī)、步進(jìn)機(jī)械、裝出爐輥道以及板坯跟蹤進(jìn)行初步的研究和分析，提出了相關(guān)的控制策略和算法。 停止控制條件：停止條件滿足后，點(diǎn)擊停止按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點(diǎn)擊停止按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點(diǎn)擊停止按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點(diǎn)擊停止按鈕。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 43 頁 第 6 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 風(fēng)冷管電動(dòng)閥 控制方式：就地；集中手動(dòng)。在滿足允許裝坯料條件下，按照下列順序進(jìn)行控制： 前進(jìn)推鋼（推正）→推正后退→上升（托鋼）→前進(jìn)（送鋼）→下降（放鋼）→后退。運(yùn)行動(dòng)作： 前進(jìn)：首先半開出鋼爐門，出鋼機(jī)托料桿由原始位置開始向爐內(nèi)快速移動(dòng)，當(dāng)接近坯料時(shí)減速并最后停在目標(biāo)位置。 裝料爐門升降裝置的控制 當(dāng)收到裝鋼爐門開啟命令時(shí)爐門開始上升；當(dāng)收到裝鋼爐門關(guān)閉命令時(shí)爐門開始下降。步進(jìn)梁的運(yùn)動(dòng)控制。 分時(shí)間換向和手動(dòng)換向兩種模式。此時(shí)排煙快切閥也為關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)燃燒快切閥也為關(guān)閉狀態(tài)。 強(qiáng)制換向：由操作人員或系統(tǒng)，在沒有完成換向周期時(shí)，強(qiáng)制結(jié)束。 爐膛壓力調(diào)節(jié) 通過每段燒嘴的排煙來調(diào)節(jié)爐膛壓力。 給水泵的控制 控制方式：就地；集中手動(dòng)。 啟動(dòng)控制條件：?jiǎn)?dòng)聯(lián)鎖關(guān)系滿足后，點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕。 除氧器水位調(diào)節(jié) 由除氧器給水流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行除氧器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持除氧器水位固定在一定的范圍內(nèi)。為保持軟水箱水位保持在一定的范圍內(nèi)而進(jìn)行給水量的控制。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 43 頁 第 10 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第 3 章 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為二級(jí)。 與Versa Max 分布式 I/O 站之間，通過 9070 系列智能 I/O 總線控制器（GBC）與 Versa Max Genius 接口單元（NIU）的 Genius 總線通訊；Versa Max 分布式 I/O 站之間，均采用 Versa Max Genius 接口單元（NIU） 的 Genius 總線通訊；儀表、電氣的 控制器均通過以太網(wǎng)與 GE 的交換機(jī)連接，并通過交換i7RXPACSystemTM機(jī)與 HMI 的服務(wù)器連接，從而構(gòu)成儀表、電氣一體化控制系統(tǒng)。為此整個(gè) L1（基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)）設(shè) 11 套 PLC 控制系統(tǒng)： PLC01： 1 號(hào)爐裝、出鋼機(jī)，步進(jìn)機(jī)械，泵，電動(dòng)閥等設(shè)備控制。 PLC05： 3 號(hào)爐裝、出鋼機(jī)，步進(jìn)機(jī)械，泵，電動(dòng)閥等設(shè)備控制。 PLC09：爐區(qū)輥道控制、核對(duì)輥道稱重裝置控制。集中水泵站 PLC 系統(tǒng)主要完成對(duì)集中水泵站、液壓站、風(fēng)機(jī)的監(jiān)視和控制?？蛻舳俗鳛椴僮髡尽＜訜釥t操作室設(shè) 9 套 HMI 操作站，分別對(duì) 1～4 號(hào)加熱爐的儀表電氣進(jìn)行集中監(jiān)控和操作（每臺(tái)操作站均可對(duì) 1～4 號(hào)加熱爐儀表、電氣進(jìn)行操作） ；1～4 號(hào)加熱爐基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)（L1 級(jí)）的操作站和服務(wù)器，以及二級(jí)計(jì)算機(jī)（L2 級(jí)）均建立在同一個(gè)以太網(wǎng)上，共同構(gòu)成三電自動(dòng)化控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程 I/O 選用 Versa MAX，遠(yuǎn)程 I/O 站的設(shè)置地點(diǎn)有：加熱爐電氣室、加熱爐操作室、板坯庫管理室、爐體平臺(tái)、爐底液壓站、爐底、熱水循環(huán)泵站、排煙風(fēng)機(jī)室、現(xiàn)場(chǎng)裝爐側(cè)、現(xiàn)場(chǎng)爐后側(cè)、現(xiàn)場(chǎng)上料側(cè)、現(xiàn)場(chǎng)卸料側(cè)、稱重液壓站、給水除氧泵站、助燃風(fēng)機(jī)房。Wonder ware 公司成立于 1987 年，是在制造運(yùn)營系統(tǒng)率先推出 Microsoft Windows 平臺(tái)的人機(jī)界面(HMI) 自動(dòng)化軟件的先鋒。In Touch 軟件是一個(gè)開放的、可擴(kuò)展的人機(jī)界面，為定制應(yīng)用程序設(shè)計(jì)提供了靈活性，同時(shí)為工業(yè)中的各種自動(dòng)化設(shè)備提供了連接能力。DB Dump 與 DB Load 數(shù)據(jù)庫實(shí)用程序也從“應(yīng)用程序管理器”啟動(dòng)。Window Viewer 可以執(zhí)行 In Touch Quick Script、執(zhí)行歷史數(shù)據(jù)記錄與報(bào)告、處理報(bào)警記錄與報(bào)告，并同時(shí)可以充當(dāng) DDE 與 Suite Link；通訊協(xié)議的客戶端和服務(wù)器。In Touch 的運(yùn)行環(huán)境是 Win98/95/NT，基本的通訊格式包括“快速 DDE”和 Suite Link。In Touch 還提供了一個(gè)工具軟件，幫助編寫通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件。In Touch 除了自身帶有數(shù)據(jù)庫以外，還支持 SQL 語言，可以方便地與其他數(shù)據(jù)庫連接。在計(jì)算機(jī)室中放置 L2 開發(fā)工作站用于 L2 系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)，工藝技術(shù)人員可以對(duì)模型進(jìn)行維護(hù)和檢驗(yàn)。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 43 頁 第 13 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)全部軟件運(yùn)行于 WINDOW 操作系統(tǒng)下。圖 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本組成加熱爐 溫度控制實(shí)現(xiàn)過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，PLC 主控系統(tǒng)內(nèi)部的 A/D 將送進(jìn)來的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為西門子 S7300PLC 可識(shí)別的數(shù)字量，然后 PLC 將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過 PID 運(yùn)算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端一個(gè)控制信號(hào)控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)、控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error） 。積分項(xiàng)對(duì)誤差的運(yùn)算取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)