【正文】 模擬量輸出通道的初始化保持位的當(dāng)前狀態(tài) ，用于支持無沖擊再起動。用以處理器監(jiān)視和控制諸如壓力、溫度、液位等過程回路。 平方根（ SQR） 平方根（ SQR）指令計(jì)算一個(gè)數(shù)值（ Source）的平方根，結(jié)果放在目的地址（ Dest）內(nèi)。 CMP 的指令格式如圖 所示 ， 圖 CMP 的指令格式模塊圖 在這里輸入的 CMP 的表達(dá)式定義了用戶要完成的操作，表達(dá)式由操作符、地址或程序常數(shù)組成： （ 1） 操作符（符號）定義操作功能，如比較操作中的等于、不等于、小于、 小于等于、大于、大 于等于；算術(shù)運(yùn)算中的 加、減、乘、除、平方根、指數(shù)；轉(zhuǎn)換中的 BCD轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制（ FRD）、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成 BCD 等 ； （ 2） 地址可以使直接地址、間接地址或變址地址 ； （ 3） 程序常數(shù)可以使整數(shù)也可以是浮點(diǎn)數(shù)。若 OTE 指令前面的階梯條件為真，則處理器使能 OTE 指令；若 OTE 指令前面的階梯條件為假，則不能使能 OTE，相應(yīng)得設(shè)備不接通。梯形圖掃描的順序是從左到右，從上到下。工作在 Microsoft Win95 與 WinNT 環(huán)境下的 RSLogix5000 與使用 WINtelligent Logic.(Advanced Interface)系列以及 6200 系列 PLC5 編成軟件生成的程序兼容。 現(xiàn)場控制站采集現(xiàn)場設(shè)備信號后，經(jīng) PLC 處理然后對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，并送 HMI顯示。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 13 頁 4 計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 加熱爐 控制系統(tǒng)由操作站 HMI、現(xiàn)場控制站和 通信 網(wǎng)絡(luò) 組成，系統(tǒng)構(gòu)成 如 圖 所示。 本文采用 雙 交叉 限幅的控制方法來實(shí)現(xiàn)燃燒的最優(yōu)控制 。上述情況表明：升溫時(shí)，煤氣和空氣同時(shí)取上限限幅值；隨著溫度的上升， e 值逐漸變小，當(dāng)溫度上升到溫度調(diào)節(jié)器的 SPPV? 時(shí)，雙交叉限幅過程結(jié)束。 雙交叉 系統(tǒng) 采用流量內(nèi)環(huán)和爐溫外環(huán)的 PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)來完成爐內(nèi)溫度的自動調(diào)節(jié)，具體的實(shí)現(xiàn)方式為： DCS 控制系統(tǒng)先對各有效爐溫控制點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)采樣比較，將采樣點(diǎn)鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 10 頁 的溫度值送入 PID 調(diào)節(jié)器（溫度外環(huán)）進(jìn)行溫度趨勢調(diào)節(jié)；同時(shí) 將溫度外環(huán) PID 調(diào)節(jié)器的輸出值送入流量內(nèi)環(huán)的 PI 調(diào)節(jié)器，再對系統(tǒng)中空氣和煤氣的輸出進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，以最終實(shí)現(xiàn)加熱爐的溫度自動控制。 圖 單交叉限幅系統(tǒng)原理圖 當(dāng)負(fù)荷減少燃料先行時(shí)，高值選擇器 HS 選擇 ? ?21 KFF ? ,式中 F 為燃料量， 2K 為空氣側(cè)設(shè)定限幅值，取 3%～ 5%，空氣過剩偏多。反之，則燃料先行。但近十多年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)以及智能控制技術(shù)的迅速發(fā)展，加熱爐計(jì)算機(jī)控制的應(yīng)用日趨廣泛，控制水平有明顯提高。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁 煤氣流量的 檢測 直接影響 加熱爐 燃燒控制 ， 所以對煤氣流量的檢測是十分必要 的 。 圖 加熱爐檢測系統(tǒng)控制流程圖 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 6 頁 其中 ， PV： 表示閥、擋板 PIC：表示壓力指示、調(diào)節(jié) FIC：表示流量指示、調(diào)節(jié) PE：表示壓力測量元件 FT：表示流量變送器 TIC：表示溫度指示、調(diào)節(jié) FE：表示流量測量元件 為保證爐溫燃燒控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，穩(wěn)定燃料壓力是十分必要的。各段均為上下加熱，采用分布在爐子側(cè)墻上的蓄熱式燒 嘴進(jìn)行供熱。預(yù)熱段的長度較長，可以充分利用煙氣來預(yù)熱裝爐鋼坯，從而提高燃料的利用 率。 本文 以鞍鋼大型廠加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為背景，完成了 如下具體工作： （ 1） 通過查閱資料，了解加熱爐溫度控制技術(shù)發(fā)展及國內(nèi)外 應(yīng)用 現(xiàn)狀，了解加熱爐生產(chǎn)工藝及控制目標(biāo)； （ 2） 基于對加熱爐燃燒控制系統(tǒng)的分析，綜合國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展及設(shè)備現(xiàn)狀，提出以雙交叉 限幅為加熱爐燃燒控制策略； （ 3） 完成 加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和檢測、控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) ； （ 4） 采用 美國 AB 公司 ControlLogix5000 系列 PLC 設(shè)備組成分散 式 控制系統(tǒng) ，完成各工藝參數(shù) 檢測和控制 ； （ 5） 運(yùn)用 RSView 和 RSLogix5000 等相關(guān)軟件 完成 了 加熱爐 雙交叉燃燒 控制 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 。鋼坯出爐溫度設(shè)定值 往往 根據(jù)軋制工段操作工的經(jīng)驗(yàn)要求確定，而不是根據(jù)鋼坯的具體軋制狀況由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動確 定，這樣做的結(jié)果不是加熱能耗過高就是軋制負(fù)荷過大，軋制設(shè)備使用壽命降低 。投入運(yùn)行后取得良好控制效果，爐溫控制精度在設(shè)定值 177。從兩表比較中不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)企業(yè)加熱爐溫度控制技術(shù)與國外企業(yè)相比還有很大差距。 步進(jìn)式加熱爐 是一種節(jié)能高效的加熱 爐，其 工作爐膛分為預(yù)熱段、加熱段、均熱段，使用的燃料為煤氣。 根據(jù) 工藝要求可將加熱爐檢測和控制 系統(tǒng) 分為加熱爐溫度控制、檢測系統(tǒng)，助燃空氣、混合煤氣管道壓力控制、檢測系統(tǒng)，汽化冷卻控制系統(tǒng)等。 采用了雙交叉限幅控制方式 后 提高 了 系統(tǒng)空燃比的穩(wěn)定性，增強(qiáng) 了 爐溫的控制效果 ，并且 極大地 減少 了 有害氣體的對外排放 ， 達(dá)到 節(jié)能和 環(huán)保的目的 。 步進(jìn)式爐在提高坯料加熱質(zhì)量，減少溫度差方面 采取 了有效 措施：（ 1）下加熱 段 由初期的側(cè)面供熱改成端部供熱；（ 2）均熱段和加熱段縱向支承梁在爐寬方向錯(cuò)開一段距離以減少水管黑??； （ 3）增大縱向支承梁上墊塊（或騎卡件）高度以減少水管對坯料的遮蔽作用，減少墊塊寬度以減少水管對坯料的冷卻作用，從而減少水管黑印，金屬陶瓷塊已開始作用；（ 4）步進(jìn)梁對坯料實(shí)現(xiàn)輕抬輕放；（ 5）細(xì)長的方坯出料時(shí)，配置帶 45 挑桿的托出機(jī)，在激光裝置監(jiān)視下將方 坯托到懸臂輥上 [1]。 新西蘭 Hoogovens 鋼廠 采用熱傳導(dǎo)微分方程進(jìn)行鋼溫預(yù)報(bào)、爐溫優(yōu)化控制、空燃比控制、推鋼速率控制和直接燃燒控制。 武漢鋼鐵公司 將模糊控制技術(shù)用于常規(guī) PID 控制參數(shù)的自動整定，整個(gè)加熱爐實(shí)現(xiàn)了全自動控制，自尋優(yōu)并跟蹤最佳燃燒，各 段爐溫自動協(xié)調(diào)，最大限度地修正各設(shè)定值，各參數(shù)在線自動整定，控制溫度精度1%,氧化燒損減少 30%以上。 這些人工經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過多年積累已經(jīng)非常豐富 。支撐在輥?zhàn)由系牟竭M(jìn)梁的前進(jìn)，后退多采用油壓傳動方式。均熱段主要將鋼坯均勻加熱到規(guī)定的出鋼溫度。 爐內(nèi)鋼坯通過步進(jìn)梁的步進(jìn)動作，自裝料端一步一步經(jīng)過加熱一段、加熱二段和均熱段傳送到爐子的出料端。 圖 煤氣壓力 自動調(diào)節(jié) 系統(tǒng)流程圖 從煤氣管取出的壓力 ， 經(jīng)壓力變送器，配電器輸出 DC420mA 的電流信號進(jìn)入 PLC，與設(shè)定值 SP 進(jìn)行比較，如果輸出的信號小于設(shè)定值 SP，則開大調(diào)節(jié)閥；如果輸出信號大于設(shè)定 值 SP，則關(guān)小調(diào)節(jié)閥，以保證主管 壓力的穩(wěn)定，此時(shí) PLC 調(diào)節(jié)塊應(yīng)選擇 PI型反作用調(diào)節(jié)模塊。此回路中調(diào)節(jié)器采用 PID 調(diào)節(jié)，能很快 地 ，穩(wěn)定 地 對信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。 空燃比對于在加熱爐各段內(nèi)取得最佳的燃燒效率是重要的，正確 地 調(diào)整空燃比對于爐子安全及產(chǎn)品質(zhì)量也是重要的。為減輕振蕩和跟蹤設(shè)定值帶來的超調(diào)，在 FIC 前加有兩個(gè)設(shè)定值濾波器 SVF。這樣保證了合適的空氣過剩系數(shù)，使燃料更為合理。在加熱爐的加熱段和均熱段，每個(gè)溫度控制調(diào)節(jié)器的輸出值 e ，通過 HS， LS 選擇器作為煤氣和空氣流量內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值 SP ，各段熱電偶為溫度調(diào)節(jié)器提供測量值PV ，系統(tǒng)中的限幅值 1K ， 2K 取值為 4.、 5， 3K ， 4K 取值為 7（調(diào)試值）， a ， b ， c ，d 為空氣，燃料的測量修正值； F ， AF 分別為煤氣、空氣的相對值； ? 為理論空然比；? 為空氣過剩系數(shù)。 ② 對空氣回路來講，因 e 減少， de? ， LS 輸出為 e ， 又因 為 be? , 所以 HS 輸 出為 b ，由 b 作 為 空氣 調(diào)節(jié) 器的 給 定值 ，? ? FF FFKb 9 5 0 0/1 0 0 2 ??? 。雙交叉限幅可消除單交叉限幅空氣過剩和減輕煤氣流量系統(tǒng)相互 圖 改進(jìn) 型雙交叉限幅控制原理圖 影響引起的振蕩。 操作站 PC 機(jī)必須符合以下的軟硬件要求。 PLC3 為氣化冷卻系統(tǒng)用 PLC，主要控制汽包， 除 氧器等設(shè)備運(yùn)行。 梯形圖一般由多個(gè)不同的階梯（ RUNG）組成，每一階梯又由輸入及輸出指令組成。 XIC 的指令 格 式如圖 所示。 OTE 的指令 格 式如圖 所示 。 圖 MOV 指令格式模塊圖 計(jì)算（ CPT） CPT 指令可以完成拷貝、算術(shù)、邏輯和轉(zhuǎn)換等操作，其指令格式如圖 所示 ， 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18 頁 圖 CPT 指令格式模塊圖 該指令完成表達(dá)式中用戶定義的操作，并且把結(jié)果輸入到目的地址，數(shù)據(jù)類型也自動轉(zhuǎn)化為目的地址的類型。當(dāng)階梯為真時(shí)， TON指令開始累加計(jì)時(shí)，直至下列條件之一發(fā)生為止： （ 1） 累加值等于預(yù)設(shè)置 ； （ 2） 階梯變假 ； （ 3） 復(fù)位計(jì)時(shí)器 ； （ 4） 相關(guān)的 SFC 步變無效。 牽引信號：（可選的）硬件手動 /自動工作站的輸出，它旁路控制器的輸出。如果用戶不想用此參數(shù)，輸入一個(gè) 0 值。本系統(tǒng)就是采用這種比例積分微分調(diào)節(jié)器。 限 幅控制程序以上均熱段為例。 注：實(shí)現(xiàn)當(dāng)下均熱段煤氣自動時(shí)，把 FC1201SP 送入到 FC1201_SP 中。 隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)會更加地燃料燃燒、能量節(jié)約、控制方法進(jìn)行考慮，而雙交叉限幅控制并不能完 全滿足企業(yè)的要求，還需要以后去在不斷地改進(jìn)雙交叉限幅燃燒控制的同時(shí)，要對模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制多加研究，讓其廣泛地應(yīng)用于實(shí)踐，從而更有效地達(dá)到最優(yōu)化控制。 注：實(shí)現(xiàn)執(zhí)行下均熱段煤氣流量 PID 運(yùn)算。 注：實(shí)現(xiàn)啟動下均熱煤氣手動操作。即調(diào)節(jié)器在比例積分作用基礎(chǔ)上再增加微分作用后，能夠使系統(tǒng)在比例帶減小時(shí)不致產(chǎn)生振蕩，采用較強(qiáng)積分作用而不會使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。 圖 加熱爐 各段溫度檢測程序 梯形 圖 /壓力補(bǔ)正 煤氣的工作壓力為 ,工作溫度為 620 C? ，實(shí)際的煤氣流量使用下公式進(jìn)行補(bǔ)正 [10]： ibb FTTPPF ??????? () 單位 ——壓力是 Kpa ，溫度是 C? ，流量 hm3 0F ——實(shí)際煤氣流量； iF ——測量煤氣流量； P ——測量煤氣壓力； bP ——基準(zhǔn)壓力； 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 22 頁 T ——測量煤氣溫度； bT ——基準(zhǔn)溫度。如果用戶不想用此參數(shù)，輸入一個(gè) 0值。 表 TON指令的操作及狀態(tài) 階梯條件 EN （ 有效位） TT （計(jì)時(shí)位） DN （完成位） 說 明 假 0 0 0 不計(jì)時(shí) 真 1 1 0 正在計(jì)時(shí)，累加值〈預(yù)置值 真 1 0 1 累加值〉 =預(yù)置值，計(jì)時(shí)完成 用復(fù)位指令 RES 0 0 0 ACC=0， PRE 不變，計(jì)時(shí)器復(fù)位 過程控制指令（ PID） PID 指令其實(shí)是一個(gè)復(fù)合程序模塊。 CPT 可以完成拷貝、清零、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、轉(zhuǎn)換等功能。在用戶程序文件中，一條 CMP 指令比相應(yīng)的比較指令占用的字也要多。若該位對應(yīng)輸出模塊上的一個(gè)端子，則當(dāng)該指令使能是，連接到該端子上的設(shè)備被接通，反之，設(shè)備不動作。輸出指令則不允許串聯(lián)，但允許并聯(lián)，表示階梯條件為真時(shí)，幾鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁 個(gè)輸出指令可一并執(zhí)行。