【正文】 以利于分析工藝，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。為了保證操作人員的安全，防止吸入大量的冷空氣冷卻柸料，人為關(guān)閉部分煙道，一旦爐內(nèi)的壓力過(guò)正，在出鋼時(shí)從爐門噴出火焰，浪費(fèi)能源。 在 PID的控制部分，由壓力變送器將風(fēng)壓信號(hào)變換成 4mA到 20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳送給EM231模塊，由 EM231模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng) PID運(yùn)算后，結(jié)果由 EM232進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而來(lái)控制變頻器頻率來(lái)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制風(fēng)機(jī)壓力的自動(dòng)升高和降低。 DK — 微分系數(shù)。 e(t)=sp(t)pv(t) — 誤差信號(hào) 。 PID 控制原理及其運(yùn)用 PID 基本控制原理 圖 閉環(huán)控制系統(tǒng) 如圖 ， PID 控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。模擬量輸出模塊的 D/A轉(zhuǎn)換器將 PID控制器輸出的數(shù)字量 mv(n)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流 mv(t)，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？?氣恒壓系統(tǒng)通過(guò)壓力變送器反饋值與設(shè)定值比較，其差值經(jīng) PLC對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)供風(fēng)量恒壓，滿足燃燒的需要。在中間繼電器之間還接入了續(xù)流二極管，提高了開關(guān)速度，防止電感性負(fù)載對(duì) PLC的干 擾。 變頻器的選擇 因?yàn)轱L(fēng)機(jī)電機(jī)的功率為 ，所選用與 PLC 相同品牌的變頻器，實(shí)驗(yàn)室正好用這個(gè) 變頻器 與 PLC 配用的，型號(hào)為西門子 MM440 變頻器 。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表面聲波式觸摸屏具有清晰度高、透光率好、高耐久、抗刮傷性良好（相對(duì)與電阻式等）、反應(yīng)靈敏、不受溫度和濕度等環(huán)境因素影響、分辨率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。其中，觸摸屏控制器 (卡 )的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收 CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行：觸摸檢測(cè)裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是 檢測(cè)用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制卡。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 EM231模擬量擴(kuò)展模塊接線圖 圖 1演示了模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法，對(duì)于電壓信號(hào)，按正、負(fù)極直接接入 X＋和X－；對(duì)于電流信號(hào)，將 RX 和 X＋短接 后接入電流輸入信號(hào)的“＋”端；未連接傳感器的通道要將 X＋和 X－短接。 26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 在對(duì)爐子的風(fēng)壓和兩個(gè)溫區(qū)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要 3個(gè)模擬量輸入通道，在控制風(fēng)機(jī)的頻率和煙道 執(zhí)行器控制時(shí)，需要 2個(gè)模擬量輸出通道。 PLC編程語(yǔ)言 在 PLC中有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ,它們是梯形圖語(yǔ)言、布爾助記符語(yǔ)言、功能表圖語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述語(yǔ)言等。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào) 節(jié)方法。此外， PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中， PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可以分為五個(gè)階段 ：內(nèi)部處理，通信服務(wù)，輸入處理，程序執(zhí)行，輸出處理，其 運(yùn)行（ RUN）模式與停止（ STOP）模式 工作過(guò)程框圖如圖 ： 圖 PLC的工作過(guò)程 圖 PLC 的特點(diǎn)及主要功能 ，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 5. 繪制設(shè)計(jì)圖樣。在開啟 1號(hào) 到 6號(hào) 燒嘴大火的時(shí)候，高溫區(qū) 1號(hào) 、 2號(hào) 燒嘴欠溫，按照 1號(hào) 到 2號(hào) 順序延時(shí)開啟大火，超溫則按照燒嘴 2號(hào) 到 1號(hào) 順序延時(shí)關(guān)閉大火；中溫區(qū) 3號(hào) 到 6號(hào) 燒嘴欠溫時(shí)，按照 3號(hào) 到 6號(hào) 的順序延時(shí)開啟大火，超溫時(shí)則按照燒嘴 6號(hào) 到 3號(hào) 的順序延時(shí)關(guān)閉大火，上面的延時(shí)時(shí)間可以自行設(shè)定。 下位機(jī)采用 PLC控制，上位機(jī)采用觸摸屏組態(tài)軟件 進(jìn)行 控制， PLC 與觸摸屏組態(tài)軟件之間建立通信。目前面向節(jié)能減排、提高軋制產(chǎn)品質(zhì)量的加熱爐工程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各企業(yè)的加熱爐生產(chǎn)控制中。 常熟無(wú)縫鋼管有限公司的 管坯加熱爐二十多年來(lái)一直以燃煤為主要能源，生產(chǎn)環(huán)境較差且由于煤氣發(fā)生爐的老化，維修成本日益增加，對(duì)溫度的控制也難以達(dá)到要求。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。 通過(guò)簡(jiǎn)要介紹恒溫恒壓的改造方案，引出了實(shí)現(xiàn)其恒壓的最佳 方法 —— PID控制算法。constant temperature。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜，可靠性強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用等 特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此 PLC 已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。 2021 年，我學(xué)院又與常熟無(wú)縫鋼管有限公司簽約了 8臺(tái)爐子的電控軟件設(shè)計(jì)任務(wù)。使用 觸摸屏 組態(tài)軟件的記憶功能，記錄信號(hào)歷史工作狀況，一旦出現(xiàn)故障，作為分析事故原因的依據(jù)之一。 本設(shè)計(jì)的主要要求與內(nèi)容 爐子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要要求 1. 通過(guò)觸摸屏能對(duì)爐子進(jìn)行自動(dòng)控制與手動(dòng)控制的操作。 8. 采取必要的抗干擾措施。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。加上 PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 PLC的選擇及 I/O 的確定 PLC的型號(hào)選擇 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求及復(fù)雜程度，對(duì)所需要的 I/O口要進(jìn)行初步的估算。其系統(tǒng)構(gòu)成包常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器等。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 5V 177。 這就是電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理 。 根據(jù)要求以及工作地點(diǎn)的環(huán)境和成本的考慮此設(shè)計(jì)選擇用了電阻式觸摸屏，型號(hào)。見附圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 PLC的硬件接線圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 表 硬件型號(hào)選擇表 序號(hào) 圖號(hào) 名稱 型號(hào)規(guī)格 單位 數(shù)量 備注 1 QF1 空氣開關(guān) NM1225S/3300160A 個(gè) 1 2 QF2 空氣開關(guān) NM1225S/3300125A 個(gè) 1 3 QF3 空氣開關(guān) C65N2P/D10A 個(gè) 1 4 QF 5 空氣開關(guān) C65N1P/D16A 個(gè) 2 5 QF6~8 空氣開關(guān) C65N1P/D10A 個(gè) 3 6 KM1 交流接觸器 CJT120A AC220V 個(gè) 1 7 KM2 交流接觸器 CJ20100A AC220V 個(gè) 1 8 TA1~3 電流互感器 20 Ⅲ 150/5A 個(gè) 3 9 A1~3 電流表 42L6150/5A 個(gè) 3 10 V 電壓表 42L6450V 個(gè) 1 11 FU1~6 熔斷器 RT1832X/6A 套 6 帶指示燈 12 SB1~4 按鈕 LAY3911BN 個(gè) 4 紅綠各半 13 HL1~6 指示燈 ND1622DS AC220V 個(gè) 6 紅色 14 HL 8 指示燈 ND1622DS DC24V 個(gè) 2 紅色 15 T1 隔離變壓器 BK200220V/220V 個(gè) 1 16 P1 蜂鳴器 NFM122/FS DC24V 個(gè) 1 17 KA1~16 繼電器 MY4J DC24V 套 16 歐姆龍，帶指示燈 18 KGDY 開關(guān)電源 雙路 DC24V 5A輸出 個(gè) 1 19 PT1 配電模塊 SWP201DL1222A/N 個(gè) 1 20 TE1 溫度變送器 SWP201TC0121A/N 個(gè) 1 21 TE2 溫度變送器 SWP201TC0321A/N 個(gè) 1 22 觸摸屏 寸 256 色 臺(tái) 1 23 變頻器 MM440 臺(tái) 1 西門子 24 PLC 主機(jī) S7200PLC CPU226 臺(tái) 1 西門子 25 四路模擬量輸入 EM231 臺(tái) 1 西門子 26 二 路模擬量輸出 EM232 臺(tái) 1 西門子 系統(tǒng)硬件的安全保護(hù)措施 1．在天然氣加熱爐主電路控制部分，采用了斷路器，作為電路短路保護(hù)，在電路中常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 連接了電流表和電壓表，時(shí)刻監(jiān)視電路的工作情況。 7．點(diǎn)火不成功的話燒嘴控制器將自動(dòng)切斷燃?xì)忾y和空氣閥的電源并蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲提醒維護(hù)人員去排除故障。自動(dòng)控制原理見圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 自動(dòng)控制原理圖 天然氣壓力正常 啟動(dòng)風(fēng)機(jī) 打開天然氣快切閥、燒嘴控制器送電 燒嘴點(diǎn)小火正常燃燒 開 1 號(hào)燒嘴大火 開 2 號(hào)燒嘴大火 開 3 號(hào)燒嘴大火 開 4 號(hào)燒嘴大火 開 5 號(hào)燒嘴大火 開 6 號(hào)燒嘴大火 逐步關(guān)閉 6～ 3號(hào)燒嘴大火 中溫達(dá)到 設(shè)定值 延時(shí) 延時(shí) 延時(shí) 空氣恒壓力 800Pa 延時(shí) 風(fēng)機(jī)加速 空氣恒壓力 3500Pa 根據(jù)不同的鋼種設(shè)定不同的溫度 中溫 高溫 關(guān) 2 號(hào)燒嘴大火 關(guān) 1 號(hào)燒嘴大火 延時(shí) 延時(shí) 中溫低于 設(shè)定值 高溫達(dá)到設(shè)定值 高溫低于設(shè)定值 打開 1 個(gè)燒嘴大火 煙道開 % 打開 2 個(gè)燒嘴大火 煙道開 % 打開 3 個(gè)燒嘴大火 煙道開 50% 打開 4 個(gè)燒嘴大火 打開 5 個(gè)燒嘴大火 煙道開 % 打開 6 個(gè)燒嘴大火 煙道全開 煙道開 % 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 為了使燃燒系統(tǒng)工作穩(wěn)定，天然氣在點(diǎn)火階 段風(fēng)機(jī)恒壓為 800Pa，在燃燒加熱溫度控制階段風(fēng)機(jī)恒壓 為 5000Pa，為了保證以上的兩個(gè)指標(biāo)，采用了計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 隨動(dòng)系統(tǒng)的輸入量是不斷變化的隨機(jī)變量 ,例如高射炮的瞄準(zhǔn)控制系統(tǒng)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度控制系統(tǒng)就 是典型的隨動(dòng)系統(tǒng) . c(t) PID 調(diào)節(jié)器 D/A 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對(duì)象 測(cè)量元件 A/D sv(n) ev(n) mv(n) mv(t) pv(n) 圖 計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用恒值系統(tǒng)。計(jì)算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。 DT — 微分時(shí)間常數(shù)。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 P I D 控 制 器 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 被 控 對(duì) 象敏 感 元 件S p ne nM ( t )c ( t )p v ( t )D / AA / Dp v nM n圖 PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 在許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要 P、 I、 D 中的一種或兩種控制類型。 下面就介紹程序中使用 PID 指令 調(diào)節(jié)變頻器控 制風(fēng)壓恒定 的具體方法： PID 調(diào)節(jié)變頻器控制風(fēng)壓恒定的部分程序 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 系統(tǒng)的恒溫部分 梯形圖 在恒溫控制的部分存在著兩個(gè)溫區(qū)，高溫區(qū)和中溫區(qū)，在程序中采用了比較的指令實(shí)現(xiàn)了恒溫的控制。 6個(gè)大火的輸出點(diǎn) 、 、 、 、 煙道氣流進(jìn)行控制，當(dāng)開一個(gè)大 火時(shí)，煙道開啟 %；開兩個(gè)大火時(shí)，煙道開啟 %；開三個(gè)大火時(shí)，煙道開啟 50%；開四個(gè)大火時(shí)，煙道開啟 %；開五個(gè)大火時(shí)，煙道開啟 %；大火全開時(shí)，煙道也全開。 在設(shè) 備臨時(shí)檢修時(shí)，通過(guò)觸摸屏對(duì) PLC發(fā)出檢修指令，使?fàn)t子恒溫在 1000度狀態(tài)下工作，一方面節(jié)約天然氣，另一方面帶檢修結(jié)束后能及時(shí)升溫至工藝需要的爐溫。 4． 因?yàn)樵趯?shí)際工作中操作人員需要根據(jù)需要 對(duì) 系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所以就需要添加 PID參數(shù)設(shè)置畫面和其他各種參數(shù)的設(shè)置畫面以及各個(gè)畫面數(shù)據(jù)的輸入鍵盤。這種畫面組織方式的層次少，操作比較方便。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及觸摸屏屏幕大小的限制我將畫面分為以下部分： 10號(hào)啟動(dòng)畫面 11號(hào)風(fēng)機(jī)停止畫面 12號(hào)手動(dòng)控制畫面 13號(hào)自動(dòng)控制畫面 14號(hào)自動(dòng)停爐畫面 15號(hào) PID參數(shù)設(shè)置畫面 16號(hào)溫度曲線記錄畫面 17號(hào)報(bào)警記錄畫面 18號(hào)手動(dòng)自動(dòng)切換畫面 19號(hào)自動(dòng) 快選畫面 20號(hào)數(shù)字鍵盤畫面 21號(hào)切換安全等級(jí)鍵盤畫面 22號(hào)風(fēng)機(jī)壓力設(shè)置鍵盤畫面 23號(hào)安全等級(jí)畫面 24號(hào)煙道壓力設(shè)置鍵盤畫面 25號(hào)修改密碼鍵盤畫面 26號(hào)參數(shù)設(shè)置畫面 27號(hào)手動(dòng)停爐畫面 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 畫面切換關(guān)系 因?yàn)楫嬅鎮(zhèn)€數(shù)較多，需要合理的設(shè)置各個(gè)畫面之間的切換關(guān)系。 確定要設(shè)置的畫面 1． 在區(qū)分手動(dòng)和自動(dòng)控制畫面時(shí)需要“手動(dòng)自動(dòng)切換畫面”。 (3)燒嘴控制器負(fù)責(zé)對(duì)燒嘴進(jìn)行點(diǎn)火控制，在點(diǎn)火