【正文】 。 為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能 開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要 模擬 I/O，高速計數(shù)器?？梢栽?0~50 ℃ 的溫度范圍內 正 常工作。為此除一方面設置防塵屏蔽各種措施外，另一方面則要設計高性能和高可靠的控制系統(tǒng)。 通過采集系統(tǒng)的三相 電極的 1 次電壓、三相 電極的 1 次 電流、三相 電極的 2次電壓、三相 電極的 2 次電流等均是通過電流互感器、電壓互感器降流和降壓后經轉換器 由顯示表顯示。結合具體生產工藝，合理設計自動化控制系統(tǒng)軟硬件，使電石生產過程自動化和規(guī)范化。作為實時控制系統(tǒng)，不僅 PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電、故障時的對策等。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由 PLC送至 CNC設備使用。 順序控制 這是近日 PLC最廣泛應用的領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。除基本的邏輯控制、定時、技術、算術運算等功能外，配合特殊功能模塊還可以實現(xiàn)點位控制、 PID運算、過程控制、 數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可與上位機通信，通過 遠程 模塊還可以控制遠方設備。 PLC中含有大量的相當于中間繼電器、時間繼電器、 計數(shù)器 等的“軟元件”。 PLC生產廠家在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使它可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場而穩(wěn)定可靠的工作。 PLC技術隨著計算機和微電子技術的發(fā)展而迅速發(fā)展，由最初的一位機發(fā)展為 8位機。展望未來，可編程控制器在規(guī)模和功能上將向兩大方向發(fā)展，一方面大型可編程控制器不斷 向高速、大容量和高功能方向發(fā)展。 1971年，日本開始生產可編程控制器。 以上介紹了電石生產從原料到電石成品的全部生產工藝。壓力由油壓裝置供給。石灰和焦炭用自動稱按規(guī)定比例稱量后，經鏈斗輸送機（ 3）將爐料送至皮帶輸送機（ 4），載運到環(huán)斗加料機（ 5）向環(huán)形料倉（ 6）加料。為了區(qū)別兩種工作方式，我們稱第一種控制電極移動的方式為“升降”，第二種控制電極移動的方式為“壓放”。如果電弧電流過小，則輸入爐內的電功率減小，生產時間延長；電弧電流過大，就會增加線路上的能量消耗，點效率降低。本項目采用的是密閉式電弧爐。在工業(yè)商僅應用少數(shù)幾種碳化物，其中碳化鈣居第一位。許多企業(yè)并未將一些控制功能投入使用，如某些企業(yè)僅用了手工操作方式。 陳龍、馬伯淵、張雪峰等人在智能 PID 控制在電石爐電極調節(jié)系統(tǒng)中的研究 [7]。整個生產過程均為通過觀察儀表測得的電氣參數(shù)，人工進行操作。挪威 Elekm公司設計的 Elekm 電石爐也是各國引進的另一個發(fā)明密閉電石爐形式。 電石工業(yè) 國 內外相關技術現(xiàn) 狀與發(fā)展趨勢 電石工業(yè)國內外技術現(xiàn)狀 電石工業(yè)誕生已有一個世紀。電石生產為三班連續(xù)作業(yè)，由于操作員的素質（如技術水平、反應靈敏性和責任心等）不同，導致電石爐運行很不規(guī)范，難以保證持 續(xù)滿負荷運行；電極壓放經常必須在停電狀態(tài)下進行；電石爐運行參數(shù)和供配電狀態(tài)分別由操作員和電工定時觀察和記錄，難以做到規(guī)范準確，難以對數(shù)據(jù)進行分析，更 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 2 頁 共 43 頁 難以對歷史記錄分析比較等等，這就要求通過設計更好的方法去進一步改善它 。電石冶煉爐同樣是一個大量消耗電能、爐內情況變化很大、現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣的冶煉設備。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 1 頁 共 43 頁 1 引言 本課題研究的背景及意義 課題 的提出背景 電石主要是由電石爐內電弧和電阻加熱焦炭和生石灰等原料，使之在熔化狀態(tài)下反應而制成。電石爐三項電極 升降控制好壞，直接影響爐溫和三項電流的不平衡程度，從而影響產品的質量以及電網的質量。而現(xiàn)在國內電石生產現(xiàn)狀還不是很先進， 極電流等現(xiàn)場控制有操作員手工操作實現(xiàn)。同時以此為基礎，研制電石爐的計算機控制系統(tǒng)，研究電極的升降，及爐內恒溫的控制。以后 Demag 形式的電石爐的國家。與國外相比，電石生產設備的整體技術水平較低。 吳勇研究的 PLC 在電石爐控制系統(tǒng)中的應用， 優(yōu)先調整偏離設定值最大相和協(xié)調控制，有效解決負載波動大和 負載 偶合的問題 [6]。但由于原料差異和其他技術原因。 電石生產 的 原理和用途 碳與金屬的化合物成為碳化物。 電石 爐及其生產設備 電石爐 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 5 頁 共 43 頁 根據(jù)加熱方式的不同，電弧爐又可分為 3種類型：間接電弧爐、直接電弧爐、密閉式電弧爐。電弧電流的變化，使得輸入爐內的電功率也隨之變化。第 二種方法是一套固定的工序，通過上摩擦帶松開、提升、加緊，下摩擦帶 松開、上摩擦 帶 壓下來、下摩擦帶緊固共 6 個動作來使得電極下 壓 ，這時電極與上下摩擦帶產生 相對位移，這樣做的目的是因為石墨電極不斷被電解消耗而變短。 生產工藝流程簡介 由原料加工處理工序送來的合格的焦炭和生石灰分別儲存于原料貯斗（ 1）內，每個貯斗下面均有一臺自動稱（ 2），每兩臺自動稱連成一組，一個稱石灰，另一個稱焦炭。 電極的升降用油壓升降機（ 17）帶動。根據(jù)乙炔發(fā)生站的需要，將電石卸到皮帶傳送機（ 16）上送往乙炔發(fā)生站或者用皮帶輸送機（ 16）送往包裝工序進行包裝 [13]。 可編程控制器問世以來，發(fā)展極為迅速。近來，可編程控制器的發(fā)展更為迅速，更新?lián)Q代大約在 3年左右，其結構不斷改進，功能日益增強，性能價格比越來越高。 PLC誕生不久即顯示了其在工業(yè)控制中的重要地位，如日本、德國、法國等國家相繼研制成各自的 PLC。這往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。 d) 控制系統(tǒng)設計、安 裝、調試方便。 f）功能完善。 PLC的應用范圍通常可分為如下五種類型。為了實現(xiàn) PLC和 CNC設備之間的 內部數(shù)據(jù)的自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。 通信和聯(lián)網 為了適應國外今年來興起的工廠自動化系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)及集散系統(tǒng)等發(fā)展的需要，首先，必須發(fā)展 PLC之間、 PLC和上級計算機之間的通信功能。 改造后控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 技術核心改造為設計一套自動化控制系統(tǒng)。 需采集的信號匯總分析 根據(jù)上述控制要求，對原有儀表測量系統(tǒng)進行了分析研究，得出了需采集的各類信號匯總表。因此對控制設備的可靠性要求較高。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 14 頁 共 43 頁 圖 41 電石爐 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 工控機的選型 主站 上位計算機選用研華系列工業(yè)控制機 如圖 42 所示 ， 臺灣研華股份有限公司生產的高性能工業(yè)控制機是專為工業(yè)環(huán)境下保證系統(tǒng)連續(xù)運行而設 計制作的。由于 FX2n系列具備如下特點 ：包容了標準特點、程式執(zhí)行快、補充了通信功能、適合不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，可以自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。面板上運行 /停止開關易于操作，遠處的編程軟件可以通過調制解調器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)，并使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序 [19]。 模擬量輸出模塊選用三菱的 FX2N4DA 如圖 45所示，該模塊有 4 個輸出通道。 17 寸彩色液晶顯示器，可清晰的現(xiàn)實各種圖形和文字，相對于傳統(tǒng)的 CRT 顯示器，可免受電磁干擾的影響。 一般地， PLC 的一個掃描周期約 10ms，另外，可編程序控制器的輸入 /輸出還有響應滯后（輸入濾波約 10ms），繼電器機械滯后約 10ms，所以，一個信號從輸入到實際輸出，大約有 2030ms 的滯后。據(jù)日本統(tǒng)計，目前 PID 及變型 PID 約占總控制回路數(shù)的 90%左右。如三菱的 A 系列、 Q 系列 PLC的 PID 控制模塊。［ S1］和［ S2］分別用來存放給定值 SV 和當前測量到的反饋值 PV，［ S3］ ~[S3]＋ 6用來存放控制參數(shù)的值，運算結果 MV存放在［ D］中。 PID 指令采用增量式 PID 算法，控制 算法中還綜合使用了反饋量一階慣性數(shù)字濾波、不完全微分和反饋量微分等措施，使該指令比普通的 PID 算法具有更好的控制效果。因此，積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但是積分作用的動作緩慢，可能給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性帶來不良影響。 PID 手、自動控制方式 在現(xiàn)場控制回路中，我們有時會出現(xiàn)擾動的強變引起現(xiàn)場過程值的跳變，如果這時采用了 I 控制規(guī)律，要消除這個擾動，會使得調節(jié)時間過長、過慢，這時就需要人為的進行干預。例如：在 ABB Freelance 20xx digivis 操作員站中 PID控制面板上，手、自動用 M(man)、 A(auto)標示，當從 M轉為 A時， PID 工作，PID 將過程變量值 PV 置于設定值 SP 值，并保持 PV 跟蹤 SP 值；當從 A 轉為 M時，PID 停止工作，系統(tǒng)會將輸出值 OUTn1 賦予 OUTn，并保持 OUT 不變， SP值跟蹤PV 值。組態(tài)王具有一個集成開發(fā)環(huán)境 —— 組態(tài)王工程瀏覽器，在工程瀏覽器中您可以查看工程的各個組成部分，也可以完成構成數(shù)據(jù)庫、定義外部設備等工作。 數(shù)據(jù)怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性？也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性，比如溫度，壓力等。 圖 新建工程向導三 在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時將被作為當前工程的 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 27 頁 共 43 頁 路徑名稱。提供了對圖形對象在窗口內任意移 動、縮放、改變形狀、復制、刪除、對齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性進行改變的操作工具。外部設備包括：下位機（ PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等），它們一般通過串行口和上位機交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 應用程序，它們之間一般通過 DDE 交換數(shù)據(jù)；外部設備還包括網絡上的其他計算機。 圖 設備配置向導二 為外部設備取一個名稱，輸入 PLC，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”， 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 30 頁 共 43 頁 如圖 所示 。 構造數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令也 要迅速送達生產現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。其它 屬性目前不用更改，單擊“確定”即可。 圖 畫面命令語言 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 37 頁 共 43 頁 按照點石爐控制系統(tǒng)流程，通過以上方法，完成整個點石爐控制系統(tǒng)的組態(tài)王界面。另外，用戶可以從人機界面提供的報警窗中查看報警和事件信息。以往計算機控制系統(tǒng)的軟件功能（如實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)點的生成、圖形、控制回路以及報表功能的實現(xiàn)）是靠軟件人員通過編程實現(xiàn)的，工作量大。 為了簡便可以把三相電極調節(jié)系統(tǒng)等效的看成三個單輸入單輸出（ SISO）的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并認為三個系統(tǒng)是相互獨立的。同時，技術改造還使得生產管理規(guī)范化、自動化，從而降低了工人的勞動強度；完善的報警機制便于故障檢測，可以提高生產的安全性和連續(xù)性。 向所有關心和幫助過我的人表示真摯的謝意！ 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 42 頁 共 43 頁 參考文獻 1 熊謨遠 .電石生產及其深加工產品 .北京 :化 學工業(yè)出版社， 20xx 2 李濤 .智能自適應控制器在電石爐上的應用 .控制理論與應用 .1996（ 5） ： 626～630 3 李建興，蔣新華 .基于 PLC 的電石爐模糊控制系統(tǒng)研究與應用 .福建工程學院學報， 20xx(6)： 46～ 47 4 劉兆飛，任慶昌，張巍 .基于模糊解偶算法的電石爐控制系統(tǒng)設計 .工業(yè)加熱 ， 20xx(6)： 565～ 567 5 趙松杰 、 李蘭忖 .中小型電石爐電極電位的 PLC 控制 .華北水利水電學院學報 ，20xx(4)： 48～ 49 4 劉芙蓉，劉丹紅，胡榮強 .PLC 在電石爐控制中的應用 .控制工程 .20xx（ 4）：46～ 47 6 吳勇 .PLC 在電石爐控制系統(tǒng)中的應用 .自動化與儀器儀表 ， 20xx (119):45～46 7 陳龍，馬伯淵，張雪峰 .智能 PID 控制在電石爐電極調節(jié)系統(tǒng)中的應用 .系統(tǒng)仿真學報 ， 20xx(7)： 44～ 47 8 田學中 .SIMATIC可編程控制器在 20xx0Kva電石爐上的應用 .工業(yè)儀表與 自動化裝置 .1998， 41～ 46 9 強明輝，李戰(zhàn)明，郝曉弘 .電石爐微機控制裝置的研制 .甘肅工業(yè)大學學報 .1996（ 2） :58～ 62 10 Benoit Boulet,Gino Lalli and Mark and Control of an Electric Arc of American Control ,360～ 364 11 Lang Ziqiang Gu Xingyuma Bao and Identification of Electrode Position Controller in Electri