【正文】 同時(shí)，技術(shù)改造還使得生產(chǎn)管理規(guī)范化、自動(dòng)化，從而降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；完善的報(bào)警機(jī)制便于故障檢測(cè)，可以提高生產(chǎn)的安全性和連續(xù)性。以往計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件功能（如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)點(diǎn)的生成、圖形、控制回路以及報(bào)表功能的實(shí)現(xiàn)）是靠軟件人員通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的，工作量大。 圖 畫(huà)面命令語(yǔ)言 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 37 頁(yè) 共 43 頁(yè) 按照點(diǎn)石爐控制系統(tǒng)流程，通過(guò)以上方法，完成整個(gè)點(diǎn)石爐控制系統(tǒng)的組態(tài)王界面。 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫(huà)的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也 要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，所以說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。外部設(shè)備包括：下位機(jī)（ PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等），它們一般通過(guò)串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 應(yīng)用程序，它們之間一般通過(guò) DDE 交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。 圖 新建工程向?qū)? 在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時(shí)將被作為當(dāng)前工程的 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 27 頁(yè) 共 43 頁(yè) 路徑名稱。組態(tài)王具有一個(gè)集成開(kāi)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(gè)組成部分，也可以完成構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)、定義外部設(shè)備等工作。 PID 手、自動(dòng)控制方式 在現(xiàn)場(chǎng)控制回路中，我們有時(shí)會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)的強(qiáng)變引起現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程值的跳變，如果這時(shí)采用了 I 控制規(guī)律，要消除這個(gè)擾動(dòng)，會(huì)使得調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、過(guò)慢，這時(shí)就需要人為的進(jìn)行干預(yù)。 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。如三菱的 A 系列、 Q 系列 PLC的 PID 控制模塊。 一般地， PLC 的一個(gè)掃描周期約 10ms，另外，可編程序控制器的輸入 /輸出還有響應(yīng)滯后（輸入濾波約 10ms），繼電器機(jī)械滯后約 10ms，所以，一個(gè)信號(hào)從輸入到實(shí)際輸出，大約有 2030ms 的滯后。 模擬量輸出模塊選用三菱的 FX2N4DA 如圖 45所示，該模塊有 4 個(gè)輸出通道。由于 FX2n系列具備如下特點(diǎn) ：包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行快、補(bǔ)充了通信功能、適合不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，可以自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。因此對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求較高。 改造后控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 技術(shù)核心改造為設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn) PLC和 CNC設(shè)備之間的 內(nèi)部數(shù)據(jù)的自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。 f）功能完善。這往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。近來(lái)，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(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，功能日益增強(qiáng)，性能價(jià)格比越來(lái)越高。根據(jù)乙炔發(fā)生站的需要，將電石卸到皮帶傳送機(jī)（ 16）上送往乙炔發(fā)生站或者用皮帶輸送機(jī)（ 16）送往包裝工序進(jìn)行包裝 [13]。 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介 由原料加工處理工序送來(lái)的合格的焦炭和生石灰分別儲(chǔ)存于原料貯斗（ 1）內(nèi)，每個(gè)貯斗下面均有一臺(tái)自動(dòng)稱（ 2），每?jī)膳_(tái)自動(dòng)稱連成一組，一個(gè)稱石灰，另一個(gè)稱焦炭。電弧電流的變化，使得輸入爐內(nèi)的電功率也隨之變化。 電石生產(chǎn) 的 原理和用途 碳與金屬的化合物成為碳化物。 吳勇研究的 PLC 在電石爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用， 優(yōu)先調(diào)整偏離設(shè)定值最大相和協(xié)調(diào)控制，有效解決負(fù)載波動(dòng)大和 負(fù)載 偶合的問(wèn)題 [6]。以后 Demag 形式的電石爐的國(guó)家。而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)電石生產(chǎn)現(xiàn)狀還不是很先進(jìn)， 極電流等現(xiàn)場(chǎng)控制有操作員手工操作實(shí)現(xiàn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 1 頁(yè) 共 43 頁(yè) 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(nèi)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(yīng)而制成。電石生產(chǎn)為三班連續(xù)作業(yè)，由于操作員的素質(zhì)（如技術(shù)水平、反應(yīng)靈敏性和責(zé)任心等）不同，導(dǎo)致電石爐運(yùn)行很不規(guī)范，難以保證持 續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行；電極壓放經(jīng)常必須在停電狀態(tài)下進(jìn)行；電石爐運(yùn)行參數(shù)和供配電狀態(tài)分別由操作員和電工定時(shí)觀察和記錄，難以做到規(guī)范準(zhǔn)確，難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，更 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 2 頁(yè) 共 43 頁(yè) 難以對(duì)歷史記錄分析比較等等，這就要求通過(guò)設(shè)計(jì)更好的方法去進(jìn)一步改善它 。挪威 Elekm公司設(shè)計(jì)的 Elekm 電石爐也是各國(guó)引進(jìn)的另一個(gè)發(fā)明密閉電石爐形式。 陳龍、馬伯淵、張雪峰等人在智能 PID 控制在電石爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的研究 [7]。在工業(yè)商僅應(yīng)用少數(shù)幾種碳化物，其中碳化鈣居第一位。如果電弧電流過(guò)小，則輸入爐內(nèi)的電功率減小，生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)；電弧電流過(guò)大，就會(huì)增加線路上的能量消耗，點(diǎn)效率降低。石灰和焦炭用自動(dòng)稱按規(guī)定比例稱量后，經(jīng)鏈斗輸送機(jī)（ 3）將爐料送至皮帶輸送機(jī)（ 4），載運(yùn)到環(huán)斗加料機(jī)（ 5）向環(huán)形料倉(cāng)（ 6）加料。 以上介紹了電石生產(chǎn)從原料到電石成品的全部生產(chǎn)工藝。展望未來(lái)，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。 PLC生產(chǎn)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(chǎng)而穩(wěn)定可靠的工作。除基本的邏輯控制、定時(shí)、技術(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能模塊還可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、 PID運(yùn)算、過(guò)程控制、 數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可與上位機(jī)通信，通過(guò) 遠(yuǎn)程 模塊還可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由 PLC送至 CNC設(shè)備使用。結(jié)合具體生產(chǎn)工藝，合理設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟硬件，使電石生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和規(guī)范化。為此除一方面設(shè)置防塵屏蔽各種措施外，另一方面則要設(shè)計(jì)高性能和高可靠的控制系統(tǒng)。 為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能 開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要 模擬 I/O，高速計(jì)數(shù)器。提供了 12位高精度分辨率的數(shù)字輸入。輸入信號(hào)的有效寬度應(yīng)大于 1 個(gè)周期 +10ms。 2）使用 PID 功能指令。 PID 控制是根據(jù)“動(dòng)作方向”（ [S3]+1）的設(shè)定內(nèi)容，進(jìn)行正作用或反作用的 PID 運(yùn)算。 PID 控制器在這方面設(shè)置了一個(gè)使能位 0 或 1， 0 指手 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 23 頁(yè) 共 43 頁(yè) 動(dòng)控制， 1為 PID 參與調(diào)節(jié)，也就是 ” 自動(dòng) ” 與 ” 手動(dòng) ” 的說(shuō)法。 TouchMAK 是應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境。在工程描述文本框中輸入對(duì)該工程的描述文字。只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過(guò)I/O 變量和它們交換數(shù)據(jù)。在 TouchVew 運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。如圖 、 所示 。設(shè)計(jì)出的軟件通用性差，對(duì)于不同的應(yīng)用對(duì)象都要重新設(shè)計(jì)或修改程序，軟件功能可靠性也比較低。 論文主要闡述了 電石爐 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。自動(dòng)化技術(shù)改造后，合理的計(jì)算機(jī)控制方案是節(jié)能最有效的途徑。 控制系統(tǒng)的軟件是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂。 圖 畫(huà)面屬性 單擊“命令語(yǔ)言?”按鈕，彈出畫(huà)面命令語(yǔ)言對(duì)話框，如圖 所示。在定義數(shù)據(jù)庫(kù)變量時(shí)，只要把 IO 變量連結(jié)到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。 圖 組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 定義 IO 設(shè)備 組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。彈出“新 建工程向?qū)е龑?duì)話框”，如圖 所示 。組態(tài)王是運(yùn)行于 Microsoft Windows 中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件，采用了多線程、 COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。但是 T S太小會(huì)增加CPU 的運(yùn)算工作量，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒(méi)有什么變化，所以 也不宜將 T S取得過(guò)小。 控制參數(shù)的設(shè)定和 PID 運(yùn)算中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，“運(yùn)算錯(cuò)誤”標(biāo)志 M8067為 ON，錯(cuò)誤代碼存放在 D8067 中。但是這種模塊的 PLC PVf PV Pv(t) C(t) mv(t) MV EV SV PID 調(diào)節(jié)器 數(shù)字濾波 A/D 測(cè)量變送 被控對(duì)象 執(zhí)行機(jī)構(gòu) D/A 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 19 頁(yè) 共 43 頁(yè) 價(jià)格昂貴，一般在大型控制系統(tǒng)中使用。 （ 3）輸出刷新階段 :將輸出元件映象寄存器的內(nèi)容，從第一個(gè)輸出端口開(kāi)始，到最后一個(gè)結(jié)束，依次讀入對(duì)應(yīng)的輸出鎖存器，從而驅(qū)動(dòng)輸出器件形成可編程的實(shí)際輸出。 FX2N4AD 占用 8 個(gè) I/O 點(diǎn)。 FX2n系列是 FX系列 PLC家族中較先進(jìn)的系列。 根據(jù)對(duì)電石爐生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的實(shí)際調(diào)研和其生產(chǎn)環(huán)境的了解得知，電石爐現(xiàn)場(chǎng)條件較為惡劣，灰塵多，溫度高，電磁干擾嚴(yán)重。 電石爐由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平所限，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，暴露出以下幾點(diǎn)不足： （ 1）電石生產(chǎn)為三班連續(xù)作業(yè)，由于操作員的素質(zhì)（如技術(shù)水平、反應(yīng)靈敏性和責(zé)任心 等）不同，導(dǎo)致電石爐運(yùn)行很不規(guī)范，難以保證持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行； （ 2）電極壓放經(jīng)常必須在停電狀態(tài)下進(jìn)行； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁(yè) 共 43 頁(yè) （ 3）電石爐運(yùn)行參數(shù)和供配電狀態(tài)分別由操作員和電工定時(shí)觀察和記錄，難以做到規(guī)范準(zhǔn)確，難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，更難以對(duì)歷史記錄分析比較等等。著名的日本 FANUC公司推出的 System 1 12系列，已將 CNC 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁(yè) 共 43 頁(yè) 控制功能作為 PLC的一部分。工 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁(yè) 共 43 頁(yè) 作人員通過(guò)它可以查出故障原因，便于迅速處理。 a） 可靠性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)。現(xiàn)在的可編程控制器都采用了微處理器（ CPU）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）或是單片機(jī)作為其核心。再由此經(jīng)漏斗而落入自動(dòng)秤（ 14）稱量后的電石沿變向加料筒進(jìn)入貯斗（ 15）內(nèi)貯存。壓放電極時(shí)， 6 個(gè)順序動(dòng)作每一個(gè)動(dòng)作的結(jié)束時(shí)后一個(gè)動(dòng)作的開(kāi)始，直到全部動(dòng)作結(jié)束為止 [11]。其次，爐料熔化和溫度的控制主要靠電弧。為此，我們對(duì)電石生產(chǎn)的設(shè)備和工藝做出了大量的調(diào)研工作 [8]。 趙松杰 、 李蘭忖，在 電極電位的 PLC控制的研究， 用 PLC 取代傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器 ,對(duì)電石爐電極區(qū)位進(jìn)行隨機(jī)調(diào)節(jié)控制，使電極始終處在適當(dāng)?shù)奈恢?，從而解決電極區(qū)位調(diào)節(jié)控制的生產(chǎn)技術(shù) [5]。原聯(lián)邦德國(guó)也是世界上生產(chǎn)電石比較早的國(guó)家，德國(guó) Demag 公司于50 年代即設(shè)計(jì)了 2座大型密閉爐。 因而電石爐是生產(chǎn)電石的主要設(shè)備 ,其性能直接影響到電石產(chǎn)量 ,質(zhì)量以及能耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 。故電石爐是生產(chǎn)電石的主要設(shè)備，其性能直接影響到電石產(chǎn)量、質(zhì)量以及能耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。運(yùn)用 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng) 可 以通過(guò)對(duì)電石爐進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)電石爐的電壓、電流和供率的電氣參數(shù)。日本早期從國(guó)外 引進(jìn) 幾座電石爐，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)消化設(shè)計(jì)，建成了多座改良性密閉電石爐。 國(guó)內(nèi)還有其他這方面的研究，不過(guò)整體說(shuō)我國(guó)還是和許多發(fā)達(dá)國(guó)家有著一定的差距。工業(yè)碳化鈣，或簡(jiǎn)稱電石，是由石灰和含碳物料（無(wú)煙煤，焦炭） 在電石爐中熔煉制得。因而，在生產(chǎn)過(guò)程中，必須有一個(gè)較理想的功率調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)電弧爐的輸入功率，以取得最佳的熔煉效果。從環(huán)形料倉(cāng)下部的投料管把爐料投入電石爐（ 7）中。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 7 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 21 大型密閉電石爐的工藝流程圖。如有的掃描速度可高達(dá) ／Ｋ，可處理幾萬(wàn)個(gè)開(kāi)關(guān)量 I/O信號(hào)，用戶程序存儲(chǔ)器容量最大達(dá)十幾萬(wàn)兆字節(jié)。目前各廠家生產(chǎn)的 PLC，其平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)了IEC規(guī)定的 10萬(wàn)小時(shí)；而 且為了適應(yīng)特殊場(chǎng)合的需要，有的 PLC生產(chǎn)商還采用了冗余設(shè)計(jì)和差異設(shè)計(jì)（如德國(guó) Pilz公司的 PLC），進(jìn)一步提高了可靠性。 由于具有上述特點(diǎn)，使得 PLC的應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說(shuō)只要有工廠、有控制要求，就會(huì)有 PLC的應(yīng)用 [16]。同樣，美國(guó) GE公司的 CNC設(shè)備新機(jī)種也使用了具有數(shù)據(jù)處理的 PLC。利用先進(jìn)控制理論和技術(shù)，調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程中較佳的參數(shù)配合，達(dá)到提高生產(chǎn)能力，降低能耗的目的。 在生產(chǎn)過(guò)程控制中，目前國(guó)內(nèi)外，普遍采用 PLC 系統(tǒng)。 24V、 400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。轉(zhuǎn)換速度為 ，使用的通道數(shù)變化不會(huì)改變轉(zhuǎn)換速度。 可編程控制器通過(guò)輸入模塊接受外來(lái)的輸入信號(hào)，通過(guò)輸出模塊驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而各種信號(hào)之間的邏輯關(guān)系則通過(guò)用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在很多中小型 PLC 都提供 PID 控制用的功能指令，如 FX2N 系列 PLC 的 PID 指令。 PID 運(yùn)算公式如下： MVMV)PVPV(LPVPVDTdDTTdDPVPVPV2TdDTTdD(PVSVEV(SVPVEV}DEVTT)EVEV{(KMVnn1nfnnf1ns2nfnf1nfsnnfnnfnnnis1nnp???????????????????