【正文】 件的選擇 溫度檢測(cè)元件爐膛測(cè)溫?zé)犭娕际窍到y(tǒng)的主要檢測(cè)元件。彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會(huì)產(chǎn)生變形，變形的大小與被測(cè)壓力成正比關(guān)系。常見的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均屬薄膜式，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，但輸出行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。由于設(shè)計(jì)中控制爐膛壓力的煙道百葉窗的流通量大，壓差比較低，大口徑，而且一定的泄漏量對(duì)爐膛壓力的控制沒有多大影響，所以設(shè)計(jì)中控制爐膛壓力選煙道百葉窗?？紤]到生產(chǎn)的安全，當(dāng)煤氣系統(tǒng)中斷或控制器發(fā)生故障無(wú)信號(hào)輸出，致使執(zhí)行器的閥芯回復(fù)到無(wú)能源的初始狀態(tài)時(shí)，不致于發(fā)生事故，而且焦?fàn)t煤氣具有易燃、易爆的性質(zhì)時(shí)，為防止在異常情況下產(chǎn)生爆炸，燃料和空氣流量執(zhí)行器都應(yīng)選氣開式，一旦發(fā)生事故，則立即處于關(guān)閉狀態(tài)，不再提供燃料，以免造成浪費(fèi)，從而有利于降低原料成本和節(jié)能。例如，流量控制系統(tǒng)、管道壓力控制系統(tǒng)和某些要求嚴(yán)格的液位控制系統(tǒng)普遍采用比例積分控制器。如果各環(huán)節(jié)組合不當(dāng)，使系統(tǒng)總的作用方向構(gòu)成了正反饋，則控制系統(tǒng)不僅起不到控制作用，反而破壞了生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定。當(dāng)主對(duì)象放大倍數(shù)符號(hào)為“正”時(shí)，主控制器應(yīng)選“反”作用；反之，當(dāng)主對(duì)象放大倍數(shù)符號(hào)為“負(fù)”時(shí)，主控制器應(yīng)選“正”作用。S7200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其他功能的喪失。它也可以監(jiān)視設(shè)備，通過(guò)指令窗口發(fā)送指令，記錄報(bào)警及其它事項(xiàng)和確認(rèn)報(bào)警，以方便維護(hù)人員維修。 STEP 7 MicroWIN SP3軟件環(huán)境中編寫的梯形邏輯控制程序,是過(guò)程控制的核心,用于控制整個(gè)步進(jìn)式加熱爐的工藝流程。具體實(shí)現(xiàn)是主程序在每個(gè)掃描周期內(nèi),都調(diào)用1次子程序進(jìn)行模擬量的采集和濾波處理。也就是，設(shè)置所要顯示的控制界面。而且溫度控制在我國(guó)電子、冶金、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，可以說(shuō)在生產(chǎn)生活中無(wú)處不在，例如加熱爐、電冰箱等等。STEP7Micro/ ,可使用多種編程語(yǔ)言:(1)梯形圖(LAD)；(2)功能塊圖(FBD)；(3)語(yǔ)句表(STL)。由于PLC和DCS構(gòu)建的控制系統(tǒng)可靠、靈活、具有較強(qiáng)適應(yīng)性,它在類似的控制系統(tǒng)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的生命力。工業(yè)控制采用PLC與DCS控制, 顯示了突出的優(yōu)越性, 因它可以對(duì)用戶提出生產(chǎn)控制要求和意見, 能方便地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行程序修改和調(diào)試, 并能通過(guò)畫面直接顯示當(dāng)前的運(yùn)行狀況，使系統(tǒng)的靈活性大大增強(qiáng)。自動(dòng)方式時(shí)：在CRT上由人工給定爐壓調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值控制爐壓；手動(dòng)方式時(shí)：在CRT上由人工對(duì)爐壓調(diào)節(jié)器的輸出值手動(dòng)控制。圖44 溫度和爐膛壓力歷史趨勢(shì)畫面包括爐內(nèi)加熱爐的工藝流程、燃料總管和空氣總管的調(diào)節(jié)、爐膛三段溫度調(diào)節(jié)及顯示畫面、爐膛壓力調(diào)節(jié)及顯示畫面、溫度和壓力報(bào)警和數(shù)據(jù)顯示及實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線顯示畫面等。（2）設(shè)備窗口:是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。初始化操作包括對(duì)RAM、ROM清零,對(duì)控制參數(shù)的初始化,例如將計(jì)數(shù)器清零,當(dāng)前模擬量采樣值清零等參數(shù)進(jìn)行預(yù)置。在組態(tài)過(guò)程中，軟件具有自動(dòng)校正和修改功能。CENTUMCS3000與橫河以往的系統(tǒng)可通過(guò)總線轉(zhuǎn)換單元,方便地連接在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)既有系統(tǒng)的監(jiān)視和操作，保護(hù)用戶投資利益。 PLC的I/O地址分配表31 I/O地址分配表輸入信號(hào)啟動(dòng)按鈕停止按鈕急停按鈕手動(dòng)操作自動(dòng)操作鋼坯進(jìn)入加熱爐的信號(hào)鋼坯出加熱爐的信號(hào) 輸出信號(hào)手動(dòng)方式運(yùn)行自動(dòng)方式運(yùn)行燃料閥空氣閥噴嘴接觸器燃料機(jī)接觸器鼓風(fēng)機(jī)接觸器預(yù)熱段燃料閥預(yù)熱段空氣閥加熱段燃料閥加熱段空氣閥均熱段燃料閥均熱段空氣閥預(yù)熱段報(bào)警加熱段報(bào)警均熱段報(bào)警煙道百葉窗爐膛壓力報(bào)警 DCS選型DCS（Distributed Control System）是分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱之為集散控制系統(tǒng)。因此S7200系列具有極高的性能/價(jià)格比。因?yàn)楦被芈肥且浑S動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)它的要求是：副變量要能快捷地跟蹤給定值(即主控制器輸出)的變化而變化。 控制器的正反作用選擇工業(yè)控制器一般都具有正作用和反作用兩種工作方式。例如，一般的精餾塔塔底液面、貯槽液面、冷凝器液面和次要的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，均可采用比例控制器。當(dāng)發(fā)生控制閥處于無(wú)能源狀態(tài)而回復(fù)到初始位置時(shí)要保證產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)計(jì)中所有的燃料閥和空氣閥都選用角形閥。由于所使用的燃料即焦?fàn)t煤氣具有易燃、易爆的性質(zhì)，所以設(shè)計(jì)中的執(zhí)行器都選用氣動(dòng)執(zhí)行器，不僅可以降低生產(chǎn)成本，使用方便，而且能夠有效地防火防爆，降低發(fā)生意外事故的概率。因此，設(shè)計(jì)選用漩渦式流量計(jì)測(cè)量煤氣流量[3]。它是生產(chǎn)過(guò)程控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制系統(tǒng)[2]。完成邏輯提量功能主要依靠系統(tǒng)中設(shè)置的兩個(gè)選擇器：高選擇器HS、低選擇器LS。本設(shè)計(jì)采用單交叉限幅控制，即以爐內(nèi)溫度為主環(huán)，空、煤氣為副環(huán)的串級(jí)爐溫控制回路。爐膛壓力的分布對(duì)連續(xù)加熱爐熱工的影響比較大，直接關(guān)系爐膛溫度分布、料的加熱速度和加熱質(zhì)量。鋼坯的加熱制度應(yīng)保證在加熱裝置最大生產(chǎn)率和最適宜的氣(液)體燃料耗量的前提下達(dá)到盡可能高的加熱效果，最終得到斷面均一、溫度均勻的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。最初料坯放置在固定梁上，這時(shí)移動(dòng)梁位于料坯下面的最低點(diǎn)1。鋼坯在加熱初期會(huì)因溫差過(guò)大而產(chǎn)生熱應(yīng)力，因此要求控制升溫速度。（6）兩面加熱步進(jìn)式爐可以不要實(shí)底均熱段，因此加熱能力比推鋼式爐稍大。在鋼坯的上部爐膛和下部爐膛都設(shè)置燒嘴，因此爐底強(qiáng)度較高，適用于產(chǎn)量很高的板坯或帶鋼軋前加熱。加熱爐的主要任務(wù)是加熱鋼坯，使其在出爐時(shí)達(dá)到軋制所要求的溫度分布。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)式加熱爐；自動(dòng)控制系統(tǒng)；PID控制；PLC；DCSThe Steptype Of The Heating Furnace Control SystemBased On PLC And DCSAbstractSteptype of the heating furnace is one of the key equipment in the production line of rolling steel, it constitutes the main production processes of the rolling production line with the rolling unit. In order to improve the quality of products in the steptype of the heating furnace, in this paper, the research is mainly from the perspective of industrial control, it designs and explores the control system of the heating process about steptype of the heating furnace.This article designs the control plan of the fuel burning control system, the temperature control system and the chamber pressure control the system through understanding the entire steptype heating furnace39。DCS目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引言 1第二章 步進(jìn)式加熱爐工藝 3 步進(jìn)式加熱爐簡(jiǎn)介 3 步進(jìn)式加熱爐的概念 3 步進(jìn)式爐的幾種類型 3 步進(jìn)式爐的優(yōu)缺點(diǎn) 3 步進(jìn)式加熱爐的工藝簡(jiǎn)介 4 步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝流程 4 影響鋼坯質(zhì)量的若干因素 7第三章 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 控制方案 9 燃料燃燒的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 爐溫的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 爐膛壓力的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 檢測(cè)元件的選擇 13 溫度檢測(cè)元件 13 流量檢測(cè)元件 14 壓力檢測(cè)元件 14 執(zhí)行器的選擇 15 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 15 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選擇 16 控制器的選擇 17 控制規(guī)律的選擇 17 控制器的正反作用選擇 18 PLC選型 20 S7200簡(jiǎn)介 20 S7200的模塊選擇 21 PLC的I/O地址分配 21 DCS選型 22第四章 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 25 軟件系統(tǒng)介紹 25 系統(tǒng)流程圖 33 主程序流程圖 33 燃料與空氣比值控制系統(tǒng) 34 溫度控制系統(tǒng) 34 爐膛壓力控制系統(tǒng) 36 程序編制 36 系統(tǒng)調(diào)試 37 系統(tǒng)軟件調(diào)試 37 系統(tǒng)硬件調(diào)試 37第五章 總結(jié) 38參考文獻(xiàn) 39附錄A 源程序 41附錄B 組態(tài)圖 56致 謝 57第一章 引言鋼鐵行業(yè)作為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)性行業(yè)，具有較高的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度。現(xiàn)代化的高產(chǎn)量熱軋帶鋼軋機(jī)，由于對(duì)軋制帶鋼的厚度尺寸公差、帶鋼表面質(zhì)量和板型控制的要求日益嚴(yán)格，因而對(duì)板坯加熱溫度均勻性和熱板坯表面的質(zhì)量要求也不斷提高，如何提高其質(zhì)量一直是冶金行業(yè)密切關(guān)注的問(wèn)題。例如預(yù)熱段每走一步，加熱段可以走兩步或兩步以上。(11)生產(chǎn)自動(dòng)化水平非常高，原加熱爐的控制系統(tǒng)大都是單回路儀表和繼電器邏輯控制系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)也大多是模擬量控制式供電裝置，現(xiàn)在的加熱爐的控制系統(tǒng)大多數(shù)都具有二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)和三級(jí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。本設(shè)計(jì)中加熱爐為三段式加熱爐，分為預(yù)熱段，加熱段，均熱段，其中預(yù)熱段、加熱段、均熱段采用上端煤氣燃燒控制，加熱后的熱風(fēng)送向各燒嘴，供燃燒時(shí)使用。移動(dòng)梁往復(fù)—個(gè)周期所需要的時(shí)間和升降進(jìn)退的距離，是按設(shè)計(jì)或操作規(guī)程的要求確定的。如遇到上述情況，應(yīng)對(duì)爐子結(jié)構(gòu)及操作方式作合理的改造或調(diào)整，使?fàn)t子產(chǎn)量和軋機(jī)產(chǎn)量相適應(yīng)。對(duì)于溫度的控制采用單交叉限幅方式的串級(jí)控制系統(tǒng)，這樣可以在爐溫偏低時(shí)，先增加空氣量，后增加煤氣量；爐溫偏高時(shí)，先減煤氣量，后減空氣量，實(shí)現(xiàn)空氣、煤氣交叉控制，保證了燃料的完全燃燒，最終通過(guò)控制燃料和空氣流量以達(dá)到控制爐溫的目的。一般來(lái)說(shuō)，主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，它是一個(gè)定值，在該系統(tǒng)中主參數(shù)溫度是一個(gè)定值，工業(yè)上要求步進(jìn)式加熱爐預(yù)熱段溫度為750℃～1100℃，加熱時(shí)間15～30分鐘；加熱段的溫度為1250℃～1300℃，加熱時(shí)間40～60分鐘；均熱段的溫度為1150℃～ 1250℃，保溫時(shí)間20～30分鐘；連鑄冷坯料、模鑄冷坯料的總加熱時(shí)間為90～120分鐘；因此，主環(huán)是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。因此時(shí)＜，被低選器選中，從而改變?nèi)剂狭髁靠刂破鹘o定值，命令提量?？紤]測(cè)溫的準(zhǔn)確可靠和反應(yīng)靈敏，而且預(yù)熱段溫度為750℃～1100℃，加熱段的溫度為1250℃～1300℃，均熱段的溫度為1150℃～1250℃，所以采用鎳鉻—鎳硅熱電偶(K型) ，這是一種使用面十分廣泛的賤金屬熱電偶，—，它的測(cè)溫范圍為270℃～1372℃。目前，用作壓力檢測(cè)的彈性元件主要有膜片、波紋管和彈簧管?；钊降某贮c(diǎn)是行程長(zhǎng)，但價(jià)格昂貴，只用于特殊需要的場(chǎng)合?？刂崎y是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，它接受控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)。為防止在異常情況下爐膛壓力過(guò)高會(huì)產(chǎn)生爆炸，壓力調(diào)節(jié)閥（或煙道百葉窗）應(yīng)選氣閉式，一旦壓力過(guò)高發(fā)生故障時(shí)，則壓力執(zhí)行器立即處于全開狀態(tài)，從而避免了壓力過(guò)高時(shí)產(chǎn)生不良后果。比例積分微分控制規(guī)律(PID)的特點(diǎn)是：在增加了微分作用后，控制器的輸出不僅與偏差的大小和存在的時(shí)間有關(guān)，而且還與偏差的變化速度成比例，這就可以對(duì)系統(tǒng)小的容量滯后起到超前補(bǔ)償作用，并且對(duì)積分作用造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性也有所改善。又因?yàn)楸豢貙?duì)象、測(cè)量變送器和執(zhí)行器的作用方向是不能隨意選定的，所以，要想使控制系統(tǒng)具有閉環(huán)負(fù)反饋特征，只有通過(guò)正確地選擇控制器的正、反作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)以上判別準(zhǔn)則，可以方便地確定溫度控制器、流量控制器和壓力控制器均為反作用控制器。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。監(jiān)控系統(tǒng)選用研華工控機(jī)、菲利普22寸純平彩色顯示器