過程控制系統(tǒng)課程設計--步進式加熱爐控制系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-02-09 19:47 本頁面
【文章內容簡介】 1150℃～ 1250℃，保溫時間20～30分鐘；連鑄冷坯料、模鑄冷坯料的總加熱時間為90～120分鐘；因此，主環(huán)是一個定值控制系統(tǒng)。而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變化，因此，副回路是一個隨動系統(tǒng)。設計的爐溫與流量的串級控制系統(tǒng)方框圖如圖22。圖22 爐溫與流量串級控制系統(tǒng)方框圖加熱爐溫度控制是通過調節(jié)煤氣和空氣流量來實現(xiàn)的。溫度控制器根據(jù)實測溫度，按照PID控制策略，產生一個輸出。該輸出作為煤氣控制器和空氣控制器的設定值，去控制煤氣和空氣流量。溫度控制器與煤氣流量控制器或空氣流量控制器構成一個串級控制系統(tǒng)。其中，溫度控制器是主控制器，實現(xiàn)溫度的粗調，煤氣流量控制器或空氣流量控制器是平行的副控制器，完成精確控制。在控制爐溫的過程，當爐溫偏低時，先增加空氣量，后增加煤氣量，當爐溫偏高時，先減煤氣量，后減空氣量，實現(xiàn)空氣煤氣交叉控制，以保證燃料的完全燃燒。而完成具有邏輯提量功能主要依靠系統(tǒng)中設置的兩個選擇器：高選擇器HS、低選擇器LS。爐溫的單交叉限幅控制的檢測流程圖如下： 圖23 單交叉限幅控制的檢測流程圖圖23所示為“串級和比值控制組合的系統(tǒng)，由爐膛溫度與燃料、空氣流量的串級控制系統(tǒng)和燃料與空氣的流量比值控制系統(tǒng)相組合。完成邏輯提量功能主要依靠系統(tǒng)中設置的兩個選擇器：高選擇器HS、低選擇器LS。在正常工況下，即系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，溫度控制器的輸出，等于燃料流量變送器的輸出，也等于空氣流量變送器的輸出。也就是說高、低選擇器的兩個輸入端信號是相等的，整個系統(tǒng)猶如不加選擇器時的串級和比值控制組合的系統(tǒng)進行工作。當系統(tǒng)中的爐膛溫度降低時，溫度控制器的輸出增加(根據(jù)串級控制系統(tǒng)的要求，溫度控制器應選用反作用式控制器)，這個增加了的信號不被低選器選中，而卻被高選器選中，它直接改變空氣流量控制器的給定值，命令空氣量增加。然后由于空氣增加，使其變送器輸出增加，也就使開始增加。因此時＜，被低選器選中，從而改變燃料流量控制器給定值，命令提量。這一過程保證在增加燃料且前，先加大空氣量，使燃燒完全。整個提量過程直至＝=時，系統(tǒng)又恢復到正常工況時的穩(wěn)定狀態(tài)。當系統(tǒng)中的爐膛溫度升高時，溫度控制器輸出減少，因而它被低選器選中，作為燃料流量控制器的給定值而命令燃料降量。燃料量降低，經(jīng)變送器的測量信號被高選器選中，作為空氣流量控制器的給定值，命令空氣降量。降量過程直至＝=，系統(tǒng)又恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。這樣就實現(xiàn)了提量時先提空氣量，后提燃料量，降量時先降燃料量，后降空氣量的邏輯要求。單交叉限幅保證了焦爐煤氣在正常工況條件和異常工況波動條件下,都能穩(wěn)定的與空氣保持一定偏差范圍內的比例,并以焦爐煤氣流量為主控變量,以空氣流量為從動變量,實現(xiàn)了燃燒過程的經(jīng)濟性和合理性要求。 爐膛壓力的控制系統(tǒng)設計單回路反饋控制系統(tǒng)簡稱單回路控制系統(tǒng)。在所有反饋控制系統(tǒng)中，單回路反饋控制系統(tǒng)是最基本、結構最簡單的一種，因此又稱為簡單控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)雖然簡單，卻能解決生產過程中的大量控制問題。它是生產過程控制中應用最為廣泛的一種控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象（簡稱對象）或被控過程（簡稱過程）、測量變送裝置、控制器和控制閥。爐內氣體流動狀況是爐膛壓力的主要影響因素，而氣體流動狀況又受到煙道百葉窗的開度的直接影響。設計中對爐壓的控制采用的是單回路控制策略，它是通過調整煙道百葉窗的開度，從而調節(jié)煙囪的吸力，進而控制爐膛壓力，爐壓檢測點位于出料端。設計的爐膛壓力單回路控制系統(tǒng)方框圖如下：圖24 爐膛壓力控制系統(tǒng)方框圖三、PLC硬件選型與系統(tǒng)連接PLC(Programmable Logic Controller)是可編程序控制器的英文縮寫, 它是綜合了計算機技術、自動化技術與繼電器邏輯控制概念而開發(fā)的一代新型工業(yè)控制器,是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開關量的控制, 比如,將行程開關、按鈕開關、無觸點開關或敏感元器作為輸入信號, 輸出信號可控制電動閥門、開關、電磁閥和步進電機等執(zhí)行機構。它采用可編程的存儲器, 在其內部存儲, 執(zhí)行邏輯運算, 順序控制、定時計數(shù)和算術運算等操作的指令, 通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械和生產過程實現(xiàn)自動化。PLC及其有關的外圍設備都應該以易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。它的主要功能有：①在線數(shù)據(jù)采集和輸出；②控制功能，包括條件控制、順序控制、邏輯控制、定時、計數(shù)等；③數(shù)據(jù)處理功能，既能進行基本數(shù)學、邏輯運算，還可通過編程實現(xiàn)復雜的控制算法；④輸入/輸出信號調制功能；⑤通信、聯(lián)網(wǎng)功能，可進行遠程控制、多臺PLC間聯(lián)網(wǎng)通信、外部器件與PLC的信號處理單元之間實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換等；⑥支持人機界面功能；⑦編程、調試等。在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。PLC的特點是：①可靠性高，抗干擾能力強；②配套齊全，功能完善，適用性強；③操作簡單，易學易用，深受工程技術人員歡迎；④系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便、易于改造；⑤體積小、質量輕、功耗低。S7200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7200系列的強大功能使其無論在獨立運行中或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此S7200系列具有極高的性能/價格比。
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