【文章內(nèi)容簡介】 接存取系統(tǒng)信息上相當方便。總之在這個組態(tài)軟件基礎(chǔ)上可在 CVU實現(xiàn)各種不同的多畫面多控制方式的功能組合。 加熱爐控制系統(tǒng)利用可編程調(diào)節(jié)器和計算機實現(xiàn)使生產(chǎn)過程變得非常方便，控制水平也明顯提高， 相信隨著新的控制理論和方法的出現(xiàn)（人工智能的模糊控制、專家控制等），加熱爐的控制技術(shù)一定會更成熟和完善 [2]。 加熱爐控制系統(tǒng) 隨著世界范圍內(nèi)經(jīng)濟競爭越演越烈，鋼鐵成本的降低已經(jīng)與鋼鐵企業(yè)的生存休戚相關(guān)。在冶金行業(yè)中，能源消耗的一大用戶就是加熱爐。據(jù)有關(guān)文獻介紹，在軋鋼加工費用中能源消耗占 65%～ 70%，在整個軋鋼工序能耗中，加熱爐燃耗占 60%～ 70%。提高加熱爐燃燒控制水平不僅可以通過節(jié)能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，而且可以提高我國冶金行業(yè)的自動化控制水平。因此，如何優(yōu)化加熱爐燃燒控制受到廣泛的研究和重視。 軋鋼 企業(yè)加熱爐通過實施在線燃燒控制可保證空燃比的精度，達到充分燃燒提高熱效率的目的，進而實現(xiàn)煤氣降耗減少氧化燒損和提高成材率等目標。眾所周知，加熱爐能耗大，工作條件惡劣，管路上的燃料空氣流量波動頻繁。因此，它的燃燒控制過程是一個復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。用常規(guī)儀表組成的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)，往往需要大量儀表，性能也很難達到預(yù)期的要求，隨著以面向過程控制為主的可編程邏輯控制器在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中越來越廣泛的應(yīng)用，解決了儀表控制性能不高的問題。本設(shè)計就是采用PLC（可編程序邏輯控制器）對加熱爐系統(tǒng)進行控制。采用 PLC 對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)進行控制不僅使生產(chǎn)過程更加精確化、智能化；同時提高了生產(chǎn)率 。 可編程邏輯控制器 PLC PLC 的定義 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令；并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體，易于擴充其功能的原則而設(shè)計。 PLC 的特點 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 (1)可靠性高、抗干擾能力強； (2)通用性強、使用方便 ； (3)采用模塊化結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組合靈活方便； (4)編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握； (5)系統(tǒng)設(shè)計周期短； (6)對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強； (7)安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小。 PLC 的應(yīng)用 PLC 是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有可靠性高、體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、通用靈活、維護方便等一系列的優(yōu)點。因而，在電力、機械、冶金、能源、化工、交通等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù) PLC 的特點，可以將其應(yīng)用形式歸納為以下幾種類型：開關(guān)量控 制、模擬量控制、過程控制、定時和計數(shù)控制、順序控制、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)。 PLC 的發(fā)展趨勢 隨著 PLC 技術(shù)的推廣和應(yīng)用， PLC 將進一步向以下幾個方向發(fā)展： (1)系列化、模板化； (2)小型機功能強化； (3)中、大型機高速化、高功能、大容量； (4)低成本； (5)多功能。 加熱爐 在軋鋼廠的熱軋生產(chǎn)中，必須將要軋制的鋼坯或鋼錠加熱到一定的溫度，使它具有一定的可塑性，才能進行軋制。即使采用冷軋工藝，也往往需要對鋼材進行熱處理。為了對鋼料加熱和熱處理，在軋鋼廠采用了各種類型的加熱爐 [3]。 加熱爐的分 類 加熱爐常用爐型有以下幾類： 二段式和三段式加熱爐； 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 多段式加熱爐； 步進式加熱爐； 環(huán)形加熱爐； 實底加熱爐。 對加熱爐的要求 生產(chǎn)率高 在保證質(zhì)量的前提下，鋼料加熱速度越快越好，這樣可以提高加熱爐的生產(chǎn)率，減少爐子座數(shù)或縮小爐子尺寸?？焖偌訜徇€能降低鋼的燒損單位燃料消耗，節(jié)約維護費用。一般用單位生產(chǎn)率 － 爐底強度的高低來評價一座爐子工作的優(yōu)劣。 加熱質(zhì)量好 鋼料的軋制質(zhì)量與鋼的加熱質(zhì)量有著密切的關(guān)系。加熱時鋼料出爐溫度應(yīng)符合工藝要求，斷面上溫度分布均勻，鋼的燒損率低 ； 防止過燒 和表層的脫碳現(xiàn)象。 燃料消耗低 軋鋼廠能量消耗的 1015％用于加熱爐上，節(jié)省燃料對降低成本和節(jié)約能源都有重大意義。一般用單位燃料消耗量來評價爐子的工作，如公斤燃料 /公斤鋼、焦耳 /公斤鋼、千卡 /公斤鋼。連續(xù)加熱爐的單位燃料消耗量為 400600 千卡 /公斤鋼，最先進的可達 330 千卡 /公斤鋼；鍛造狀爐的單位燃料消耗量為 600900 千卡 /公斤鋼；均熱爐根據(jù)熱裝或者冷裝的不同，單位燃料消耗量波動很大。 爐子壽命長 由于高溫作用和機械磨損，爐子不可避免會有損壞，必須定期進行檢修。應(yīng)盡可能延長爐子的使用壽命， 降低修爐的費用。 勞動條件好 要求爐子的機械化及自動化程度高，操作條件好，安全衛(wèi)生，對環(huán)境無污染。 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 第 2章 加熱爐工藝知識 加熱爐的生產(chǎn)過程主要是推鋼機把上料臺上的鋼坯推入輥道 ,經(jīng)電子秤稱重后進入爐內(nèi) ,由步進底傳送 ,并在傳送過程中加熱 ,然后送入爐輥道上 ,啟動出爐輥道 ,把鋼坯送入主軋線上。 在此過程中鋼坯的加熱工藝是一個相當重要的環(huán)節(jié)，其工藝過程主要包括加熱溫度、加熱時間、及加熱速度的設(shè)定。通常加熱溫度越高，可塑性越好，變形抗力越低，對熱加工有利。但鋼的加熱受許多因素的制約，并不是越高越好，應(yīng)有一個最高極限溫度。 對于低合金鋼加熱溫度借助 FeFe3c 圖相圖制定，最高溫度應(yīng)比固相限低100150 C，加熱溫度越高偏析的非金屬夾雜物融化出現(xiàn)過燒，同時表面氧化脫碳嚴重。對于合金鋼，合金元素影響相圖中固相限的位置，因此，某些含擴大奧氏體區(qū)元素如 Ni、 Co、 Mn 的鋼，加熱溫度可以略高一些。而某些含縮小奧氏體區(qū)元素如 W、Mo、 Cr、 V、 Ti、 Si 的鋼，加熱溫度略低些。含有較高熔點合金元素如 W、 Mo、 Cr、V等的鋼，生成特殊碳化物，難以溶解，加熱溫度應(yīng)高一些。 從生產(chǎn)率的角度出發(fā)，希望加熱速度越快越好，時間短，氧化燒損也少。但 加熱速度受爐子供熱條件，鋼材本身允許的內(nèi)外溫差的限制。加熱時間，即鋼坯由室溫入爐到心部達到出爐所需要的時間。以往加熱時間都是根據(jù)經(jīng)驗確定，往往有很大偏差，目前多采用有限差分法利用計算機對鋼在連續(xù)爐內(nèi)的溫度場變化進行計算。針對不同的鋼種、不同的坯型進行加熱時間、加熱速度的計算，從而制定出合理的加熱工藝曲線 [4]。 加熱爐工藝 加熱爐工藝主要包括確定加熱溫度、加熱速度、加熱時間、爐溫制度、爐內(nèi)氣氛、生產(chǎn)率等等。為了制定正確的加熱工藝，還應(yīng)當了解與金屬加熱有關(guān)的金屬熱物理性能及力學(xué)性能，了解加熱過程中缺陷產(chǎn)生的原 因及防止的措施。鋼在軋制和鍛造之前的加熱，是鋼加工工藝過程中一個必要的環(huán)節(jié)。這里，我們就來明確一下加熱的目的。 提高鋼的可塑性 鋼在冷的狀態(tài)下可塑性很低，為了改善鋼的熱加工條件，必須提高鋼的可塑性。一般說來，鋼的熱加工溫度越高，鋼的可塑性越好。例如，高碳鋼在常溫下的變形抗力約為 6000 公斤 /厘米 2，這樣在軋制時就需要很大的軋制壓力，消耗很大的能量。遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 如果將它加熱到 1200℃，這時的變形抗力降低到大約 300 公斤 /厘米 2，比常溫下的變形抗力降低 20 倍。所以，鋼的溫度越低，加工所消耗的能量越大，軋機的磨損也越快 ，而且溫度不足時還容易發(fā)生斷輥事故。 使鋼錠或鋼坯內(nèi)外溫度均勻 由于鋼錠內(nèi)外的溫度差，使金屬內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力會造成軋材時的廢品或缺陷。通過均勻使斷面上溫差縮小，避免出現(xiàn)危險的溫度應(yīng)力。 改變金屬的結(jié)晶組織 鋼加熱的質(zhì)量直接影響到鋼材的質(zhì)量、產(chǎn)量、能源消耗以及軋機壽命。正確的加熱工藝可以提高鋼的可塑性，降低熱加工時的變形抗力，按時為軋機提供加熱質(zhì)量優(yōu)良的鋼錠或鋼坯，保證軋機生產(chǎn)順利進行。反之，如加熱溫度過高，會發(fā)生鋼的過熱、過燒，軋制時就要造成廢品；又如鋼的表面發(fā)生嚴重的氧化或脫碳，也會影響鋼的質(zhì)量 ，甚至報廢。目前有的軋機不能充分發(fā)揮作用，往往是因為加熱工藝這一環(huán)節(jié)薄弱。因此，必須了解鋼加熱工藝的基本知識，能夠制定正確的加熱工藝制度，防止過程中可能出現(xiàn)的各種缺陷。 加熱爐燃料 本設(shè)計中加熱爐燃料采用氣體燃料。氣體燃料即各種煤氣和天然氣。在各種燃料中，氣體燃料的燃燒最容易控制，燃燒效率也最高，是最受歡迎的一種燃料。因此，這里我們采用煤氣作為燃料。任何一種煤氣的燃燒，都要經(jīng)歷三個階段：即煤氣與空氣的混合、混合氣體的活化和混合氣體的燃燒。所以，如何解決這三個問題也是加熱爐工藝的一個重要環(huán)節(jié)。 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 第 3章 系統(tǒng)器件的選擇 加熱爐燃燒控制系統(tǒng)是加熱爐 PLC 控制系統(tǒng)的執(zhí)行層，其主要包括溫度控制、空氣流量控制、煤氣流量控制、爐壓控制，熱風(fēng)放散控制等幾部分組成。系統(tǒng)要求其穩(wěn)定準確快速的隨動溫度設(shè)定數(shù)模的設(shè)定值，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定運行，高效燃燒，節(jié)約能源，減少污染，實現(xiàn)爐溫最佳控制，提高鋼材質(zhì)量的目的。根據(jù)這一要求我們對以往的雙交叉雙向限幅控制進行了改進，采用自身反饋雙向限幅 ,它使系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快。其中涉及溫流串級控制，調(diào)節(jié)器增益補償，擾動補償，解耦補償，空燃比動態(tài)尋優(yōu) ,生產(chǎn)過程的安全報警與事故處理等幾個部分 [5]。 可編程序控制器的 選擇 機型的選擇 機型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維護使用方便以及最佳的功能價格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面： 結(jié)構(gòu)合理； 功能相當； 機型統(tǒng)一； 是否在線編程。 組態(tài)技術(shù) 組態(tài)技術(shù) 組態(tài)控制技術(shù)是一種計算機控制技術(shù)，利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計算機測控系統(tǒng)與一般計算機測控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒有本質(zhì)上的區(qū)別，它們都由被控對象、傳感器、 I/O接口、計算機和執(zhí)行機構(gòu)幾部分組成。 傳感器的作用是對被控對象的各種參數(shù)進行檢測。通過傳感器，計算機能感知生產(chǎn)進行的情況；將參數(shù)在顯示器上顯示 。并根據(jù)參數(shù)實際值與設(shè)定植的偏差，按照一定的控制算法發(fā)出控制命令，控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而完成控制任務(wù)。 集散式控制系統(tǒng) (DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) (FCS) 一臺 DDC(直接數(shù)字控制 )計算機常用來控制幾個到十幾個回路。如果將更多的參數(shù)集中到一臺計算機進行監(jiān)控，一旦計算機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的可靠性會大大降低。集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，總體思想是分散控制，集中管理。集散式控制遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 系統(tǒng)的分級管理規(guī)?？纱罂尚?，可以只有兩級（直接控制級和監(jiān)督控制級或稱下位機和上位機），也可以有多級。典型的三級結(jié)構(gòu)為過程控制級 、控制管理級、和生產(chǎn)管理級。 輸入 /輸出模塊的選擇 PLC 是一種工作控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系是通過 I/O 接口模塊來實現(xiàn)的。通過 I/O 接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對被控對象進行控制的信息。同時，由于控制器通過 I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣，因此各種機構(gòu)所需的信息電平也是不同的。而 PLC 的 CPU所處理的信息只能是標準電平，所有 I/O 接口模塊還需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn) 換。 PLC 從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需要經(jīng)過一定的距離，為了確保這些信息的正確無誤， PLC 的 I/O 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實際需要， PLC 相應(yīng)有許多種 I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊，可以根據(jù)它們的特點進行選擇使用。 確定 I/O 點數(shù) 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，確定所需要的 I/O 點數(shù)，再增加 10％ 20％的備用量，以便隨時增加控制功能。對于同一個控制對象，由于采用不同的控制方法或編程水平的不一樣， I/O 點數(shù)就有所不同。 開關(guān)量輸 入 /輸出 標準的開關(guān)量輸入 /輸出接口可用于從傳感器和開關(guān)及控制設(shè)備接收信號。典型的交流輸入 /輸出信號為 20～ 240V，直流輸入 /輸出信號為 5～ 240V。 模擬量輸入 /輸出 模擬量 I/O 接口是用來感知傳感器產(chǎn)生的信號的。這些接口用于測量流量、溫度和壓力的數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。典型接口量程為 10～ +10V， 0～+10V， 4～ 20mA 或 10～ 50mA。 特殊功能 在選擇一臺 PLC 時，用戶可能會面臨需要一些特殊類型的且不能用標準 I/O 實現(xiàn)的 I/O 限定情況。用戶應(yīng)當考慮供銷廠商是否提供一些特殊 的有助于最大限度減小控制作用的模塊。靈便模塊和特殊接口模塊，都應(yīng)考慮使用。有的模塊自身能夠處理遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 一部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使 CPU從處理耗時任務(wù)中解脫出來。 智能式輸入 /輸出 當前， PLC 的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入 /輸出模塊。所謂智能式輸入 /輸出模塊，就是模塊本身帶有處理器，對輸入或輸出信號作預(yù)先規(guī)定的處理，將其處理結(jié)果送入 CPU或直接輸出，這樣可提高 PLC的處理速度和節(jié)省存儲器的容量。 SIMATIC TI505 西門子 SIMATIC TI565 系列 PLC 原屬美國德州儀器（ Texas Instrument）公司工業(yè)控制部，后為西門子公司收購，新型號為 SIMATIC TI565，適用于較大的批處理控制。還有適用于中規(guī)模的快速靈活的 SIMATIC TI545 系列 PLC，與 TI565 組成SIMATIC TI505 系列 PLC。 下面對 TI505 系列 PLC 做一下介紹。 SIMATIC TI505 PLC 有兩種類型： 傳統(tǒng)的面向開關(guān)量控制的 PLC，如 TI52 TI535 和 TI565； 面向過程控制的控制器，如 TI54 TI55 TI565， TI525 和 TI535 是適合于中小規(guī)模的開關(guān)和模擬量控制， TI560 可用于處理大規(guī)模的開關(guān)量控制。 本設(shè)計中根據(jù)實際要求選擇 TI565 系列 PLC?，F(xiàn)在，將 TI565 性能介紹如下。 西門子 TI565 系列 PLC 技術(shù)性能 [6] 系統(tǒng)內(nèi)存 /KB： 1024RAM 1K 字執(zhí)行時間： 控制繼電器 /可保持控制繼電器： 53248/4096 計時、計數(shù)器： 20480 數(shù)學(xué)運算功能： ， +， *， /， 數(shù)字量輸入 /輸出： 8192 模擬量輸入 /輸出： 8192 智能輸入 /輸出模塊： 能連接或可能連接 遠程輸入 /輸出距離 /m： 1000 或 4000 TISTAR 過程控制監(jiān)控系統(tǒng)： 能連接或可能連接 聯(lián)網(wǎng)： 能連接或可能連接 /TI 通道 閉環(huán)回路控制： 能連接或可能連接 遼寧 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 中央處理單元類型 PPX： 565TXKM/110Y 總內(nèi)存配置 /KB： 1024 梯形圖程序內(nèi)存配置 /KB： 256 計時器、計數(shù)器： 0480 擴展遠程底盤： 128 可尋址 I/O(數(shù) 字 /模擬 )： 8192 1K 執(zhí)行時間： 回路數(shù)：