【導讀】鋼鐵工業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)，高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)的上游主體工序。的技術進步對鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和國家資源的合理利用都有極其重要的意義。雜；原料用量大，運輸量大；設備要求有高效的運轉率，同時要有較長的使用壽命。于高爐是密閉的，必須借助于許多檢測儀表才能判斷其內部情況。本論文在查閱了大量。計以及MCGS在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。高爐監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是對現(xiàn)場過程數(shù)據進行動。對高爐本體生產過程進行實時控制。

　　

【正文】 否，將直接關系到能否很好的起控制作用，因此，對它必須給予高度重視。 執(zhí)行器 選擇的內容，包括開閉形式的選擇 、 口徑大小的選 擇 、 流量特性的選擇以及結構形式的選擇等。 執(zhí)行器 類型的選擇：氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器；調節(jié)閥口徑（ Dg、 dg）大小的選擇：主要依據是 執(zhí)行器 的流通能力。正常工況下要求 執(zhí)行器 開度處于 15％～ 85％ 之間。 執(zhí)行器 氣開、氣閉 形式的選擇：主要以安全方面考慮。 執(zhí)行器 流量特性的選擇：系統(tǒng)總的放大倍數(shù)盡可能保持不變，通常被控過程的特性是非線性的 (一階以上特性 )，而變送器、調節(jié)器 (若比例作用時 )和執(zhí)行機構的放大系數(shù)是常數(shù)。因此往往通過選擇 執(zhí)行器 的流量特性來補償被控過程特性的非線性，從而達到系統(tǒng)總放大倍數(shù)不變的目的。本文主要介紹 執(zhí)行 器 開閉的選擇。 氣動 執(zhí)行器 接受的是氣壓信號，當輸入壓力增大，控制閥開度也增大時，稱之為氣開閥。反之，當輸入壓力增大時，控制閥開度將小，則稱為氣閉閥。 根據本設計要求，為了控制高爐爐頂煤氣壓力大小，必須有效的控制閥門開度，由高爐生產工藝可知，爐頂煤氣壓力過高，容易發(fā)生事故，當高于 160Kpa 時，需要把閥門打開，故選用氣閉閥。 又因為兩閥是同向動作，所以都為氣閉閥。 控制 器控制規(guī)律的選擇 工業(yè)用控制器常見的有開關控制器、比例控制器、比例積分控制器、比例微分控制器、比例積分微分控制器。對于不同的生產， 相同的控制器也不一定用同樣的控制規(guī)律，它是要根據具體情況而定，根據過程控制特性選擇控制規(guī)律。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 比例控制規(guī)律：適用于控制通道滯后較小 、 時間常數(shù)不太大 、 擾動幅度較小 、 負荷變化不大 、 控制質量要求不高 、 允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜 液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。 比例積分控制規(guī)律：引入積分作用能消除余差。適用于控制通道滯后小 、 負荷變化不太大 、 工藝上不允許有余差的場合，如流量或壓力的控制。 比例微分控制規(guī)律：引入了微分，會有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過程，改善了 控制質量。適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動作用頻繁的系統(tǒng)，應盡可能避免使用微分作用。 比例積分微分控制規(guī)律：可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質量， 它適用于容量滯后大、負荷變化大、控制質量要求較高的場合，如反應器、聚合釜的溫度控制。 根據本設計控制對象為高爐，被控變量為爐頂煤氣壓力，所以控制規(guī)律選比例積分。 控制 器正反作用的確定 正作用 是指 控制 器的輸出隨著正偏差 (指測量值大于設定值 )而增加， 反作用 是指 控制 器的輸出隨著正偏差而減小。 控制 器作用方向確定的原則：應根據被控過程的特性及調節(jié)閥的 氣開、氣關形式來正確選擇，以使自動控制系統(tǒng)成為一個負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，即如果被控變量偏高，則控制作用應使之降低；相反，如果被控變量偏低，則控制作用應使之升高?？刂谱饔脤Ρ豢刈兞康挠绊憫c擾動作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量回到設定值。 控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的極性的規(guī)定： ①正作用 控制 器：即當系統(tǒng)的測量值增加時，調節(jié)器的輸出亦增加，其靜態(tài)放大系數(shù) Kc 取負；②反作用 控制 器：即當系統(tǒng)的測量值增加時，調節(jié)器的輸出減小，其靜態(tài)放大系數(shù) Kc 取正；③氣開式調節(jié)閥：其靜態(tài)放大系數(shù) Kv 取正；④氣關式調節(jié)閥：其靜態(tài)放大系數(shù) Kv 取負；⑤正作用被控過程：其靜態(tài)放大系數(shù) K0取正；⑥反作用被控過程：其靜態(tài)放大系數(shù) K0取負。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 為了保證能夠成負反饋，過程控制系統(tǒng)要能正常工作，系統(tǒng)開環(huán)總放大倍數(shù)必須為負，而系統(tǒng)開環(huán)總放大倍數(shù)為系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)的乘積，則該系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的極性 (可用其靜態(tài)放大系數(shù)表示 )相乘必須為正。變送器的靜態(tài)放大系數(shù) Km通常為正極性，故只需調節(jié)器 Kc、調節(jié)閥 Kv 和被控對象 K0極性相乘起來必須為正即可。 根據本設計控制系統(tǒng)要求， 兩 控制閥為氣閉式， 可以按同種情況考慮，故 其靜態(tài)放大系數(shù)為負極性；測量變送的靜態(tài)放大系數(shù)為正極性； 當控制閥閥門開大時，高爐爐頂煤氣流量增大，爐頂壓力降低，因此被控對象的靜態(tài)放大系數(shù)為負極性；根據該系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的極性 (可用其靜態(tài)放大系數(shù)表示 )相乘必須為正，可得控制器的極性為正極性，故選用反作用控制器。 如果從工藝角度分析， 當高爐爐頂煤氣壓力突然增加而超過給定值時，需要開大閥門，由于閥門是氣閉的，因此必須減少調節(jié)閥的壓力，這是需要減小控制器的輸出信號，很顯然，當輸入信號爐頂壓力增加時，控制器輸出信號減小，所以選擇反作用控制器。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第五章 高爐監(jiān)控系統(tǒng)設計 傳統(tǒng)上因控制設備本身的特點，高爐自動化系統(tǒng)劃分為電 氣、儀表、計算機三大部分的系統(tǒng)。隨著控制技術和計算機技術的發(fā)展，按照高爐控制對象的特點和工藝本身的要求，把高爐系統(tǒng)的電氣傳動和邏輯控制、自動檢測和調節(jié)、數(shù)據計算和處理等功能有機結合在一起，組成三電一體化高爐控制系統(tǒng)。 高爐自動控制系統(tǒng) 由 可編程邏輯控制器（ PLC）和分散控制系統(tǒng)（ DCS）組成。它的電控部分完成槽下稱重及上料系統(tǒng)計算、爐頂布料等控制。儀控部分完成對高爐本體、熱風爐等個系統(tǒng)數(shù)據采集、顯示，以及對壓力、溫度等 PID 調節(jié)。過程監(jiān)控計算機完成數(shù)據的采集與處理、數(shù)據設定、生產工藝流程數(shù)據顯示、生產過程的操 作控制、報表的打印等工作。 MCGS 組態(tài)軟件概述 隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領域的廣泛應用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領域的應用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。 MCGS 工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決一些實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。 MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng) )是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于 Microsoft（各種 32 位 Windows 平臺上）運行， 通過對現(xiàn)場 數(shù)據的采集處理， 以 動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，它充分利用了Windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，比以往使用專用機開發(fā)的工內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動化領域有著更廣泛的應用。 MCGS 組態(tài)軟件簡介 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于 Windows 平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2020 等操作系統(tǒng)。 MCGS 為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據采集、實時和歷史數(shù)據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網絡等功能。 使用 MCGS，用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定，功能全面，維護量小并且具備專業(yè)水準的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開 發(fā)工作。 MCGS 具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業(yè)自動化、航空航天等領域，經過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 目前， MCGS 組態(tài)軟件已經成功推出了 MCGS 通用版組態(tài)軟件、 MCGSWWW 網絡版組態(tài)軟件和 MCGSE 嵌入版組態(tài)軟件。三類產品風格相同，功能各異，三者完美結合，融為一體，形成了整個工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的從設備采集、工作站數(shù)據處理和控制、上位機網絡管理和 web 瀏覽的所有功能，很 好 地 實現(xiàn)了自動控制一體化的功能。 MCGS 組態(tài)軟件功能和特點 MCGS 的主要特點和基本功能如下： （ 1）簡單靈活的可視化操作界面。 MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求，以窗口為單位，構造用戶運行系統(tǒng)的圖形界面，使得 MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。用戶可以使用系統(tǒng)的缺省構架，也可以內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 根據需要自己組態(tài)配置圖形界面，生成各種類型和風格的圖形界面，包括 DOS風格的圖形界面、標準 Windows風格的圖形界面并且?guī)в袆赢嬓Ч墓ぞ邨l和狀態(tài)條等。 （ 2）實時性強、良好的并行處 理性能。 MCGS是真正的 32位應用系統(tǒng)，充分利用了32位 Windows操作平臺的多任務、按優(yōu)先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實時性強的關鍵任務和實時性不強的非關鍵任務進行分時并行處理，使 PC機廣泛應用于工程測控領域成為可能。例如 MCGS在處理數(shù)據采集、設備驅動和異常處理等關鍵任務時，可在主機運行周期時間內分時處理打印數(shù)據等類似的非關鍵性工作，實現(xiàn)系統(tǒng)并行處理多任務、多進程。 （ 3）豐富、生動的多媒體畫面。 MCGS以圖像、圖符、報表、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運行中的狀態(tài)、品質及異常報 警等有關信息；通過對圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動翻轉等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對象上定義相應的狀態(tài)屬性，實現(xiàn)動畫效果。 MCGS還為用戶提供了豐富的動畫構件，每個動畫構件都對應一個特定的動畫功能。 MCGS還支持多媒體功能，使能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫于一體的漂亮、生動的工程畫面。 （ 4）開放式結構，廣泛的數(shù)據獲取和強大的數(shù)據處理功能。 MCGS采用開放式結構，系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據源交換數(shù)據， MCGS提供多種高性能的 I/O驅動；支持 Microsoft開放數(shù)據庫互 連（ ODBC）接口，有強大的數(shù)據庫連接能力； MCGS全面支持 OPC（ OLE for Process Control）標準，既可作為 OPC客戶端，也可以作為 OPC服務器，可以和更多的自動化設備相連接； MCGS通過 DDE（ Dynamic Data Exchange，動態(tài)數(shù)據交換）與其它應用程序交換數(shù)據，充分利用計算機豐富的軟件資源； MCGS全面支持 ActiveX控件，提供及其靈活的面向對象的動態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫。 （ 5）完善的安全機制。 MCGS提供了良好的安全機制，為多個不同級別用戶設定不同的操作 權限。此外， MCGS還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 大大加強了保護組態(tài)開發(fā)者勞動成果的力度。 （ 6）強大的網絡功能。 MCGS支持 TCP/IP、 Modem、 RS485/ RS422/ RS232等多種網絡體系結構，使用 MCGS網絡版組態(tài)軟件，可以在整個企業(yè)范圍內，用 IE瀏覽器方便地瀏覽到實時和歷史的監(jiān)控信息，實現(xiàn)設備管理與企業(yè)管理的集成。 （ 7）多樣化的報警功能。 MCGS提供多種不同的報警方式，具有豐富的報警類型和靈活多樣的報警處理函數(shù)。不僅方便用戶進行報警設置，并且實現(xiàn)了系統(tǒng)實時顯示 、打印報警信息的功能。報警信息的存儲與應答，為工業(yè)現(xiàn)場安全可靠地生產運行提供了有力的保障。 （ 8）實時數(shù)據庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。 MCGS由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據庫和運行策略五個部分構成，其中實時數(shù)據庫是一個數(shù)據處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構件的公用數(shù)據區(qū)，是整個系統(tǒng)的核心。各個部件獨立地向實時數(shù)據庫輸入和輸出數(shù)據，并完成自己的差錯控制。在生成用戶應用系統(tǒng)時，每一部分均可分別進行組態(tài)配置，獨立建造，互不相干，而在系統(tǒng)運行過程中，各個部分都通過實時數(shù)據庫交換數(shù)據，形成互相關聯(lián)的 整體。 （ 9）支持多種硬件設備，實現(xiàn)“設備無關”。 MCGS針對外部設備的特征，設立設備工具箱，定義多種設備構件，建立系統(tǒng)與外部設備的連接關系，賦予相關的屬性，實現(xiàn)對外部設備的驅動和控制。用戶在設備工具箱中可方便選擇各種設備構件。不同的設備對應不同的設備構件，所有的設備構件均通過實時數(shù)據庫建立聯(lián)系，而建立時又是相互獨立的，即對某一構件的操作或改動，不影響其它構件和整個系統(tǒng)的結構，因此 MCGS是一個“設備無關”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設備的局部改動，而影響整個系統(tǒng)。 （ 10）方便控制復雜的運行流程。 MCGS開辟了 “運行策略”窗口，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構件，用圖形化的方法和簡單的類 Basic語言構造多分支的應用程序，按照設定的條件和順序，操作外部設備，控制窗口的打開或關閉，與實內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 時數(shù)據庫進行數(shù)據交換，實現(xiàn)自由、準確地控制運行流程，同時也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構件，擴展系統(tǒng)的功能。 （ 11）良好的可維護性和可擴充性。 MCGS系統(tǒng)由五大功能模塊組成，主要的功能模塊以構件的形式來構造，不同的構件有著不同的功能，且各自獨立。三種基本類型的構件（設備構件、動畫構件、策略構件）完成了 MCGS系統(tǒng)三大部分（設備 驅動、動畫顯示和流程控制）的所有工作。除此之外， MCGS還提供了一套開放的可擴充接口，用戶可根據自己的需要用 VB、 VC等高級開發(fā)語言，編制特定的構件來