【導(dǎo)讀】鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)的上游主體工序。的技術(shù)進(jìn)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(yùn)輸量大；設(shè)備要求有高效的運(yùn)轉(zhuǎn)率，同時(shí)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(nèi)部情況。本論文在查閱了大量。計(jì)以及MCGS在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。高爐監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)。對高爐本體生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

　　

【正文】 否，將直接關(guān)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(nèi)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(jié)構(gòu)形式的選擇等。 執(zhí)行器 類型的選擇：氣動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器；調(diào)節(jié)閥口徑（ Dg、 dg）大小的選擇：主要依據(jù)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(diào)節(jié)器 (若比例作用時(shí) )和執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(bǔ)償被控過程特性的非線性，從而達(dá)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(dòng) 執(zhí)行器 接受的是氣壓信號，當(dāng)輸入壓力增大，控制閥開度也增大時(shí)，稱之為氣開閥。反之，當(dāng)輸入壓力增大時(shí)，控制閥開度將小，則稱為氣閉閥。 根據(jù)本設(shè)計(jì)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(chǎn)工藝可知，爐頂煤氣壓力過高，容易發(fā)生事故，當(dāng)高于 160Kpa 時(shí)，需要把閥門打開，故選用氣閉閥。 又因?yàn)閮砷y是同向動(dòng)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(guān)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(chǎn)， 相同的控制器也不一定用同樣的控制規(guī)律，它是要根據(jù)具體情況而定，根據(jù)過程控制特性選擇控制規(guī)律。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)間常數(shù)不太大 、 擾動(dòng)幅度較小 、 負(fù)荷變化不大 、 控制質(zhì)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(fù)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(zhì)量。適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動(dòng)作用頻繁的系統(tǒng)，應(yīng)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(zhì)量， 它適用于容量滯后大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場合，如反應(yīng)器、聚合釜的溫度控制。 根據(jù)本設(shè)計(jì)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(shè)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(yīng)根據(jù)被控過程的特性及調(diào)節(jié)閥的 氣開、氣關(guān)形式來正確選擇，以使自動(dòng)控制系統(tǒng)成為一個(gè)負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，即如果被控變量偏高，則控制作用應(yīng)使之降低；相反，如果被控變量偏低，則控制作用應(yīng)使之升高?？刂谱饔脤Ρ豢刈兞康挠绊憫?yīng)與擾動(dòng)作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量回到設(shè)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(dāng)系統(tǒng)的測量值增加時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出亦增加，其靜態(tài)放大系數(shù) Kc 取負(fù)；②反作用 控制 器：即當(dāng)系統(tǒng)的測量值增加時(shí)，調(diào)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(diào)節(jié)閥：其靜態(tài)放大系數(shù) Kv 取正；④氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥：其靜態(tài)放大系數(shù) Kv 取負(fù)；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(fù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 為了保證能夠成負(fù)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(fù)，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(gè)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(diào)節(jié)器 Kc、調(diào)節(jié)閥 Kv 和被控對象 K0極性相乘起來必須為正即可。 根據(jù)本設(shè)計(jì)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(fù)極性；測量變送的靜態(tài)放大系數(shù)為正極性； 當(dāng)控制閥閥門開大時(shí)，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(fù)極性；根據(jù)該系統(tǒng)的各個(gè)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(dāng)高爐爐頂煤氣壓力突然增加而超過給定值時(shí)，需要開大閥門，由于閥門是氣閉的，因此必須減少調(diào)節(jié)閥的壓力，這是需要減小控制器的輸出信號，很顯然，當(dāng)輸入信號爐頂壓力增加時(shí)，控制器輸出信號減小，所以選擇反作用控制器。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第五章 高爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)上因控制設(shè)備本身的特點(diǎn)，高爐自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為電 氣、儀表、計(jì)算機(jī)三大部分的系統(tǒng)。隨著控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，按照高爐控制對象的特點(diǎn)和工藝本身的要求，把高爐系統(tǒng)的電氣傳動(dòng)和邏輯控制、自動(dòng)檢測和調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)計(jì)算和處理等功能有機(jī)結(jié)合在一起，組成三電一體化高爐控制系統(tǒng)。 高爐自動(dòng)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(jì)算、爐頂布料等控制。儀控部分完成對高爐本體、熱風(fēng)爐等個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、顯示，以及對壓力、溫度等 PID 調(diào)節(jié)。過程監(jiān)控計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集與處理、數(shù)據(jù)設(shè)定、生產(chǎn)工藝流程數(shù)據(jù)顯示、生產(chǎn)過程的操 作控制、報(bào)表的打印等工作。 MCGS 組態(tài)軟件概述 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)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(shí)際工程問題提供了一種嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)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(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)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(yùn)行， 通過對現(xiàn)場 數(shù)據(jù)的采集處理， 以 動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)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(xué)易用的特點(diǎn)，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)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(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)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(shí)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(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 使用 MCGS，用戶無須具備計(jì)算機(jī)編程的知識，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能全面，維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)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(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)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(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 目前， MCGS 組態(tài)軟件已經(jīng)成功推出了 MCGS 通用版組態(tài)軟件、 MCGSWWW 網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件和 MCGSE 嵌入版組態(tài)軟件。三類產(chǎn)品風(fēng)格相同，功能各異，三者完美結(jié)合，融為一體，形成了整個(gè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的從設(shè)備采集、工作站數(shù)據(jù)處理和控制、上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和 web 瀏覽的所有功能，很 好 地 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制一體化的功能。 MCGS 組態(tài)軟件功能和特點(diǎn) MCGS 的主要特點(diǎn)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(xí)慣和要求，以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)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(gòu)架，也可以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 根據(jù)需要自己組態(tài)配置圖形界面，生成各種類型和風(fēng)格的圖形界面，包括 DOS風(fēng)格的圖形界面、標(biāo)準(zhǔn) Windows風(fēng)格的圖形界面并且?guī)в袆?dòng)畫效果的工具條和狀態(tài)條等。 （ 2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處 理性能。 MCGS是真正的 32位應(yīng)用系統(tǒng)，充分利用了32位 Windows操作平臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時(shí)操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使 PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。例如 MCGS在處理數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和異常處理等關(guān)鍵任務(wù)時(shí)，可在主機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間內(nèi)分時(shí)處理打印數(shù)據(jù)等類似的非關(guān)鍵性工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并行處理多任務(wù)、多進(jìn)程。 （ 3）豐富、生動(dòng)的多媒體畫面。 MCGS以圖像、圖符、報(bào)表、曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào) 警等有關(guān)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(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對象上定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。 MCGS還為用戶提供了豐富的動(dòng)畫構(gòu)件，每個(gè)動(dòng)畫構(gòu)件都對應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)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(dòng)畫于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫面。 （ 4）開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。 MCGS采用開放式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)， MCGS提供多種高性能的 I/O驅(qū)動(dòng)；支持 Microsoft開放數(shù)據(jù)庫互 連（ ODBC）接口，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫連接能力； MCGS全面支持 OPC（ OLE for Process Control）標(biāo)準(zhǔn)，既可作為 OPC客戶端，也可以作為 OPC服務(wù)器，可以和更多的自動(dòng)化設(shè)備相連接； MCGS通過 DDE（ Dynamic Data Exchange，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）與其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源； MCGS全面支持 ActiveX控件，提供及其靈活的面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫。 （ 5）完善的安全機(jī)制。 MCGS提供了良好的安全機(jī)制，為多個(gè)不同級別用戶設(shè)定不同的操作 權(quán)限。此外， MCGS還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 大大加強(qiáng)了保護(hù)組態(tài)開發(fā)者勞動(dòng)成果的力度。 （ 6）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。 MCGS支持 TCP/IP、 Modem、 RS485/ RS422/ RS232等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使用 MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件，可以在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，用 IE瀏覽器方便地瀏覽到實(shí)時(shí)和歷史的監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理與企業(yè)管理的集成。 （ 7）多樣化的報(bào)警功能。 MCGS提供多種不同的報(bào)警方式，具有豐富的報(bào)警類型和靈活多樣的報(bào)警處理函數(shù)。不僅方便用戶進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示 、打印報(bào)警信息的功能。報(bào)警信息的存儲與應(yīng)答，為工業(yè)現(xiàn)場安全可靠地生產(chǎn)運(yùn)行提供了有力的保障。 （ 8）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。 MCGS由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干，而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)部分都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的 整體。 （ 9）支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)”。 MCGS針對外部設(shè)備的特征，設(shè)立設(shè)備工具箱，定義多種設(shè)備構(gòu)件，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，賦予相關(guān)的屬性，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制。用戶在設(shè)備工具箱中可方便選擇各種設(shè)備構(gòu)件。不同的設(shè)備對應(yīng)不同的設(shè)備構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動(dòng)，不影響其它構(gòu)件和整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，因此 MCGS是一個(gè)“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備的局部改動(dòng)，而影響整個(gè)系統(tǒng)。 （ 10）方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程。 MCGS開辟了 “運(yùn)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(gòu)件，用圖形化的方法和簡單的類 Basic語言構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實(shí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)自由、準(zhǔn)確地控制運(yùn)行流程，同時(shí)也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。 （ 11）良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。 MCGS系統(tǒng)由五大功能模塊組成，主要的功能模塊以構(gòu)件的形式來構(gòu)造，不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了 MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備 驅(qū)動(dòng)、動(dòng)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(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的需要用 VB、 VC等高級開發(fā)語言，編制特定的構(gòu)件來