【導(dǎo)讀】要求，完成控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。通過(guò)查閱文獻(xiàn)，了解步進(jìn)式加熱爐工藝流程。硬件選擇設(shè)計(jì)及組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)。在鋼壞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)量很高的板壞?；驇т撥埱凹訜?。加熱爐控制專(zhuān)業(yè)的一個(gè)共同課題。為200/500mm，步進(jìn)周期為45s。燃料為混合煤氣，板坯加熱溫度可達(dá)1250℃。一般情況下，加熱爐沿爐膛長(zhǎng)度方向分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段。加熱段為主要供熱段，爐氣溫度較高，以利于實(shí)現(xiàn)板坯的快速加熱，保證板坯加熱。一般用于加熱小斷面料坯的爐子只有預(yù)熱段和加熱段。關(guān)于加熱工藝，爐子被劃分成“區(qū)”。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的上下運(yùn)動(dòng)和前后運(yùn)動(dòng)分別是由獨(dú)立的機(jī)構(gòu)完成的。道從出料爐門(mén)送出，送往軋機(jī)進(jìn)行軋制。但是，純比例控制器在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后仍然存在余差，而且負(fù)荷變化。只具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。可采用比例控制器。滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控變量又不允許有余差的場(chǎng)合。定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。

　　

【正文】 由主控窗口 、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成。 （ 1）主控窗口 :是工程的主要窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫(huà)刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤(pán)文件名稱及存盤(pán)時(shí)間等。 （ 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。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。也就是，要在設(shè)備窗口中選擇所有連接的控制器 (如 PLC，變 頻器，儀表等 )的型號(hào)，并設(shè)定需要從設(shè)備中讀取的變量 (如 PLC 中的寄存器 D0)。 （ 3）用戶窗口 :本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫(huà)顯示畫(huà)面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。也就是，設(shè)置所要顯示的控制界面。 （ 4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) :是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心。在本窗口內(nèi)定義不同類(lèi)型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫(huà)連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。也就是，要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里定義一些變量與所要控制的設(shè)備中的變量一一對(duì)應(yīng)，以備建立的各個(gè)用戶窗口調(diào)用。 22 （ 5）運(yùn)行策略 :本窗口主要完成工程運(yùn)行流 程的控制。包括編寫(xiě)控制程序 (腳本程序 )，選用各種功能構(gòu)件。比如，當(dāng)做的監(jiān)控界面有一段說(shuō)明文字是根據(jù) PLC的兩個(gè)輸入點(diǎn)閉合的情況分別顯示不同的內(nèi)容，這就要在運(yùn)行策略窗口做一個(gè)if....then 判斷。 MCGS 軟件的分類(lèi)：包括嵌入版組態(tài)軟件、通用版組態(tài)軟件、網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件。本設(shè)計(jì)中選用的是通用版組態(tài)軟件，通用版屬于監(jiān)控系統(tǒng)中層的組態(tài)軟件，主要完成通用工作站的數(shù)據(jù)采集和加工、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(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出等日常性監(jiān)控事務(wù)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能方便的代替大量的現(xiàn)場(chǎng)工作人員 的勞動(dòng)和完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)監(jiān)控和報(bào)警處理，隨時(shí)或定時(shí)的打印各種報(bào)表。 步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)的 監(jiān)控顯示畫(huà)面（組態(tài)圖見(jiàn)附錄 B) 、報(bào)警畫(huà)面 包括預(yù)熱段、加熱段、均熱段三段溫度的上下線報(bào)警和壓力上下線報(bào)警及報(bào)警描述。 23 溫度報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面 爐壓報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面 實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面 對(duì)加熱爐的各段爐溫以及爐膛壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。 24 溫度和爐膛壓力實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面 歷史趨勢(shì)畫(huà)面 加熱爐各段爐溫及爐膛 壓力是在運(yùn)行的當(dāng)前時(shí)刻存盤(pán)，對(duì)溫度和壓力的變化保持記憶 , 隨時(shí)可任選顯示開(kāi)始運(yùn)行后任一時(shí)間段的溫度和壓力的變化趨勢(shì)曲線。 25 溫度和爐膛壓力歷史趨勢(shì)畫(huà)面 工藝流程監(jiān)控畫(huà)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(huà)面、爐膛壓力調(diào)節(jié)及顯示畫(huà)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(huà)面等。 26 加熱爐生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視畫(huà)面 27 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖 開(kāi) 始手 動(dòng) 嗎 ？ 手 動(dòng) 方 式置 自 動(dòng) 標(biāo) 志步 進(jìn) 式 加 熱 爐溫 度 控 制爐 膛 壓 力 控 制NY結(jié) 束 步進(jìn)式加熱爐控制主程序流程圖 28 燃料與空氣比值控制系統(tǒng) 采 集 燃 料 和 空 氣 數(shù) 據(jù)燃 料 和 空 氣 配 比 是 否滿 足 條 件 ？返 回燃 料 與 空 氣 經(jīng) 噴 嘴 混合 后 燃 燒是否調(diào) 節(jié) 燃 料 與 空 氣 管 道 控 制閥 至 適 當(dāng) 位 置開(kāi) 始 燃料與空氣比值控制子程序流程圖 在步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝中 ,加熱爐的空燃比值燃燒控制是一個(gè)相當(dāng)重要的部分 ,既要保證加熱爐的各段溫度達(dá)到一定數(shù)值 ,以滿足加熱鋼坯的需要 ,又要考慮燃料的經(jīng)濟(jì)成本。所以空燃比值燃燒控制中采用雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) ,使燃燒更加完善 ,燃燒質(zhì)量大幅度提高 ,大大降低了 軋鋼的生產(chǎn)成本 ,減少了廢氣污染 ,為生產(chǎn)高效奠定了可靠的基礎(chǔ)。 溫度控制系統(tǒng) 29 開(kāi) 始采 集 溫 度 信 號(hào) 燃 燒 控 制返 回采 集 到 的 溫 度 信 號(hào) 與設(shè) 定 值 是 否 相 等 ？燃 料 空 氣 單 交 叉調(diào) 整是否 溫度控制系統(tǒng)子程序流程圖 溫度控制是自動(dòng)控制經(jīng)常討論的課題之一，它代表了一類(lèi)自動(dòng)控制的方法。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。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，所以溫度控制帶來(lái)的時(shí)滯效應(yīng) 難題始終困擾著實(shí)際應(yīng)用，使得它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。目前，仍有相當(dāng)部分工業(yè)、企業(yè)在步進(jìn)式加熱爐加熱鋼坯過(guò)程中存在著控制精度不高，爐內(nèi)各段溫度均勻性差等問(wèn)題，達(dá)不到工藝要求，造成裝備運(yùn)行成本費(fèi)用高，產(chǎn)品品質(zhì)低下，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，急需進(jìn)行技術(shù)改造。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，溫度控制技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，其應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷的擴(kuò)大。 步進(jìn)式加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是個(gè)傳統(tǒng)的課題，溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)、科研活動(dòng)中是個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，能否將溫度控制在所需要的范圍內(nèi)關(guān)系到整個(gè)步進(jìn)式加熱爐系統(tǒng)的成敗。由于控制對(duì)象不同，所控 制的精度有所不同，為了達(dá)到所需要的精度，所以在本設(shè)計(jì)采用基于西門(mén)子的可編程控制器與集散控制系統(tǒng)來(lái)控制爐膛內(nèi)的各段溫度。其中步進(jìn)式加熱爐為三段式加熱爐，預(yù)熱段溫度為 30 750℃～ 1100℃，加熱段的溫度為 1250℃～ 1300℃，均熱段的溫度為 1150℃～1250℃。各加熱段內(nèi)置熱電偶用于檢測(cè)溫度 ,各段溫度控制器采用可編程控制器，熱電偶檢測(cè)的溫度與設(shè)定值比較，經(jīng) PLC 計(jì)算后輸出 4～ 20mA 控制信號(hào)給執(zhí)行器調(diào)節(jié)爐溫。 PLC 再將采集到的溫度數(shù)據(jù)送到組態(tài)系統(tǒng)中，對(duì)加熱爐內(nèi)的三段溫度進(jìn)行顯示及 報(bào)警輸出。 爐膛 壓力控制系統(tǒng) 開(kāi) 始判 斷 爐 膛 壓 力 是 否等 于 設(shè) 定 值 ？返 回調(diào) 整 煙 道 百 葉 窗 至 適 當(dāng)位 置是否采 集 爐 膛 壓 力 信 號(hào) 爐膛壓力控制系統(tǒng)子程序流程圖 為防止冷風(fēng)倒灌和火焰從爐內(nèi)噴出，加熱爐內(nèi)應(yīng)保持微正壓。調(diào)節(jié)器根據(jù)安裝在均熱段側(cè)壁上的變送器測(cè)量的壓力變化去控制煙道百葉窗的開(kāi)度，以保證爐內(nèi)維持微正壓。爐壓控制器設(shè)自動(dòng) (A)和手動(dòng) (M)兩種模式。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。當(dāng)爐壓變送器處于故障狀態(tài)時(shí)，爐壓控制器被強(qiáng)制為手動(dòng)狀態(tài)，煙道百葉 窗維持原來(lái)的開(kāi)度。 爐膛壓力要保持在一定范圍內(nèi) ,過(guò)高會(huì)使?fàn)t門(mén)噴火損傷爐體及設(shè)備 ,過(guò)低則影響燃燒質(zhì)量和效果 31 附錄 A 源程序 32 33 34 35 36 37 38 39 附錄 B 組態(tài)圖 40 八、 設(shè)計(jì)總結(jié) 在本次課程設(shè)計(jì)中通過(guò)查閱大量的資料，使我的知識(shí)得以擴(kuò)充，加深了對(duì)本專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)，這次課程設(shè)計(jì)通過(guò)老師的指導(dǎo)，同學(xué)的討論，以及自己的努力，我圓滿的完成了任務(wù)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。我學(xué)會(huì)了過(guò)程控制設(shè)計(jì)的基本方法，對(duì)系統(tǒng)的整體分析。真正感受到所學(xué)知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使 我明白到有些東西看上去非常簡(jiǎn)單，當(dāng)自己置身其中去做時(shí)，并不容易了。在課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，我也發(fā)現(xiàn)了自己所應(yīng)該改進(jìn)或是較為缺乏的部分，其一是分析問(wèn)題的能力：可能是自己學(xué)習(xí)的不夠扎實(shí)，實(shí)習(xí)中碰到了不少釘子，遇到問(wèn)題時(shí)頭腦很茫然；二是解決問(wèn)題的成熟度：這也許是個(gè)性使然，再加上缺少經(jīng)驗(yàn)的累積和歷練，所以在處理設(shè)計(jì)中的問(wèn)題時(shí)，容易慌慌張張。這次設(shè)計(jì)也讓我再次體會(huì)到書(shū)本上學(xué)習(xí)到的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用起來(lái)是兩個(gè)完全不同的概念，所以在現(xiàn)階段的學(xué)習(xí)中，我們主要是應(yīng)該去學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，學(xué)習(xí)掌握分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在以后 的工作中，把理論和實(shí)際相結(jié)合，努力實(shí)現(xiàn)大學(xué)所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)。對(duì)于我以后學(xué)習(xí)、找工作也真是受益菲淺。我感性回到理性的重新認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步對(duì)社會(huì)的認(rèn)知，對(duì)于以后工作所應(yīng)把握的方向也有所啟發(fā)！