【正文】 5采集值的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果,然后將其累加,當(dāng)采集次數(shù)達(dá)到預(yù)置的采集次數(shù)時(shí),將累加值除以采集次數(shù)得到平均值,然后將這個(gè)平均值作為本次采集的最終結(jié)果送回主程序。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用的是MCGS組態(tài)軟件，MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件公司開(kāi)發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)，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)。MCGS能夠完成現(xiàn)場(chǎng)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(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境是生成應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫(xiě)控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作。運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行各種處理，完成組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。也就是，在組態(tài)環(huán)境中你可以根據(jù)你最終要達(dá)到的控制要求去設(shè)計(jì)，運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行你設(shè)計(jì)好的組態(tài)工程。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、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(chēng)，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(chēng)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(chēng)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。（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)面如下：、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。圖41 溫度報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面圖42 爐壓報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示畫(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。圖43 溫度和爐膛壓力實(shí)時(shí)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。圖44 溫度和爐膛壓力歷史趨勢(shì)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。圖45 加熱爐生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視畫(huà)面 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖圖46 步進(jìn)式加熱爐控制主程序流程圖 燃料與空氣比值控制系統(tǒng)圖47 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)圖48 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)圖49 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。 程序編制系統(tǒng)下位機(jī)采用STEP7Micro/ 。STEP7Micro/ ,可使用多種編程語(yǔ)言:(1)梯形圖(LAD)；(2)功能塊圖(FBD)；(3)語(yǔ)句表(STL)。它具有以下特點(diǎn):(1)有很多通用的控制模塊,包括系統(tǒng)本身控制、處理數(shù)據(jù)通信、傳統(tǒng)的設(shè)備控制等幾類(lèi),這些模塊使得編程簡(jiǎn)單易懂且效率高；(2)對(duì)自動(dòng)化工程各方面具有良好的用戶功能，如硬件的配置、參數(shù)設(shè)置、通訊的定義、診斷功能等；(3)可以方便地定義經(jīng)MPI、Profibus連接的自動(dòng)化組件之間的周期性數(shù)據(jù)傳送；(4)能快速瀏覽CPU數(shù)據(jù)和用戶所寫(xiě)程序在運(yùn)行中的故障原因[1]。電氣控制主要完成對(duì)輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯運(yùn)算,然后發(fā)出邏輯控制指令,指揮繼電器的通斷,再去控制交流接觸器等電氣設(shè)備。程序編制就是一些典型的控制環(huán)節(jié)的組合:(1)“與”關(guān)系控制；(2)“或”關(guān)系控制；(3)互鎖控制；(4)自鎖控制。根據(jù)前面介紹的系統(tǒng)功能流程圖,利用這些基本的環(huán)節(jié),就可以對(duì)加熱爐控制系統(tǒng)進(jìn)行描述。 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分為兩大步驟,一是系統(tǒng)軟件調(diào)試；二是系統(tǒng)硬件調(diào)試。 系統(tǒng)軟件調(diào)試系統(tǒng)軟件調(diào)試是在PC機(jī)上進(jìn)行,我們將PLC控制程序輸入PC機(jī)后,根據(jù)運(yùn)行要求,設(shè)定若干數(shù)字開(kāi)關(guān)量、模擬量,對(duì)系統(tǒng)的每一個(gè)功能進(jìn)行測(cè)試并在此基礎(chǔ)上不斷完善程序以達(dá)到系統(tǒng)要求。 系統(tǒng)硬件調(diào)試相應(yīng)的系統(tǒng)硬件也是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行,用一個(gè)設(shè)備來(lái)模擬控制對(duì)象。首先檢查設(shè)備的各個(gè)單元是否合乎要求,其次將軟件和硬件結(jié)合起來(lái)進(jìn)行測(cè)試，并不斷完善PLC軟硬件的配置以達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。第五章 總結(jié)步進(jìn)式加熱爐是近年來(lái)加熱爐設(shè)計(jì)中一種熱門(mén)的新型爐子，其自動(dòng)控制水平的高低對(duì)鋼坯的出鋼溫度、加熱爐設(shè)備的壽命、加熱爐的能耗等因素都有直接的決定作用。為了提高鋼坯的質(zhì)量，保證軋鋼生產(chǎn)能夠安全進(jìn)行，本文結(jié)合軋鋼生產(chǎn)狀況，根據(jù)生產(chǎn)工藝，分析了影響軋鋼生產(chǎn)的各個(gè)因素，設(shè)計(jì)了鋼坯加熱過(guò)程中爐膛溫度控制系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)。在深入分析了PLC和DCS技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)采用西門(mén)子PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 下位機(jī)采用的是PLC控制，用STEP 7Micro/WIN進(jìn)行程序的編制與調(diào)試，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用的是MCGS組態(tài)軟件，完成了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。工業(yè)控制采用PLC與DCS控制, 顯示了突出的優(yōu)越性, 因它可以對(duì)用戶提出生產(chǎn)控制要求和意見(jiàn), 能方便地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行程序修改和調(diào)試, 并能通過(guò)畫(huà)面直接顯示當(dāng)前的運(yùn)行狀況，使系統(tǒng)的靈活性大大增強(qiáng)。內(nèi)部的軟繼電器使系統(tǒng)在控制中能?chē)?yán)格地起到互鎖作用, 增加了系統(tǒng)的可靠性, 簡(jiǎn)化設(shè)備, 維修方便。本文針對(duì)步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝和控制要求設(shè)計(jì)了加熱爐控制系統(tǒng)，不僅使我們加深了對(duì)PLC、DCS等一系列控制方法的了解和實(shí)際運(yùn)用，而且從實(shí)際運(yùn)行的效果來(lái)看，總體方案設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，出鋼溫度符合要求，能源消耗降低，各方面均達(dá)到控制要求。它是一個(gè)可行的、高效率的系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)充分考慮了大中型企業(yè)的現(xiàn)狀和控制要求,可以應(yīng)用于大量類(lèi)似的工況環(huán)境和場(chǎng)合。由于PLC和DCS構(gòu)建的控制系統(tǒng)可靠、靈活、具有較強(qiáng)適應(yīng)性,它在類(lèi)似的控制系統(tǒng)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的生命力。 參考文獻(xiàn)1. 周沛，何為，[J]，重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008年10月第5期2. 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[M],北京：化學(xué)工業(yè)出版社，附錄A 源程序 附錄B 組態(tài)圖致 謝本設(shè)計(jì)能順利完成，首先真誠(chéng)感謝我的指導(dǎo)老師楊立清副教授和實(shí)驗(yàn)室的所有老師以及自始至終關(guān)心我的親人、同學(xué)們。通過(guò)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，拓展了自己的知識(shí)面，鞏固了所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高了獨(dú)立思考和獨(dú)立工作的能力。在我的學(xué)業(yè)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究中無(wú)不傾注著心血和辛勞。我也從指導(dǎo)老師身上學(xué)到了許多可貴的東西，包括認(rèn)真的求學(xué)精神、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、踏實(shí)的工作作風(fēng)、對(duì)科學(xué)孜孜不倦的追求以及無(wú)私的奉獻(xiàn)精神等等，這將使我在今后的學(xué)習(xí)、工作、生活中受益匪淺。在此特向我的指導(dǎo)老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意，感謝指導(dǎo)老師對(duì)我的培養(yǎng)、關(guān)懷和教導(dǎo)。衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師! 并祝愿所有老師身體健康，工作順利！再一次衷心感謝所有幫助和關(guān)心我的人們!