【正文】 Max 分布式 I/O 用于加熱爐電氣、儀表控制系統(tǒng)。 與Versa Max 分布式 I/O 站之間，通過 9070 系列智能 I/O 總線控制器（GBC）與 Versa Max Genius 接口單元（NIU）的 Genius 總線通訊；Versa Max 分布式 I/O 站之間，均采用 Versa Max Genius 接口單元（NIU） 的 Genius 總線通訊；儀表、電氣的 控制器均通過以太網(wǎng)與 GE 的交換機連接，并通過交換i7RXPACSystemTM機與 HMI 的服務(wù)器連接，從而構(gòu)成儀表、電氣一體化控制系統(tǒng)。I/O 量考慮 15%備用量，每臺 PLC 中每種 I/O 點至少備用 1 點，重要的輸出點采用隔離方式。CPU 負荷率60%，采用 EPROM 存儲卡。PLC 裝置設(shè)主站和遠程 I/O 站，主站內(nèi)配置 CPU 模塊，通信模塊和 I/O 接口模塊，遠程站內(nèi)配置通信模塊，遠程 I/O 接口模塊，主站和遠程 I/O 站之間采用 profibus 現(xiàn)場總線通信，如通信距離大于 150m 則采用光纜。為此整個 L1（基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)）設(shè) 11 套 PLC 控制系統(tǒng)： PLC01： 1 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC02： 1 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)監(jiān)控。 PLC03： 2 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC04： 2 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)監(jiān)控。 PLC05： 3 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC06： 3 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)監(jiān)控。 PLC07： 4 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC08： 4 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)監(jiān)控。 PLC09：爐區(qū)輥道控制、核對輥道稱重裝置控制。 PLC010：板坯庫輥道控制。 PLC011：爐區(qū)公輔設(shè)施，包括 1～4 號爐的助燃風(fēng)機及閥門、給水除氧泵站、板坯稱液壓站。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書共 43 頁 第 11 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊加熱爐電控 PLC 系統(tǒng)主要控制裝鋼機、出鋼機、裝料爐門、出料爐門、步進梁、液壓站等設(shè)備的各種信號、數(shù)據(jù)的采集，輸入輸出信號的變換、處理、顯示聯(lián)鎖報警、邏輯控制等功能。集中水泵站 PLC 系統(tǒng)主要完成對集中水泵站、液壓站、風(fēng)機的監(jiān)視和控制。輥道 PLC 主要完成對爐前輥道、爐后輥道的設(shè)備控制。設(shè)置 2 臺編程器，用于 L1 系統(tǒng)組態(tài)、程序編制、系統(tǒng)維護等。 操作站及遠程 I/O 操作站采用服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)，服務(wù)器和客戶端之間采用 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)連接?？蛻舳俗鳛椴僮髡尽ＴO(shè)置 2 臺加熱爐區(qū) HMI 服務(wù)器，安裝在基礎(chǔ)自動化室內(nèi)。基礎(chǔ)自動化室設(shè)置 2 臺工程師站。入爐操作室設(shè)置 2 套 HMI 操作站。加熱爐操作室設(shè) 9 套 HMI 操作站，分別對 1～4 號加熱爐的儀表電氣進行集中監(jiān)控和操作（每臺操作站均可對 1～4 號加熱爐儀表、電氣進行操作） ；1～4 號加熱爐基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)（L1 級）的操作站和服務(wù)器，以及二級計算機（L2 級）均建立在同一個以太網(wǎng)上，共同構(gòu)成三電自動化控制系統(tǒng)。基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)（L1 級）與二級計算機（L2 級）通過以太網(wǎng)進行通訊。除必須直接送 PLC 的信號除外，高溫環(huán)境的現(xiàn)場檢測和控制信號通過設(shè)置在現(xiàn)場的遠程 I/O 送控制室的各 PLC，現(xiàn)場儀表設(shè)備的檢測和控制信號通過設(shè)置在現(xiàn)場的遠程 I/O 送控制室的各 PLC。PLC主站均設(shè)置在加熱爐出口側(cè)控制室內(nèi)。遠程 I/O 選用 Versa MAX，遠程 I/O 站的設(shè)置地點有：加熱爐電氣室、加熱爐操作室、板坯庫管理室、爐體平臺、爐底液壓站、爐底、熱水循環(huán)泵站、排煙風(fēng)機室、現(xiàn)場裝爐側(cè)、現(xiàn)場爐后側(cè)、現(xiàn)場上料側(cè)、現(xiàn)場卸料側(cè)、稱重液壓站、給水除氧泵站、助燃風(fēng)機房。操作站的主要功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、參數(shù)設(shè)定、板坯跟蹤顯示、運轉(zhuǎn)監(jiān)控（包括含運轉(zhuǎn)準備） 、設(shè)備模擬顯示、事件記錄、輔助設(shè)備操作。 軟件開發(fā)平臺 PLC 的開發(fā)工具為 GE 公司的 ME 軟件，工程師站和 i7RXPACSystemTMHMI 操作系統(tǒng)為 Windows XP。HMI 數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)采用 Windows Server2022，開發(fā)軟件為 Wonder ware 公司的 In touch。Wonder ware 公司成立于 1987 年，是在制造運營系統(tǒng)率先推出 Microsoft Windows 平臺的人機界面(HMI) 自動化軟件的先鋒。世界第一家推出組態(tài)軟件的公司。In Touch HMI 軟件用于視化和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。它為工程師提供了一種易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，使工程師能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應(yīng)用。In Touch 軟件是一個開放的、可擴展的人機界面，為定制應(yīng)用程序設(shè)計提供了靈活性，同時為工業(yè)中的各種自動化設(shè)備提供了連接能力。In Touch 包含三個主要程序，它們分別是“In Touch 應(yīng)用程序管理器、 ”Window Maker 以及 Window Viewer。 “In Touch 應(yīng)用程序管理器”用于組織管理創(chuàng)建的應(yīng)用程序。它也可以用于將 Window Viewer 配置成服務(wù)、為基于客戶端和基于服務(wù)器的架構(gòu)配置“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)”(NAD)，以安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書共 43 頁 第 12 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊及配置“動態(tài)分辨率轉(zhuǎn)換”(DRC)。DB Dump 與 DB Load 數(shù)據(jù)庫實用程序也從“應(yīng)用程序管理器”啟動。Window Maker 是一種開發(fā)環(huán)境，在其中可以使用面向?qū)ο蟮膱D形來創(chuàng)建富于動感的觸控式顯示窗口。這些顯示口可以連接到工業(yè) I/O 系統(tǒng)以及其它的 Microsoft Windows 應(yīng)用程序。Window Viewer 則是一種運行時環(huán)境，用于顯示在 Window Maker 中創(chuàng)建的圖形窗口。Window Viewer 可以執(zhí)行 In Touch Quick Script、執(zhí)行歷史數(shù)據(jù)記錄與報告、處理報警記錄與報告，并同時可以充當 DDE 與 Suite Link；通訊協(xié)議的客戶端和服務(wù)器。 Wonder ware In Touch 和其它人機界面軟件相比，主要特點是： ①經(jīng)過了完備的測試和運行考驗。目前世界上有數(shù)十萬套的 In Touch 系統(tǒng)在運行，因而該軟件的可靠性和穩(wěn)定性是非常高的。 ②最大限度的開放性。In Touch 的運行環(huán)境是 Win98/95/NT，基本的通訊格式包括“快速 DDE”和 Suite Link。其中, 快速 DDE 兼容微軟的 DDE，因此許多Win95/98/NT 下運行的軟件都可以與 In Touch 直接通訊。為了與其他設(shè)備通訊，In Touch 提供了廣泛的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換接口——I/O Server，能方便地連接到各種控制設(shè)備，包括：Siemens、Modi con 等。甚至，也可以利用第三方 Server。In Touch 還提供了一個工具軟件，幫助編寫通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件。 ③它具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過傳統(tǒng)的 DDE 和擴展的 Net DDE 的方式，可與本機和其它計算機中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)據(jù)。另外，它支持標準的 ActiveX 技術(shù)，使得用戶可以輕松地為自己的應(yīng)用程序開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)多媒體功能。 ④數(shù)據(jù)庫功能。In Touch 除了自身帶有數(shù)據(jù)庫以外，還支持 SQL 語言，可以方便地與其他數(shù)據(jù)庫連接。同時，它支持通過 ODBC 訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。 L2 級計算機系統(tǒng) 硬件配置L2 級過程計算機系統(tǒng)由一臺工程師開發(fā)工作站、兩臺 PC 服務(wù)器（作為計算機過程控制系統(tǒng)主機，主要完成加熱爐的材料跟蹤、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)通訊、班管理、自動燃燒控制計算、報表打印等功能。 ） 、操作員客戶機和網(wǎng)絡(luò)打印機組成。在計算機室中放置 L2 開發(fā)工作站用于 L2 系統(tǒng)的開發(fā)和維護，工藝技術(shù)人員可以對模型進行維護和檢驗。操作員終端主要用于生產(chǎn)控制和板坯的跟蹤管理。L2 級計算機通過采用基于快速工業(yè)以太網(wǎng)及 TCP/IP 協(xié)議的 SOCKET 與其它 L2/L3 計算機之間進行數(shù)據(jù)通訊；客戶機與 HMI 服務(wù)器之間、L1 級 PLC 與 L2 計算機之間、L2 級與 HMI 服務(wù)器之間均采用交換式快速工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。HMI 是與 L1 共用。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書共 43 頁 第 13 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺全部軟件運行于 WINDOW 操作系統(tǒng)下。服務(wù)器端應(yīng)用軟件的開發(fā)工具采用Microsoft Visual ，數(shù)據(jù)存儲采用 Oracle 數(shù)據(jù)庫。HMI 數(shù)據(jù)服務(wù)器及 HMI 操作終端的開發(fā)軟件為 Wonder ware 軟件。 加熱爐溫度控制系統(tǒng) 系統(tǒng)工作原理 加熱爐 溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖 所示，它由 PLC 主控系統(tǒng)、固態(tài)繼電器、加熱爐、溫度傳感器等 4 個部分組成。圖 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本組成加熱爐 溫度控制實現(xiàn)過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，PLC 主控系統(tǒng)內(nèi)部的 A/D 將送進來的電壓信號轉(zhuǎn)化為西門子 S7300PLC 可識別的數(shù)字量，然后 PLC 將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來的溫度值進行比較并經(jīng)過 PID 運算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端一個控制信號控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。既加熱爐 溫度控制得到實現(xiàn)。其中 PLC 主控系統(tǒng)為加熱爐 溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。 PID 控制器基本概念PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量來進行控制。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時、控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合采用 PID 控制技術(shù)。（1）比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error） 。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書共 43 頁 第 14 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（2）積分（I）控制在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error） 。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項” 。積分項對誤差的運算取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，采用比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。（3）微分（D）控制在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大的慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項” ，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點控制系統(tǒng)一般包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)(Openloop Control System)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響，在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控制量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)(Closed