【正文】 決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)” ，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(fù)值，從而避免被控量的嚴(yán)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(diǎn)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)(Closedloop Control System)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出,形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負(fù)反饋( Negative Feedback)；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)?？梢姡]環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。PID 就是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器。如圖 所示系統(tǒng)是用于電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的 PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定值為期望的加熱爐溫度，閉環(huán)控制器的反饋值通過溫度傳感器測得，并經(jīng) A/D 變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；目標(biāo)設(shè)定值與溫度傳感器的反饋信號相減，其差送入 PID 控制器，經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算，得到疊加的一個數(shù)字量；該數(shù)字量經(jīng)過上限、下限限位處理后進(jìn)行 D/A 變換，輸出一個電壓信號去控制固態(tài)繼電器，以控制加熱爐的溫度。該系統(tǒng)的 PID 控制器一般采用 PLC 提供的專用模塊（本系統(tǒng)采用 FB58 模塊） ，也可以采用編程的方法（如PLC 編程、高級語言編程或組態(tài)軟件編程等）生成一個數(shù)字 PID 控制器。同時，其它功能如 A/D、D/A 都由 PLC 實(shí)現(xiàn)，加熱爐的反饋信號直接送 PLC 采集，控制固態(tài)繼共 43 頁 第 15 頁電器的電壓信號也由 PLC 送出，從而控制加熱爐的溫度。 圖 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 PLC 的基本概念可編程序控制器簡稱為 PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC 在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。這里我們主要介紹的是西門子 S7300，S7300 屬于模塊式 PLC。西門子的 PLC以其極高的性價比，在國內(nèi)占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7300 模塊式 PLC，主要由機(jī)架、CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。通過 CPU 模塊或通信模塊上的通信接口，PLC 被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機(jī)、其它 PLC或其它設(shè)備通信。圖 是 PLC 控制系統(tǒng)的示意圖。CPU 模塊：CPU 模塊主要由微處理器和存儲器組成，S7300 將 CPU 模塊簡稱為CPU。在 PLC 控制系統(tǒng)中，CPU 模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。圖 PLC 控制系統(tǒng)示意圖共 43 頁 第 16 頁信號模塊：輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊一般簡稱為 I/O 模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊簡稱為 DI 模塊和 DO 模塊，模擬量輸入/輸出模塊簡稱為 AI 模塊和 AO 模塊，在 S7300 中統(tǒng)稱為信號模塊。信號模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和 CPU 模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離 PLC 的內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。功能模塊：為了增強(qiáng) PLC 的功能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)，PLC 廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。主要用于完成某些對實(shí)時性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。接口模塊：CPU 模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴(kuò)展機(jī)架。接口模塊用來實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)架供電。通信處理器：通信處理器用于 PLC 之間、PLC 與遠(yuǎn)程 I/O 之間、PLC 與計算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接入 MPI、PROFIBUSDP、ASi 和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點(diǎn)對點(diǎn)通信。電源模塊：PLC 一般使用 AC 220V 電源或 DC 24V 電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為 DC 24V 和背板總線上的 DC 5V 電壓，供其他模塊使用。編程設(shè)備：S7300 使用安裝了編程軟件 STEP7 的個人計算機(jī)作為編程設(shè)備，在計算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖共 43 頁 第 17 頁由圖 可知，溫度傳感器采集到數(shù)據(jù)后送給 S7300PLC，S7300PLC 通過運(yùn)算后給固態(tài)繼電器一個控制信號從而控制加熱爐的導(dǎo)通與否。上位機(jī)是編寫 PLC 程序以及監(jiān)控溫度的變化。S 7 3 0 0C P U 3 1 4+S M 3 2 3I 0 . 1I 0 . 0I 2 . 1I 2 . 2I 2 . 3I 2 . 41 LQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3熱 電 偶 調(diào) 節(jié)R S O電 源MMM LK M 1K M 2K M 3K M 4K M 5圖 電氣控制接線圖 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了本自動化控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，首先介紹了基礎(chǔ)自動化（L1 級）系統(tǒng)的主機(jī)及 PLC、操作站及遠(yuǎn)程 I/O 和軟件開發(fā)平臺。其次簡單介紹了過程自動化系統(tǒng)（L2 級）的硬件配置和計算機(jī)系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。共 43 頁 第 18 頁第 4 章 爐區(qū)電氣控制設(shè)計本控制系統(tǒng)的目的是在完全自動的條件下，板坯能夠在整個系統(tǒng)中順利地通過所有工藝方面的要求（如稱重、測長、定位跟蹤、加熱等） ，且能夠根據(jù)軋線的要坯指令及時地送料。因此各設(shè)備的控制既是獨(dú)立的，又是緊密相關(guān)的。本章將根據(jù)板坯的行進(jìn)順序，詳細(xì)地介紹各部分的控制設(shè)計方案。 加熱爐電控的操作方式 加熱爐電控的操作方式有： 自動方式：簡稱 ACC 模式。由 L2 計算機(jī)進(jìn)行設(shè)定，PLC 根據(jù)設(shè)定的命令進(jìn)行自動控制。這是一種正常的控制方式。 半自動方式：簡稱 OPE 模式。部分單體設(shè)備自動地完成其自身的工作順序、設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系，運(yùn)行的啟動指令由人工給定，其控制通過基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)完成。 手動方式：簡稱 MAN 模式。由人工設(shè)定 PLC 的控制基準(zhǔn)進(jìn)行控制或采用硬手動進(jìn)行控制，這種控制方式一般用于維修或設(shè)備故障時進(jìn)行操作。 標(biāo)定方式：在對控制回路的零點(diǎn)位置進(jìn)行校正時或在設(shè)備檢修完畢對控制回路進(jìn)行測試時采用這種控制方式。 在正常生產(chǎn)時采用“自動方式”進(jìn)行生產(chǎn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，采用手動方式進(jìn)行操作，即正常生產(chǎn)時，必須 L1/L2 全部投入運(yùn)行，不采用 L1 單獨(dú)運(yùn)行進(jìn)行生產(chǎn)。 板坯庫的電氣控制 板坯庫輥道操作原則同加熱爐輥道。板坯庫中，A 線輥道為上料輥道，負(fù)責(zé)從庫內(nèi)和 G 線輥道上料至加熱爐。H 線輥道為卸料輥道，主要用來收料和轉(zhuǎn)庫，D 線為連接輥道，G 線為連鑄運(yùn)輸輥道。 板坯信息由上至下分別為：1 級跟蹤的板坯號、向 SYC 發(fā)送的板坯號、板坯長度、板坯去向。 根據(jù)操作箱的設(shè)置，A1～A2 輥道、AD 輥道，AZ 轉(zhuǎn)盤、D1～D3 輥道在 A 線 AOC1 操作箱上操作，合用一個自動命令，A3～A9 輥道在 A 線 AOC2 操作箱上操作，H1～H10 輥道、HZ 轉(zhuǎn)盤在 H 線操作箱上操作。操作箱上的就地、遠(yuǎn)程狀態(tài)會和輥道手/自動裝臺在右側(cè)綠色方框內(nèi)顯示。點(diǎn)擊 “輥道模式選擇”按鈕會彈出“輥道模式選擇（板坯庫） ”畫面，可以選擇輥道手/自動模式。 吊車上料時，先鎖定目標(biāo)輥道，自動添加板坯映像。待吊車卸下板坯離開輥道上方區(qū)域后解鎖該輥道，板坯自動高速向 A9 輥道運(yùn)行。進(jìn)入 A8 輥道后，A8 輥共 43 頁 第 19 頁道低速運(yùn)行準(zhǔn)備測長，待 AA9 之間檢測器檢測到有坯后測長開始，板坯完全進(jìn)入 A9 后測長完成，A9 輥道根據(jù)所測定的長度將板坯定位到稱重裝置中心，輥道停止后稱重裝置上升至稱重位，讀取 3 次重量數(shù)據(jù)后下降回原位，之后向二級計算機(jī)發(fā)送稱重完成信息，等待二級計算機(jī)分配板坯去向。 A9 輥道定位完成時，旁邊的“定位”按鈕會顯示綠色。如果板坯長時間不能完成定位，將會顯示“超時”并閃爍紅色，此時需操作員人工確認(rèn)定位情況。若板坯位置滿足稱重條件，點(diǎn)擊“超時”按鈕即可手動確認(rèn)定位，繼續(xù)進(jìn)行下一步稱重動作。若板坯位置不合理，須在手動狀態(tài)下調(diào)整 A9 板坯位置，再切換至自動點(diǎn)擊“完成”按鈕手動確認(rèn)定位。遇到板坯翹曲無法上料的情況，操作員若用后面的板坯頂走前面的板坯，會引起輥道上跟蹤錯誤。必須手動調(diào)整輥道上板坯位置，把連在一起的板坯分到各組輥道上才能自動上料。如果 SYC 下發(fā)了板坯信息，還需要手動恢復(fù)板坯信息。GG2 輥道為連鑄輸送輥道。連鑄請求送料時， “連鑄請求送坯”指示燈變綠。如果 G1 輥道為空且無故障，G1 輥道會低速正轉(zhuǎn)，同時“板坯庫允許送坯”指示燈閃爍綠色。板坯進(jìn)入 G1 輥道時優(yōu)先送至 G2 輥道定位。板坯進(jìn)入輥道時進(jìn)行測長，根據(jù)測定長度在 G 輥道上來定位，完成后向小吊車發(fā)送定位完成信號。如遇到板坯無法定位或需要手動調(diào)整定位，可通過點(diǎn)擊“完成”按鈕人工發(fā)送定位完成信號。 GG2 輥道測長數(shù)據(jù)兩側(cè)的黑框內(nèi)顯示板坯去向。去向 AHHHHH10 輥道分別對應(yīng)數(shù)字 111120?？騼?nèi)填寫這些數(shù)字，板坯去向即定為相應(yīng)的輥道。填寫 0 則是不分配板坯去向，小吊車吊至 AA2 輥道后將由 SYC 分配板坯去向。小吊車由 A 線操作臺操作。自動運(yùn)行時需要將操作臺上“操作方式”選為“自動”并按亮“小吊車自動 On”按鈕。需要停止小吊車工作，將“操作方式”選為“手動” 。平時小吊車等待在 G 輥道上方并向 G 輥道發(fā)送吊運(yùn)請求，此時畫面上“小吊車取料”閃爍不可見。若 G 輥道定位完成，小吊車發(fā)送 G 輥道鎖定請求， “小吊車取料”顯示綠色。待板坯吊離后 G 輥道鎖定請求取消，同時 G 輥道上板坯映像自動刪除。 小吊車向 A 輥道卸料時，先發(fā)送輥道鎖定信號， “小吊車放料”顯示綠色，待板坯放在 A 輥道上取消鎖定信號，自動添加板坯映像到 A 輥道上，并將 G 輥道上相應(yīng)的長度和去向信息拷貝到 A 輥道。如果需要禁止某一吊車運(yùn)行，將畫面上相應(yīng)的“G1 吊運(yùn)”或“G2 吊運(yùn)”選為“禁止”即可。自 G 輥道入庫的板坯送到 H 線輥道后會根據(jù)目的自動定位到吊運(yùn)點(diǎn)上等待入庫。 裝爐側(cè)電氣控制裝爐側(cè)的主要功能是將板坯送入加熱爐，在這個過程中需要對板坯進(jìn)行長度方向的質(zhì)量、長度和溫度測量。L1 將把實(shí)際測量得到的重量、長度和溫度信息傳遞給 L2 級計算機(jī)進(jìn)行定位與跟蹤。共 43 頁 第 20 頁 上料控制 板坯從連鑄到達(dá)輥道 G1 或 G2 后，接收 L3 核對板坯后的板坯去向指令，開始板坯的跟蹤。根據(jù) L3 的板坯去向指令，如果不是直接裝爐，則將板坯定位于指定的卸料輥道，到達(dá)卸料輥道后通知 L3 將板坯吊走。根據(jù) L3 的板坯去向指令，如果直接裝爐，則將板坯送至爐前核對輥道，在板坯進(jìn)行爐前核對后送至加熱爐前。板坯由上料輥道上料，且需要裝爐時，將板坯送至爐前核對輥道，在板坯進(jìn)行爐前核對后板坯送至加熱爐前。圖 數(shù)據(jù)正反向傳送的規(guī)則 L3 決定軋制計劃后，產(chǎn)生裝入順序，在計劃開始執(zhí)行前一段時間將 PDI 數(shù)據(jù)共