【正文】 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）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(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。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)(Closedloop Control System)的特點是系統(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)有正反饋和負反饋,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負反饋( Negative Feedback)；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。可見，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。PID 就是應用最廣泛的閉環(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)目標設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 A/D 變換轉換為數(shù)字量；目標設定值與溫度傳感器的反饋信號相減，其差送入 PID 控制器，經比例、積分、微分運算，得到疊加的一個數(shù)字量；該數(shù)字量經過上限、下限限位處理后進行 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)應用實例 PLC 的基本概念可編程序控制器簡稱為 PLC，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC 已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC 在其它領域，例如在民用和家庭自動化設備中的應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)得到了廣泛的應用。S7300 模塊式 PLC，主要由機架、CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備組成，各種模塊安裝的機架上。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)絡上，可以與計算機、其它 PLC或其它設備通信。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，開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數(shù)字撥碼開關、限位開關、接近開關等來的開關量輸入信號；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備，模擬量輸出模塊用來控制電動調節(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 的內部電路和外部的輸入、輸出電路。功能模塊：為了增強 PLC 的功能，擴大應用領域，減輕 CPU 的負擔，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時性和存儲容量要求很高的控制任務。接口模塊：CPU 模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納全部模塊，可以增設一個或多個擴展機架。接口模塊用來實現(xiàn)中央機架和擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電。通信處理器：通信處理器用于 PLC 之間、PLC 與遠程 I/O 之間、PLC 與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將 PLC 接入 MPI、PROFIBUSDP、ASi 和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點對點通信。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。編程設備：S7300 使用安裝了編程軟件 STEP7 的個人計算機作為編程設備，在計算機屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉換。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。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)遠程編程。編程軟件還具有對網(wǎng)絡和硬件組態(tài)、參數(shù)設置、監(jiān)控和故障診斷等功能。本系統(tǒng)的結構框圖如圖 所示。圖 系統(tǒng)結構框圖共 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 通過運算后給固態(tài)繼電器一個控制信號從而控制加熱爐的導通與否。上位機是編寫 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 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 本章小結本章詳細介紹了本自動化控制系統(tǒng)的總體結構，首先介紹了基礎自動化（L1 級）系統(tǒng)的主機及 PLC、操作站及遠程 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。因此各設備的控制既是獨立的，又是緊密相關的。本章將根據(jù)板坯的行進順序，詳細地介紹各部分的控制設計方案。 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 計算機進行設定，PLC 根據(jù)設定的命令進行自動控制。這是一種正常的控制方式。 半自動方式：簡稱 OPE 模式。部分單體設備自動地完成其自身的工作順序、設備之間的聯(lián)鎖關系，運行的啟動指令由人工給定，其控制通過基礎自動化系統(tǒng)完成。 手動方式：簡稱 MAN 模式。由人工設定 PLC 的控制基準進行控制或采用硬手動進行控制，這種控制方式一般用于維修或設備故障時進行操作。 標定方式：在對控制回路的零點位置進行校正時或在設備檢修完畢對控制回路進行測試時采用這種控制方式。 在正常生產時采用“自動方式”進行生產。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，采用手動方式進行操作，即正常生產時，必須 L1/L2 全部投入運行，不采用 L1 單獨運行進行生產。 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，負責從庫內和 G 線輥道上料至加熱爐。H 線輥道為卸料輥道，主要用來收料和轉庫，D 線為連接輥道，G 線為連鑄運輸輥道。 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)操作箱的設置，A1～A2 輥道、AD 輥道，AZ 轉盤、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 轉盤在 H 線操作箱上操作。操作箱上的就地、遠程狀態(tài)會和輥道手/自動裝臺在右側綠色方框內顯示。點擊 “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 輥道運行。進入 A8 輥道后，A8 輥共 43 頁 第 19 頁道低速運行準備測長，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，之后向二級計算機發(fā)送稱重完成信息，等待二級計算機分配板坯去向。 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定位情況。若板坯位置滿足稱重條件，點擊“超時”按鈕即可手動確認定位，繼續(xù)進行下一步稱重動作。若板坯位置不合理，須在手動狀態(tài)下調整 A9 板坯位置，再切換至自動點擊“完成”按鈕手動確認定位。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，同時“板坯庫允許送坯”指示燈閃爍綠色。板坯進入 G1 輥道時優(yōu)先送至 G2 輥道定位。板坯進入輥道時進行測長，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整定位，可通過點擊“完成”按鈕人工發(fā)送定位完成信號。 GG2 輥道測長數(shù)據(jù)兩側的黑框內顯示板坯去向。去向 AHHHHH10 輥道分別對應數(shù)字 111120?？騼忍顚戇@些數(shù)字，板坯去向即定為相應的輥道。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行，將畫面上相應的“G1 吊運”或“G2 吊運”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點上等待入庫。 裝爐側電氣控制裝爐側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行長度方向的質量、長度和溫度測量。L1 將把實際測量得到的重量、長度和溫度信息傳遞給 L2 級計算機進行定位與跟蹤。共 43 頁 第 20 頁 上料控制 板坯從連鑄到達輥道 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