【正文】 也許是考研太過辛 苦，也許是希望早日為家里減輕負擔(dān)，毅然決然的走向工作崗位。 四年后，微笑回首來路，一幕幕宛若昨日。針對我國大部分的加熱爐企業(yè)來說本系統(tǒng)將是一個比較理想的控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)設(shè)計采用了先進的自動化技術(shù)，達到了加熱爐生產(chǎn)的 優(yōu)質(zhì) 、 高產(chǎn) 、低 耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求。過程控制系統(tǒng)已經(jīng)從常規(guī)儀表和繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到了 PLC控制系統(tǒng)，過程控制管理級普遍從采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工業(yè)自動化進入到計算機集成過程系統(tǒng)時代。自動化控制技術(shù)與加熱爐生產(chǎn)過程本身有著緊密的聯(lián)系，是一個從簡單形式到復(fù)雜形式，從局部自動化到 全局自動化，從低級智能到高級智能的發(fā)展過程。 圖 加 熱爐爐膛壓力、煤氣壓力以及空氣壓力歷史曲線界面 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 加熱爐壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 25 圖 加熱爐壓力控制系統(tǒng) PID參數(shù)設(shè)定界面 5. 工藝流程監(jiān)控畫面 包括爐內(nèi)加熱爐的工藝流程、煤氣總管和空氣總管的調(diào)節(jié)、爐膛顯示畫面、爐膛壓力調(diào)節(jié)、顯示畫面、壓力報警和數(shù)據(jù)顯示及實時曲線與歷史曲線顯示畫面等。 圖 加熱爐均熱段爐膛壓力報警界面 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 加熱爐壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 24 圖 加熱爐爐膛壓力、煤氣壓力以及空氣壓力實時曲線界面 加熱爐爐膛壓力、煤氣壓力以及空氣壓力在運行的當(dāng)前時刻存盤，對壓力的變化保持記憶 , 隨時可任選顯示開始運行后任一時間段的壓力的變化趨勢曲線。 對加熱爐的爐膛壓力、煤氣壓力 以及空氣壓力進行實時監(jiān)視。倘若實際空氣量太少，會出現(xiàn)煤氣燃燒不完全的現(xiàn)象；而實際空氣量太多，盡管對燃燒有一定的幫助，但它不只增加了廢氣的量，使?fàn)t膛的溫度降低，使大量的熱量被廢棄帶走，影響了加熱爐的熱效率，還使鋼坯的氧化損傷變得更嚴重 [20]，因此適當(dāng)?shù)目刂茖嶋H的空氣量是有必要的。所謂空燃比不同，就是指因煤氣的配比不同，實際的空氣量也就不同。煤氣總管的壓力值經(jīng)采集后與其給定值進行比較，得到的偏差信號被送到煤氣總閥后，需要進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以確保加熱爐正常、安全的運作。煤氣總管的壓力值經(jīng)采集后與其給定值進行比較，得到的偏差信號被送到煤氣總閥后，需要進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以確保加熱爐正常、安全的運作 。 爐膛壓力務(wù)必保持在一定范圍 ,倘若爐膛壓力過高將會導(dǎo)致爐門噴火，進而損傷爐體和設(shè)備 , 倘若爐膛壓力過低將會影響燃燒的質(zhì)量和效果 。 CRT 中，爐膛壓力由人工給定調(diào)節(jié)回路中的設(shè)定值，并按給定值對爐膛壓力進行控制，這就是自動模式； CRT 中，爐膛壓力由人工手動輸入設(shè)定值，并按設(shè)定值對爐膛壓力進行控制，即手動模式。由均熱段側(cè)壁上的變送器得到的壓力變化使調(diào)節(jié)器控制煙道百葉窗開度的大小，從而確保加熱爐內(nèi)的爐膛壓力保持在微正壓狀態(tài) [19]。 PID 算法子程序 計算機通過測量變送器及 A/D 轉(zhuǎn)化器采入被控量，測量值 PV 與給定值 SP的偏差作為調(diào)節(jié)器的輸入信號，經(jīng) PID運算后的輸入信號經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器變換為模擬信號，作為執(zhí)行器的輸入去控制連續(xù)的被控變量。 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 加熱爐壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 18 開 始空 氣 壓 力控 制 子 程 序達 到 采 樣預(yù) 置 次 數(shù) ？煤 氣 壓 力控 制 子 程 序采 樣 子 程 序爐 膛 壓 力控 制 子 程 序求 平 均 值初 始 化YN 圖 主程序流程圖 子程序設(shè)計 A/D 采樣濾波子程序設(shè)計 攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 加熱爐壓力控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 19 到 達 預(yù) 置 采 樣 次 數(shù) ？返 回采 樣 子 程 序采 樣 計 數(shù) 器 加 1從 模 擬 量 輸 入 A I W 中取 值 ， 采 樣 值 求 和求 采 樣 平 均 值NY 圖 采樣濾波子程序流程圖 對壓力值的采樣是整個控制系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分，采樣正確與否直接關(guān)系到整個控制系統(tǒng)的質(zhì)量，對采樣值的處理則顯得格外重要。從主程序流程圖我們可以看出，基于 PLC 的加熱爐壓力控制系統(tǒng)的控制過程解釋如下：當(dāng)程序被下載后，按下開始按鈕，主程序開始掃描。 主程序設(shè)計 主程序流程圖給出了整個程序執(zhí)行的總體方案和順序，主程序的作用即發(fā)出對個子程序調(diào)用的順序命令，使控制 程序的各部分按控制邏輯有機的連接起來，各基本操作在子程序中完成。 組態(tài)王 軟件的分類：通用版組態(tài)軟件、嵌入版組態(tài)軟件、網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件。當(dāng)然，編選擇各種功能構(gòu)件、編寫控制程序也不例外。換言之，在定義控制設(shè)備的變量前需要在實時數(shù)據(jù)定義相應(yīng)的變量，以便二者對應(yīng)，有助于已經(jīng)建立的各用戶窗口的有效調(diào)用。 （ 四 ） 實時數(shù)據(jù)庫 :是對 工程部分進行數(shù)據(jù)交換并進行處理的中心。例如，完成各種動畫 顯示、報警輸出、曲線輸出 和報表輸出的顯示等。即，所有進行連接的控制器 (包括變頻器， PLC， 儀表 )的型號需要從設(shè)備窗口中進行選擇，從設(shè)備中讀取的變量 (比如 PLC 中的寄存器 )也要在此設(shè)定。 （ 二 ）設(shè)備窗口 :對外圍設(shè)備的工作環(huán)境進行連接、驅(qū)動 。主控窗口，能夠設(shè)置許多的用戶窗口和單一的設(shè)備窗口，將此窗口打開、關(guān)閉，都可以對其進行管理和調(diào)度。其中，主控窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫、設(shè)備窗口和運行策略這五個部分共同構(gòu)成了組態(tài)王軟件的工程 [17]。運行環(huán)境是一個獨立的操作系統(tǒng)，不同的處理按照由用戶指定的數(shù)據(jù)庫中的配置結(jié)果，完成用戶配置的設(shè)計目標(biāo) 和功能。 組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩部分 共同構(gòu)成了組態(tài)王軟件的系統(tǒng) 。監(jiān)控軟件 也為實驗者提供的畫面可以進行監(jiān)控，有利于實驗者在現(xiàn)場對其進行實時的監(jiān)控。其中，動畫、數(shù)據(jù)、畫面這三個方面的問題尤其需要被考慮。 一般情況下，有管理層、監(jiān)控層、和控制層這幾個層次結(jié)構(gòu)可供系統(tǒng)區(qū)分。 上位機監(jiān)控軟件采用的是 亞控組態(tài)王 軟件，組態(tài)王系統(tǒng)屬于一種新的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的、封閉式的控制系統(tǒng)已被這種集成控制系統(tǒng)所取代。 在主程序中，每隔一個掃描周期，對其中的子程序，進行一次模擬量的采集，進行一次濾波的處理，這就是它的具體的實現(xiàn)方法。 信號處理：壓力、閥位等現(xiàn)場模擬量的采集，還有通訊過程等都很容易被現(xiàn)場工作的設(shè)備影響、干擾，因而進入模擬量模塊 EM235 的電流值經(jīng)過電流變送器也有存在干擾、波動的可能，所以，此時采集回來的數(shù) 據(jù)最好經(jīng)濾波處理，而不至于影響其結(jié)果。對控制參數(shù)的初始化，對 ROM、 RAM清零，是其初始化操作。下位機軟 件主要實現(xiàn) PLC與組態(tài)王的通訊、 PLC對加熱爐爐膛壓力、煤氣總管壓力以及空氣總管壓力的自動控制等子程序。Micro/ 以上版本還集成了 S7200Explorer，用于在 Windows 系統(tǒng)中在線瀏覽S7200 中的網(wǎng)絡(luò)資源 [16]。 其中， STEP 7Micro/WIN 用于 S7200系列 PLC 的程序編輯，支持三種編程模式：其中，便于用戶選取的是功能塊圖、梯形圖 ，還有語句表；同時， Micro/WIN 具有監(jiān)控程序和 CPU 的功能，包括對其進行調(diào)試、編輯，此外，修改也是其功能之一。通過 RS485通信口，將下位機采集到的數(shù)據(jù)信號送到上位機，從而準(zhǔn)確地控制整個系統(tǒng)。控制器中存儲的是在 STEP 7 Micro/WIN SP3軟件環(huán)境中編寫的梯形邏輯控制程序 ,是加熱爐過程控制的核心 ,用于控制整個加熱爐的工藝流程。另外， EM235是外界供電的。在 4路端子有空閑不用時，應(yīng)將該路段接。 S7200有 3種模擬量擴展模塊， S7200具有 EM23 EM23 EM235三種規(guī)格的模擬量輸出輸入模塊。 5V，177。模擬量輸入、輸出有多種量程供用戶選用，如 0～ 10V， 0～ 5V， 0～ 20mA，0～ 100mV，177。5V，177。模擬量輸入、輸出有多種量程供用戶選用，如 0～ 10V， 0～ 5V， 0～ 20mA， 0～ 100mV，177。該控制器具有較強的控制能力，此外，標(biāo)準(zhǔn)化程度 高、操作性強、可靠性高、可維護性好、可擴展性好等也是該產(chǎn)品的特點 [15]。 CPU 224，存有 1個 RS485通信口，并且支持 MPP、PII的通信協(xié)議，且具有可以進行通信的自由口。并且這些 I/O端子排都可以輕易地被拆卸。這個控制器有 14輸入 /10輸出，共有 24個數(shù)字量 I/O點。比如，印刷機械，沖壓機床、磨床，電梯控制，中央空調(diào)，運動系統(tǒng)，橡膠化工機械 。 集散自動化系統(tǒng) 中， S7200系列利用它強大的功能，使用范圍變得非常廣泛，不僅包括替代繼電器的簡單控制，甚至包括復(fù)雜的自動化控制。 通信口、集成的 24V電源、電池模塊、高速脈沖輸出、 EEPROM 存儲器模塊、高速計數(shù)器、模擬電位器、以及 CPU模塊等構(gòu)成了 S7200。所以 S7200系列有很高的價格比和性能比 [14]。 S7200 簡介 小型可編程序控制器， S7200，其監(jiān)測、監(jiān)測和自動化控制被用于各行各業(yè)的各種場合。 因其配套齊全，功能完善，所以適用性強；可靠性高，抗干擾能力強；系統(tǒng)的建造和設(shè)計的工作量較小，易被改造，維護也很方便；因其容易學(xué)習(xí)，容易使用，且操作簡單，所以受到工程技術(shù)人員的歡迎；體積較小、功耗較低、質(zhì)量較輕。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多開關(guān)量順序控制在生產(chǎn)過程中都是根據(jù)邏輯條件依次進行順序動作的，然后根據(jù)邏輯關(guān)系發(fā)出連 鎖保護動作的命令，同時對大量的離散量的數(shù)據(jù)進行采集。 PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該便于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，為了更容易的擴展其功能的原則而設(shè)計的 。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開關(guān)量的控制 , 例如 ,將按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、無觸點開關(guān)或者敏感元器作為輸入信號 , 輸出信號可控制電動閥門、電磁閥、開關(guān)和步進電機等執(zhí)行機構(gòu)。 PLC 選型 PLC(Programmable Logic Controller)是可編程序控制器的英文縮寫 , 在我國的應(yīng)用非常廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線領(lǐng)域等都有應(yīng)用 [13]。 依據(jù)上面分析的判斷規(guī)則，判斷出爐膛壓力控制系統(tǒng)的壓力控制器為反作用控制器。因為根據(jù)單回路系統(tǒng)的各部分增益乘積 應(yīng)為正的原則，即 Kc*Kv*Ko*Km0,所以調(diào)節(jié)器的 Kc應(yīng)為正，即反作用方式的調(diào)節(jié)器。 首先考慮爐膛壓力控制系統(tǒng)， 變送器的靜態(tài)放大系數(shù) Km 通常為正，所以只需要調(diào)節(jié)器放大系數(shù) Kc，調(diào)節(jié)閥放大系數(shù) Kv， 被控過程放大系數(shù) KO相乘為正即可。 假如規(guī)定控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)作用方式如下： 1．控制器工作于正作用為“ — ”，工作于反作用為“十”； 2．執(zhí)行器的閥門氣開式為“十”；氣關(guān)式為“ 一”； 3．被控變量隨操縱變量的增加而增加為“十”，隨操縱變量的增加而減小為“一”； 4．測量變送器肯定為 “十”。如果各個部分的組合不妥，讓系統(tǒng)構(gòu)成正反饋，控制系統(tǒng)就起不到控制作用，并且生產(chǎn)過程的穩(wěn)定也會被破壞。為了適應(yīng)不同 的被控對象，實現(xiàn)閉環(huán)負反饋的控制要求，控制器設(shè)定了正作用和反作用。 控制器的正反作用的選擇： 正作用和反作用一般是工業(yè)控制器都具備的兩種工作方式。因此在單回路控制系統(tǒng)中控制器的控制規(guī)律采用 PI 控制規(guī)律。適用于調(diào)節(jié)的場合有：容量滯后大、負荷變化不小、控制效果要求高的場合。 比例積分微分控制規(guī)律的特征是：較其它兩種增加了微分作用，因此控制器的輸出不但和偏差的存在時間和大小有關(guān)，并且還和偏差的變化快慢成比例，所以對于系統(tǒng)小的容量滯后可以起到提前補償作用，而且可以改善積分作用引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定。通道滯后很小、負荷變化小、被控的變量不能有余差。它的應(yīng)用最為廣泛。 比例積分控制規(guī)律的特征是：控制器的輸出信號不但和偏差的大小成一定比例，還和偏差有著一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。該控制器適合調(diào)節(jié)通道滯后很小、負荷變化小、控制要求低、被控量可以有一定余差的場合。三種控制規(guī)律中最基本的控制規(guī)律是比例控制規(guī)律，它可以獨立使用，也可以和其它規(guī)律結(jié)合使用。它可以很好的避免擾動的影響，過渡時間快。 控制規(guī)律的選擇： 比例控制、比例積分控制、比例積分微分控制是控制器的三種最基本的控制規(guī)律。負責(zé)整個控制系統(tǒng)的“命令”，控制器的正確選擇，不僅可以對控制品質(zhì)進行改善，而且能夠提高系 統(tǒng)的控制品質(zhì)?？紤]到異常情況下的爆炸，壓力調(diào)節(jié)閥攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 加熱爐壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 選擇氣閉式是合理的，倘若因壓力過高而致使事故的發(fā)生，壓力執(zhí)行器全開，以防因壓力過高而造成嚴重的不良后果 [11]。此外，當(dāng)產(chǎn)品和原料發(fā)生結(jié)晶、易凝或聚合后，盡量防止控制閥因失去能源而造成嚴重的后果 [10]。要考慮介質(zhì)的特性。若控制閥因處于無能源狀態(tài)（即氣閉閥變成全開，氣開閥變成全閉）變回其起始位置時，也要確保產(chǎn)品的質(zhì)量。換言之，控制器因故障而沒有輸出，氣源供氣停止，控制網(wǎng)的膜片因破裂而導(dǎo)致氣體外泄，若以上任一情況導(dǎo)致控制閥無法進行正常的工作，因而導(dǎo)致氣閉閥變成全開，氣開閥變成全閉，也要保障人員和設(shè)備的安全，將發(fā)生事故的概率降到最低。 第一，要考慮生產(chǎn)安全。 就一個相對完整、具體的控制系統(tǒng)而言，具體的生產(chǎn)工藝決定了氣閉閥或者氣開閥的選擇。所以，就控制閥的選擇，一定要慎重。 控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件就是控制閥，控制器發(fā)出的命令被控制閥接收并執(zhí)行。因其成本微小、結(jié)構(gòu)緊密，且流通能力大的特性被應(yīng)用在大流量、大口徑、低差壓，且存在懸浮物流體的場合，但泄漏量偏大是其缺點。 煙道百葉窗擋板利用轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)達到控制流體流量的目的。出于考慮閥芯使用壽命長久的考慮，高壓場合時調(diào)節(jié)閥使用