【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 26 (4)溫度控制：加熱段和均熱段的爐膛溫度。 (2)功能報(bào)警：溫度報(bào)警、壓力報(bào)警和急停報(bào)警等。 PLC 從功能上主要進(jìn)行兩方面控制：回路控制 (溫度、流量和壓力 )和電氣邏輯控制。 (4) 程序輸入和調(diào)試。 (2) 對(duì)輸入輸出單元進(jìn)行地址分配 并完成輸入輸出模塊的組態(tài)工作。在程序區(qū)段中的彼此獨(dú)立的網(wǎng)格按放置次序依次進(jìn)行處理。梯形圖程序區(qū)段中的各個(gè)目標(biāo)的處理次序由節(jié)中數(shù)據(jù)流來(lái)確定。為了便于分析 PLC 的周期掃描原理及信息存儲(chǔ)空間分布的規(guī)律，假想在梯形圖中有“電流”流動(dòng)，這就是“能流”。當(dāng)生成鏈路時(shí)，與其它鏈路的目標(biāo)重疊是允許的。但是，在內(nèi)部，所有的線圈和 FB、 FC 輸出都接在它上面，從而建立起電流通路。這些左匯流條對(duì)應(yīng)于梯級(jí)的相線 (L 線路 )。在梯形圖編輯器中，背景窗口是邏輯網(wǎng)格。每個(gè)梯形圖網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)或多個(gè)梯級(jí)組成。 梯形圖編程語(yǔ)言是在繼電器 接觸控制系統(tǒng)電路圖基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變而來(lái)的，在簡(jiǎn)化的同時(shí)還加進(jìn)了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的 指令，時(shí)目前應(yīng)用最廣泛的一種可編程控制器編程語(yǔ)言。 e)報(bào)警功能齊全，各種故障都能通過(guò)編寫程序 判斷出來(lái)，并以硬接點(diǎn)的方式上報(bào)給監(jiān)控系統(tǒng)，便于運(yùn)行人員及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。 d)故障的查找十分方便。西門子 S7200 系列 PLC 適用于針對(duì)工業(yè)控制的梯形圖，不需要懂太多的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)就能編寫程序。 b)實(shí)現(xiàn)了 2 臺(tái)壓縮機(jī)的主備用自動(dòng)切換 ， 及其中 1 臺(tái)壓縮機(jī)故障 時(shí)自動(dòng)切換到另 1臺(tái)的功能，保證了高壓氣源的穩(wěn)定。 S7200 控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ： a)可靠性高。 本系統(tǒng)控制器選型是 CPU224，還有 2 個(gè)模擬量 4 路輸入通用模塊 EM231。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。 2 個(gè) RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊 協(xié)議和自由方式通訊能力。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 （ 5） CPU 226 本機(jī)集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。本機(jī)還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量 I/O,位控特性，自整定 PID 功能，線性斜坡脈沖指內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 24 令，診斷 LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。 （ 4） CPU 224XP 本機(jī)集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)， 2 輸入 /1 輸出共 3 個(gè)模擬量 I/O 點(diǎn)，可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 38 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。 4 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出?？?連接 2 個(gè)擴(kuò)展模塊。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。 4 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出。無(wú) I/O 擴(kuò)展能力。它有 4 個(gè)不同基本型號(hào)的的 8 種 CPU 可提供選用，有 CPU22 CPU22CPU22 CPU224XP、 CPU226 等。所以 S7200 系列 PLC 在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制器。它的體積小，可靠性高，運(yùn)行速度快，有豐富的指令集，具有強(qiáng)大內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 23 的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有豐富的功能擴(kuò)展模塊以及它使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。 S7200 簡(jiǎn)介 SIMATIC S7200 系列是西門子公司投放市場(chǎng)的小型可編程控制器?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ虐ㄖ鳈C(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺(tái)可編程控制器之間的通信、可編程控制器和其它智能控制設(shè)備之間的通信。現(xiàn)代的可編程控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 (包括四 則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算以及求反、循環(huán)、移位、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等 )、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理?？删幊炭刂破魍ㄟ^(guò)模擬量 I/O 模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量 (Analog)和數(shù)字量 (Digital)之間的 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換。 (3)過(guò)程控制。 (2)運(yùn)動(dòng)控制。以其功能來(lái)分，主要有表現(xiàn)以下幾個(gè)方面 : (1)數(shù)字量邏輯控制。 (5)存在冗余特性。 (3)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。 PLC 控制主要發(fā)展趨勢(shì)為以下幾點(diǎn)： (1)小型機(jī)功能的強(qiáng)化。因此可以說(shuō)， PLC 控制是控制理論、工藝知識(shí)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表等知識(shí)相結(jié)合而構(gòu)成的一門應(yīng)用科學(xué)。 PLC 控制的任務(wù)就是 在了解、掌握工藝流程和生產(chǎn)過(guò)程的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用理論對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，最后采用適宜的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。它主要針對(duì)所謂六大參數(shù)，即溫度、壓力、流量、液位 (或物位 )、成分和物性等參數(shù)的控制問(wèn)題。數(shù)字、信息化二十一世紀(jì)， PLC 技術(shù)應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化程度高低的標(biāo)志。在我國(guó)，近年來(lái) PLC的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快尤其在應(yīng)用方面更為突出，對(duì)提高我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平起 到巨大的作用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 自 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出第一臺(tái)可編程控制器 PDP14，用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)在美國(guó)通用汽車公司的 汽車自動(dòng)裝配線上使用，取得成功以來(lái)，經(jīng)過(guò)上世紀(jì)七十年代日本、西德、法國(guó)等西歐國(guó)家對(duì)其進(jìn)一步開發(fā)和研制，此項(xiàng)技術(shù)得到不斷發(fā)展與提高。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 21 第四章 步進(jìn)式加熱爐 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 控制技術(shù)概述 PLC 控制技術(shù)現(xiàn)狀 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。電磁閥雖有先天不足，優(yōu)點(diǎn)仍十分突出，所以就設(shè)計(jì)成多種多樣的產(chǎn)品，滿足各種不同的需求，用途極為廣泛。另外，粘稠狀介質(zhì)不能適用，而且，特定的產(chǎn)品適用的介質(zhì)粘度范圍相對(duì)較窄。電磁閥通常只有開關(guān)兩種狀態(tài)， 閥芯只能處于兩個(gè)極限位置，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，（力圖突破的新構(gòu)思不少，但還都處于試驗(yàn)試用階段）所以調(diào)節(jié)精度還受到一定限制。電磁閥外形尺寸小，既節(jié)省空間，又輕巧美觀。由于自成回路，比之其它自控閥反應(yīng)更靈敏。 （ 3）動(dòng)作快遞，功率微小，外形輕巧。由于電磁閥是開關(guān)信號(hào)控制，與工控計(jì)算機(jī)連接十分方便。電磁閥本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格也低，比起調(diào)節(jié)閥等其它種類執(zhí)行器易于安裝維護(hù)。所以，電磁閥使用特別安全，尤其適用于腐蝕性、有毒或高低溫的介質(zhì)。這都要解決長(zhǎng)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 20 期動(dòng)作閥桿動(dòng)密封的外泄漏難題；唯有電磁閥是用電磁力作用于密封在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥隔磁套管內(nèi)的鐵芯完成，不存在動(dòng)密封，所以外漏易堵絕。內(nèi)外泄漏是危及安全 的要素。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 電磁閥是用來(lái)控制 流體 方向的 自動(dòng)化 基礎(chǔ) 元件 ，屬于 執(zhí)行器 ；通 常用于機(jī)械控制和工業(yè)閥門上面，對(duì)介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)閥門開關(guān)的控制。由于設(shè)計(jì)中控制爐膛壓力的煙道百葉窗的流通量大，壓差比較低，大口徑，而且一定的泄漏量對(duì)爐膛壓力的控制沒(méi)有多大影響，所以設(shè)計(jì)中控制爐膛壓力選煙道百葉窗。它由閥體、擋板、擋板軸和軸封等部件組成。 基于以上分析，本設(shè)計(jì) 中壓力執(zhí)行器 采用氣動(dòng)執(zhí)行器，配合電 氣轉(zhuǎn)換器使用，這樣就克服了 氣動(dòng)執(zhí)行器不適合遠(yuǎn)傳的特點(diǎn)。但氣動(dòng)執(zhí)行器有滯后大、不適于遠(yuǎn)傳的特點(diǎn)，為了克服此缺點(diǎn)，可采用電 氣轉(zhuǎn)換器或閥門定位器，是傳送信號(hào)為電信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)操作為啟動(dòng)，這是電 氣結(jié)合的一種形式，也是今后發(fā)展的方向。但電動(dòng)執(zhí)行器一般來(lái)說(shuō)不適合與防火防爆的場(chǎng)合，而且 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 19 壓力執(zhí)行器 執(zhí)行器按所驅(qū)動(dòng)的能量來(lái)分，有電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器三大類產(chǎn)品。它的作用是接受來(lái)自調(diào)節(jié)器輸出的的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，以改變被控參數(shù)的流量，控制流入或流出被控過(guò)程的物料或能 量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制，使生產(chǎn)過(guò)程滿足預(yù)定要求。所以本文中用膜盒壓力傳感器來(lái)轉(zhuǎn)換壓力信號(hào)。 如下圖所示。 根據(jù)以上分析，本設(shè)計(jì)應(yīng)用膜盒測(cè)量爐膛壓力。在有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所如燃油泵房、制 氫站等，需用帶電接點(diǎn)儀表時(shí)，應(yīng)選用防爆型電接點(diǎn)壓力 (真空 )表。膜片壓力表中分測(cè)量粘性介質(zhì)和腐蝕性介質(zhì)兩種，選用時(shí)應(yīng)區(qū)別情況，選用合適的型號(hào)。 壓力 (真空 )表的類型，應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的參數(shù)和性質(zhì)來(lái)選擇，一般可參照以下原則選用： (1)對(duì)無(wú)腐蝕性介質(zhì)如蒸汽、水等的壓力 (真空 )測(cè)量，應(yīng)選用普通彈簧管壓力 (真空 )表。某些金屬材料采用可控氣氛或真空熱處理，可有效的改善材料的性能。冶金生產(chǎn)過(guò)程中，某些熔煉爐和加熱爐要求恰當(dāng)?shù)目刂茽t膛或煙道的壓力，已獲得良好的熱工效果。 K 型熱電偶具有復(fù)現(xiàn)性好，產(chǎn)生的熱電勢(shì)大，而且線性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，雖然測(cè)量精度偏低，但完全能滿足一般工業(yè)測(cè)量要求 [3]。 由于鋼坯在 加熱爐 設(shè)備上干燥， 加熱爐的三段溫度都在其測(cè)溫范圍之內(nèi)，所以使用 K 型熱電偶 。 爐膛測(cè)溫?zé)犭娕际窍到y(tǒng)的主要檢測(cè)元件。按其測(cè)溫原理，接觸式測(cè)溫儀表又可分為：固體膨脹式 (如雙金屬溫度計(jì) )、液體膨脹式 (如玻璃液體溫度計(jì) )、氣體膨脹式 (如壓力式溫度計(jì) )、熱電阻式 (如金屬熱電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻 )和熱電偶式 (如標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 )等種類。接觸式測(cè)溫儀表比較內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 17 簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量精度較高。為保證溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度，首先應(yīng)該考慮如何合理地選擇溫度檢測(cè)儀表。溫度的控制在諸如食品生產(chǎn)加工、煙草加工、石油加工、化學(xué)制品制造、生物制品制造、非金屬礦業(yè)制造等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中起著極其重要的作用，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，有時(shí)甚至關(guān)系到設(shè)備和人身的安全。 （ 3）轉(zhuǎn)換電路 將上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可以轉(zhuǎn)換成電量輸出。 （ 1）敏感元件 它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。本設(shè)計(jì)中是把要測(cè)得溫度信號(hào)和壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 [20][21] 傳感器是一種以一定精確度把被測(cè)量（主要是非電量）轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系、便于應(yīng)用的某種物理量（主要是電量）的測(cè)量裝置。 在本文中沒(méi)有設(shè)置自動(dòng)停 爐，只設(shè)置了手動(dòng)停爐按鈕。 該系統(tǒng)為獨(dú)立于 PLC 控制的聯(lián)鎖系統(tǒng)，由操作者按急停按鈕完成停爐。 （ 1） 自動(dòng)停爐 ① 當(dāng)發(fā)生以下情況時(shí)應(yīng)自動(dòng)停爐 ； ② 車間煤氣總管壓力超低限 ； ③ 熱風(fēng)壓力超低限 ； ④ 冷卻水壓力超低限或斷水 ； ⑤ 助燃風(fēng)機(jī)故障停轉(zhuǎn) ； ⑥ 停電。在啟動(dòng)加熱爐條件滿足的情況下，在儀表盤或操作站都可獨(dú)立地發(fā)出啟動(dòng)和緊急停爐信號(hào)，緊急停爐意味著關(guān)閉所有的煤氣 閥門。將 S7200 PLC 控制系統(tǒng)的 PID 指令輸出值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 4～ 20mA DC 電流，通過(guò)正作用方式來(lái)調(diào)整擋板開度， 將爐膛壓力控制在 7Pa 左右 。 [16][17][18] P L C 燒 嘴 控 制 閥 燒 嘴溫 度 變 送 器給 定 溫 度 值_ 圖 爐膛溫度控制系統(tǒng)框圖 爐 壓的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為了確保回火爐爐膛內(nèi)具有良好的燃燒氣氛，在煙道上安裝了爐壓控制裝置， 即 1個(gè) 擋板， 通過(guò)調(diào)整擋板的開度來(lái)控制爐壓。它是生產(chǎn)過(guò)程控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制系統(tǒng)。在所有反饋控制系統(tǒng)中，單回路反饋控制系統(tǒng)是最基本、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，因此又稱為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。 [14][15] 溫度控制 由于本系統(tǒng)中煤氣和空氣的流量是先前已經(jīng)調(diào)好的，因此溫度控制系統(tǒng)用單回路反饋控制系統(tǒng)就可以了。不同的原因是燒嘴的額 定負(fù)荷可能不同以及對(duì)不同的分區(qū)的供熱量也有所不同所導(dǎo)致。 在一個(gè)供熱區(qū)內(nèi)，燒嘴的開 /關(guān)時(shí)間比 (t/T)，是相同的。 為了保證燒嘴開 /閉分配的均勻性，在工藝上采取適當(dāng)?shù)木幪?hào)之后，則從軟件上保證整個(gè)加熱爐的全部脈沖控制燒嘴在開 /閉時(shí)間上有一個(gè)均衡的相位差，見上圖中的‘ TP’。很顯然，當(dāng)要求熱負(fù)荷由最小變到最大 (或者相反時(shí) )，只要在固定的脈沖周期‘ T’下，調(diào)整燒嘴控制脈沖的 ON/OFF 時(shí)間‘ t’的長(zhǎng)短，就可以達(dá)到調(diào)整熱負(fù)荷的目的。見下圖。但是當(dāng)進(jìn) /出鋼失衡，或者要求升 (降 )溫的情況下，如何控制爐溫，就變成了如何控制燒嘴的‘ ON/OFF’時(shí)間的長(zhǎng)短問(wèn)題。本圖表示為最小供熱量時(shí)的燒嘴工作情況。 下圖例對(duì)數(shù)字化脈沖燃燒的機(jī)理和量化過(guò)程進(jìn)行時(shí)序化的說(shuō)明。 （ 2） 不需要在常規(guī)控制中的‘小流量’下，為保證充分燃燒而有意加大“空燃比’的問(wèn)題。所以不存在火焰長(zhǎng)度受到常規(guī)控制下的‘小流量’影響的問(wèn)題。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 12 這樣燃燒的好處是 : 煤氣壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)，脈沖燃燒噴出熱氣流的熱燴、速度以及熱氣流的長(zhǎng)度都是一個(gè)定值，如果對(duì)多個(gè)燒嘴進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，合理地布置，就會(huì)很容易的獲得滿意的爐內(nèi)溫 度場(chǎng)分布，保證極高的坯料加熱質(zhì)量 在低負(fù)荷燃燒狀態(tài)下，若按照常規(guī)的供熱方式，燒嘴