【正文】 另外 當對某一參數(shù)進行設(shè)置時 要 在旁邊彈出相應(yīng)的數(shù)字鍵盤?？梢酝ㄟ^功能菜單切換到“故障報警”、“ PID 參數(shù)”、“溫度曲線”、“安全等級”、“參數(shù)設(shè)置”等畫面。開機后顯示的是初始畫面，用于選擇是否要進入系統(tǒng)，點擊進入系統(tǒng)按鍵后切換到自動、手動工作方式的選擇畫面，這一換面可切換到手動或自動工作方式畫面 。 6． 設(shè)置報警信息記錄畫面方便操作人員查詢。 5． 同時在實際工作過程中，由于工廠內(nèi)的人員分工不同，各種 人 員所涉及的專業(yè)知識的不同需要對系統(tǒng)的重要畫面進行等級限制，以防止非專業(yè)人員破壞系統(tǒng)參數(shù)造成損失。因為要將手動畫面和自動畫面的附屬畫面區(qū)分所以需要 一個 手動停爐畫面和 一個 自動停爐畫面。 2． 在進入“手動自動切換畫面”之前需要啟 動 畫面?？梢赃x擇 ，它具有 強大的 32位嵌入式高性能 CPU,支持 256色真彩顯示與敏捷的反應(yīng)速度 ； 功能強大且簡單易用的簡體中文編輯軟件，使你輕松完成復(fù)雜的人機界面設(shè)計；獨特的多視窗操作功能，大大增加可顯示信息量；創(chuàng)新的在線模擬功能，大大節(jié)省工程時間；幾乎與所有的 PLC兼容 ；最多可以記錄 1200條故障信息，是一款的性價比較高的觸摸屏。在下班停爐時，為了防止高溫?zé)龎臒欤ぷ魅藛T通過觸摸屏發(fā)出停爐指令，這時所有天然氣管道全部關(guān)閉，但空氣管道繼續(xù)恒壓在 800Pa工作，直至爐溫降到 450度時再自動關(guān)閉風(fēng)機。 (6)配備打印機，可把儲存在觸摸屏內(nèi)的溫度曲線、事故記錄打印出來。 (4)能保存必要的爐子的溫控曲線進行記錄，用觸摸屏監(jiān)控爐子的高溫和中溫曲線，同時能連續(xù)對 24小時溫度曲線進行記錄，以利于分析工藝，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 (2)對天然氣進行了欠壓，超壓和報警監(jiān)控，如果發(fā)生異常，馬上關(guān)掉燃氣快切閥，以防事故擴大，同時發(fā)出聲光報警 信號，并在觸摸屏上顯示事故的原因。 下面就以煙開開啟 0%和 %為例來用程序說明， 程序如下 : 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 報警 部分 (1)該系統(tǒng)在風(fēng)壓未達到 800Pa時，自動控制時不能打開燃氣快切閥和點火系統(tǒng)送電。 煙道控制采用了大火的輸出點 、 、 、 、 、 度，大火自動開啟的個數(shù)對應(yīng)著相同的煙道開度大小。為了保證操作人員的安全，防止吸入大量的冷空氣冷卻柸料，人為關(guān)閉部分煙道，一旦爐內(nèi)的壓力過正，在出鋼時從爐門噴出火焰，浪費能源。 中溫部分的恒溫控制 ，程序如下： 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 開部分 梯形圖 天然氣的煙道氣流控制，通過 PLC程序中在燒嘴大火開啟和關(guān)閉的同時控制煙道的開度大小。 高溫恒溫控制的核心主要是比較指令，在爐子運行前先對爐子的高溫進行設(shè)定，當加熱爐在加熱的過程中，通過 EM231輸入模塊 檢測 爐子的溫度，采用延時繼電器，當爐溫低于設(shè)定值時延時開啟 1號 、 2號 大火，高于設(shè)定值時延時關(guān)閉 2號 、 1號 大火，從而實現(xiàn)爐子高溫部分的恒溫控制。當輸入的值比設(shè)定的模擬量大時，隨著輸入值的增大， PID的輸出者則隨著減小。 在 PID的控制部分，由壓力變送器將風(fēng)壓信號變換成 4mA到 20mA的標準信號，傳送給EM231模塊，由 EM231模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng) PID運算后，結(jié)果由 EM232進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而來控制變頻器頻率來改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，控制風(fēng)機壓力的自動升高和降低。 盡管 PID 整定方法有很多，但由于爐子環(huán)境比較復(fù)雜，經(jīng)過綜合考慮和比較之后我采用了經(jīng)驗整定法。如 可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過設(shè)置參數(shù)可對回路進行控制類型進行選擇。其中 spn、 pvn、 en、 Mn分別為模擬量在 sp(t)、pv(t)、 e(t)、 M(t)在第 n 次采樣時的數(shù)字量。 DK — 微分系數(shù)。 假設(shè)采樣周期為 ST ，系統(tǒng)開始運行的時刻為 t＝ 0，用矩形積分來近似精確積分，用差分近似精確微分，將公式（ 1）離散化，第 n次采樣時控制器的輸出： 101()nn C n I D n njM K e K e K e e M??? ? ? ? ?? （ 5） 上式中 : 1ne? — 第 n1次采樣時的誤差值 。 P I D 控 制 器 執(zhí) 行 機 構(gòu) 被 控 對 象敏 感 元 件S p （ t ）e ( t )M ( t )c ( t )p v ( t )圖 連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 上式的右邊前 3項分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差，誤差的積分和微分成正比。 IT — 積分時間常數(shù) 。 e(t)=sp(t)pv(t) — 誤差信號 。 在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的 PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 所示。故可利用 PLC中的 PID 指令實現(xiàn)位置式 PID 控制算法量。其離散化的規(guī)律如表 所示： 表 模擬與離散形式 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ? nini ieTTie 00 )()( 所以 PID 輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為 : 00)()()()]}1()([)()({)(ununununeneTTdieTTneKnudipniip????????? ?? （ 44） 式中， )()( neKnu pp ? 稱為比例項 ??? niipi ieTTKnu 0 )()( 稱為積分項 )]1()([)( ??? neneTTKnu dpd 稱為微分項 上式中，積分項是包括第一個采樣周期到當前采樣周期的所有誤差的累積值。 PID 控制原理及其運用 PID 基本控制原理 圖 閉環(huán)控制系統(tǒng) 如圖 ， PID 控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。閉環(huán)控制可以有效的抑制各種擾動的影響，力圖使被控制量趨于給定值。風(fēng)壓控制系統(tǒng)采用的閉環(huán) PID負反饋控制系統(tǒng)可以使控制系統(tǒng)的反饋量 pv（ n）等于或跟隨給定值 sv(n)。恒值控制系統(tǒng)的給定值由操作人員提供，一般很少變化，例如壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。模擬量輸出模塊的 D/A轉(zhuǎn)換器將 PID控制器輸出的數(shù)字量 mv(n)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流 mv(t)，再去控制執(zhí)行機構(gòu)。 在模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控量 c（ t）（例如壓力、溫度、流量等）是連續(xù)變化的模擬量，大多數(shù)執(zhí)行機構(gòu)（電動調(diào)節(jié)閥和變頻器等）要求 PLC輸出模擬信號 mv（ t），而 PLC的 CPU只能處理數(shù)字量。下面簡要介紹一下計算機閉環(huán)系統(tǒng)的組成與工作原理。由于大小火燃燒方式噴口溫度變化微小，由噴口總量的大小來恒定爐溫，燃空比穩(wěn)定，有效的降低能耗及爐溫波動?？?氣恒壓系統(tǒng)通過壓力變送器反饋值與設(shè)定值比較，其差值經(jīng) PLC對變頻器進行控制，從而調(diào)整風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)供風(fēng)量恒壓，滿足燃燒的需要。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)的工作原理介紹 各 部分 見圖 ， 其中 PID 部分是通過調(diào)用中斷子程序來實現(xiàn)的， 系統(tǒng)程序 的梯形圖詳見附錄。 8．變頻器具備對電機和變頻器本身的完善保護功能，如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等，保護設(shè)備不至于損 壞。 6．在燒嘴保護部分，采用了 IFS258燒嘴控制器保護，當燒嘴在運行，出現(xiàn)故障熄火時，將故障信號傳給 PLC，同時切斷相關(guān)的天然氣與空氣管道，以防發(fā)生以外。在中間繼電器之間還接入了續(xù)流二極管，提高了開關(guān)速度，防止電感性負載對 PLC的干 擾。 4． PLC的輸出一般有三種：可控硅，晶體管和繼電器。 2．在變頻器保護部分，除了采用了斷路器保護還加了接觸器 KM2緊停保護，當變頻器和助燃風(fēng)機出現(xiàn)意外故障時，按下按鈕開關(guān)使得線圈失電， KM2的主觸點斷開，變頻器斷電停止工作，從而得到保護。 PLC的硬件接線圖 硬件接線圖主要有： 1西門子 S7200PLC CPU226主控制器； 2. EM231模擬量擴展模塊和 EM232模擬量擴展模塊 ； 2 觸摸屏人機界面 ； 3 西門子 MM440變頻器 ； 4 壓力、溫度傳感變送器； 5 熱電偶； 6 燒嘴控制器 IFS258； 7 燃氣電磁閥； 8 天然氣超壓、欠壓開關(guān)等組成。 變頻器的選擇 因為風(fēng)機電機的功率為 ，所選用與 PLC 相同品牌的變頻器，實驗室正好用這個 變頻器 與 PLC 配用的，型號為西門子 MM440 變頻器 。 經(jīng)校驗，交流接觸器 KM2 標準型號規(guī)格為 CJ2060A 滿足要求。 接觸器 的選擇 在變頻器保護部分，除了采用了斷路器保護還加了接觸器 KM2 緊停保護，當變頻器和助燃風(fēng)機出現(xiàn)意外故障時，按下按鈕開關(guān)使得線圈失電， KM2 的主觸點斷開，變頻器斷電停止工作，從而得到保護。但是表面聲波式觸摸屏需要經(jīng)常維護，因為灰塵，油污甚至飲料的液體沾污在屏的表面都會阻塞觸摸屏的正常使用。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 表面聲波式觸摸屏具有清晰度高、透光率好、高耐久、抗刮傷性良好（相對與電阻式等）、反應(yīng)靈敏、不受溫度和濕度等環(huán)境因素影響、分辨率高、壽命長等特點。 紅外線式觸摸屏不受電流、電壓和靜電干擾，適宜惡劣的環(huán)境條件，采用紅外線技術(shù)是 觸摸屏的最終發(fā)展趨勢。 圖 電阻式觸摸屏講解示意圖 電容式觸摸屏的透光度和清晰度均優(yōu)于四線電阻式觸摸屏，但不能和五線電阻式觸摸屏和表面聲波式觸摸屏相比。當手指接觸屏幕，兩層 OTI導(dǎo)電層出現(xiàn)一個接觸點，因其中一面導(dǎo)電層接通 Y軸方向的 5V均勻電壓場，使得偵測層的電壓 由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個接通后，進行 A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與 5V相比，即可得觸摸點的 Y軸坐標，同理得出 X軸的坐標 。其中，觸摸屏控制器 (卡 )的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收 CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行：觸摸檢測裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是 檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制卡。 10V 電流輸出 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 電壓 32021～ +32021 電流 0～ 32021 分辨率電流 電壓 12位 電流 11位 I/O的確定 表 PLC硬件 I/O分配表 輸 風(fēng)機故障 燃氣壓力過高 燃氣 壓力過低 1燒嘴故障 2燒嘴故障 3燒嘴故障 4燒嘴故障 5燒嘴故障 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 入 6燒嘴故障 7燒嘴故障 8燒嘴故障 9燒嘴故障 10燒嘴故障 11燒嘴故障 12燒嘴故障 輸 出 1， 2燒嘴控制 3， 4燒嘴控制 5， 6燒嘴控制 7， 8燒嘴控制 9， 10燒嘴控制 11， 12燒嘴控制 開 1， 2大火 開 3， 4大火 開 5， 6大火 開 7， 8大火 開 9， 10大火 開 11， 12大火 燃氣快切閥控制 風(fēng)機運行控制 報警輸出 EM231模塊 C 風(fēng)機壓力檢測 A 爐溫（高溫）檢測 B 爐溫（中溫）檢測 EM232模塊 M0 風(fēng)機變頻調(diào)節(jié) M1 煙道執(zhí)行器 主要硬件的選擇 觸摸屏的基本原理是，用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置 (以坐標形式 )由觸摸屏控制器檢測，并通過接口 (如 RS232串行口 )送到 CPU，從而確常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 定輸入的信息。 電流 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 雙極性 全量程范圍 32021～ +32021 單極性 全量程范圍 0～ 32021 分辨率 12位 A/D 轉(zhuǎn)換器 EM232是常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了 2 路模 擬量輸 出 。 表 EM231的 常用技術(shù)參數(shù)： 模擬量輸入特性 模擬量輸入點數(shù) 4 輸入范圍 電壓（單極性） 0～ 10V 0～ 5V 電壓（雙極性）177。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 EM231模擬量擴展模塊接線圖 圖 1演示了模擬量擴展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正、負極直接接入 X＋和X－；對于電流信號，將 RX 和 X＋短接 后接入電流輸入信號的“＋”端；未連接傳感器的通道要將 X＋和 X－短接。 輸入輸出模塊的介紹 EM231 是常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了 4 路模擬量輸入。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點，更強的模塊擴展能