【正文】 單，易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；④系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便、易于改造；⑤體積小、質(zhì)量輕、功耗低。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應該以易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。它可以取代傳統(tǒng)的繼電器完成開關(guān)量的控制, 比如,將行程開關(guān)、按鈕開關(guān)、無觸點開關(guān)或敏感元器作為輸入信號, 輸出信號可控制電動閥門、開關(guān)、電磁閥和步進電機等執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)以上判別準則，可以方便地確定溫度控制器、流量控制器和壓力控制器均為反作用控制器。實際上，主變送器放大倍數(shù)符號一般情況下都是“正”的，再考慮副回路視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)，因此，主控制器的正、反作用實際上只取決于主對象放大倍數(shù)的符號。因此，整個副回路可視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)看待。對于副回路可將它視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)來看待。主控制器的正、反作用要根據(jù)主環(huán)所包括的各個環(huán)節(jié)的情況來確定。考慮問題的出發(fā)點仍與單回路控制系統(tǒng)相同，即為了使副回路構(gòu)成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，副環(huán)內(nèi)所有各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)符號的乘積應為“正”。 串級控制系統(tǒng)中主、副控制器正、反作用的選擇順序應該是先副后主。判別準則：只要控制系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)規(guī)定符號的乘積為正，則該系統(tǒng)是一負反饋系統(tǒng)。又因為被控對象、測量變送器和執(zhí)行器的作用方向是不能隨意選定的，所以，要想使控制系統(tǒng)具有閉環(huán)負反饋特征，只有通過正確地選擇控制器的正、反作用來實現(xiàn)。因為在一個控制系統(tǒng)中，除了控制器外，其它各個環(huán)節(jié)(被控對象、測量變送據(jù)、執(zhí)行器)都有各自的作用方向。當控制器的輸出信號隨著被控變量的增大而增加時，控制器工作于正作用方式；當控制器輸出信號隨著被控變量的增大而減小時，控制器工作于反作用方式。在爐膛壓力單回路控制系統(tǒng)中壓力調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大，控制要求不高，被控變量只要控制在微正壓即可，允許它在一定范圍內(nèi)有余差，所以壓力控制器應選用比例控制規(guī)律（P）。所以在串級控制系統(tǒng)中的流量控制器即副控制器需要采用比例積分控制規(guī)律（PI）。然而副環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了能快速、精確地跟隨主控制器的輸出而變化，副控器最好不帶積分作用，因為積分作用會使跟蹤變得緩慢，當選流量作為副參數(shù)時，為保穩(wěn)定，P較大，可引入積分，即采用PI，以增強控制作用；副控制器的微分作用也是不需要的，因為當副控制器有微分作用時，一旦主控制器的輸出稍有變化，控制閥就將大幅度地變化，這對控制也是不利的。根據(jù)工藝的要求和控制規(guī)律的特點，從串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看,主環(huán)是一個定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。適合于調(diào)節(jié)通道時間或容量滯后較大、負荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。比例積分微分控制規(guī)律(PID)的特點是：在增加了微分作用后，控制器的輸出不僅與偏差的大小和存在的時間有關(guān)，而且還與偏差的變化速度成比例，這就可以對系統(tǒng)小的容量滯后起到超前補償作用，并且對積分作用造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性也有所改善。它適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、被控變量又不允許有余差的場合。比例積分控制規(guī)律(PI)的特點是：控制器的輸出不僅與偏差的大小成比例，而且與偏差存在一定的函數(shù)關(guān)系。比例控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控變量允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。只具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。它能較快地克服擾動的影響，過渡過程時間短。 控制規(guī)律的選擇控制器主要有三種控制規(guī)律：比例控制規(guī)律、比例積分控制規(guī)律、比例積分微分控制規(guī)律，分別簡寫為P、PI和PID。擔負著整個控制系統(tǒng)的“指揮”工作，正確地選用控制器，可以大大改善和提高整個過程控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。為防止在異常情況下爐膛壓力過高會產(chǎn)生爆炸，壓力調(diào)節(jié)閥（或煙道百葉窗）應選氣閉式，一旦壓力過高發(fā)生故障時，則壓力執(zhí)行器立即處于全開狀態(tài)，從而避免了壓力過高時產(chǎn)生不良后果。而且要注意原料或產(chǎn)品是否易凝、易結(jié)晶、易聚合的物料時，以防控制閥失去能源時，會造成不良的后果[2]。(3)從降低原料、成品、動力損耗來考慮。(2)從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)。信號壓力中斷時，應保證設(shè)備和工作人員的安全。一般來說，要根據(jù)以下幾條原則來進行選擇。反之，當膜頭輸入壓力增大時，控制閥開度減小，則稱之為氣閉閥[2]。因此，對它必須給予足夠的重視。控制閥是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，它接受控制器的命令執(zhí)行控制任務。其結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、流通能力大、特別適用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場合，但泄漏量較大。煙道百葉窗的擋板以轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)來控制流體的流量。在高壓場合，為了延長閥芯使用壽命，可采用側(cè)進底出。角形閥的閥體為直角形，其流路簡單，阻力小，適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物料流量的控制。由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量相應地改變，從而達到調(diào)節(jié)工藝變量的目的。調(diào)節(jié)機構(gòu)又稱控制閥（或調(diào)節(jié)閥）。 調(diào)節(jié)機構(gòu)的選擇生產(chǎn)過程中，被控介質(zhì)的特性千差萬別，有高壓的，高粘度的，強腐蝕的；流體的流動狀態(tài)也各不相同，有的流量小，有的流量大；有的是分流，有的是合流?；钊降某贮c是行程長，但價格昂貴，只用于特殊需要的場合。氣動執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式和活塞式兩種。氣動執(zhí)行機構(gòu)接受電/氣轉(zhuǎn)換器(或電/氣閥門定位器)輸出的氣壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應的推桿直線位移，以推動調(diào)節(jié)機構(gòu)工作。氣動執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜，維護方便和防火防爆等優(yōu)點。執(zhí)行機構(gòu)系指產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機構(gòu)系指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常指調(diào)節(jié)閥[22]。使被控參數(shù)符合預期要求。由于步進式加熱爐爐膛壓力需控制在5～20Pa，屬于微正壓，所以選用彈簧管壓力表[3]。本設(shè)計選用彈簧管壓力表配壓力變送器來檢測爐膛壓力，彈簧管壓力表是一種指示型儀表，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉，它的使用范圍廣，測量范圍寬，可以測量負壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應用十分廣泛。目前，用作壓力檢測的彈性元件主要有膜片、波紋管和彈簧管。彈性式壓力檢測是用彈性元件作為壓力敏感元件把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測方法。 壓力檢測元件壓力檢測的方法很多，按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同，一般分為四類：液柱式壓力檢測、彈性式壓力檢測、電氣式壓力檢測、活塞式壓力檢測。這種檢測方法的特點是管道內(nèi)無可動部件，使用壽命長，壓力損失小，測量精度高(約為5％～1％)，量程比可達100：1，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，故用水或空氣標定的漩渦流量計可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標定，尤其適用于大口徑管道的流量測量?？紤]到使用的燃料即焦爐煤氣中含有焦油、萘、氨、硫化物和氰化物等雜質(zhì)，若使用流量孔板，則取壓孔易堵塞，雜質(zhì)附著在孔板上，影響測量的準確性。電容式差壓變送器是沒有杠桿的變送器，它采用差壓電容為檢測元件，整個變送器無機械傳動、調(diào)整裝置，而且測量部分采用全封閉焊接的固體化結(jié)構(gòu)。 流量檢測元件作為流量檢測用的節(jié)流件有標準的和特殊的兩種。它的熱電極材料具有較好的高溫抗氧化性，可以滿足加熱爐的溫度要求，并且可在氧化性或中性介質(zhì)中長時間地測量900℃以下的溫度?？紤]測溫的準確可靠和反應靈敏，而且預熱段溫度為750℃～1100℃，加熱段的溫度為1250℃～1300℃，均熱段的溫度為1150℃～1250℃，所以采用鎳鉻—鎳硅熱電偶(K型) ，這是一種使用面十分廣泛的賤金屬熱電偶，—，它的測溫范圍為270℃～1372℃。設(shè)計中對爐壓的控制采用的是單回路控制策略，它是通過調(diào)整煙道百葉窗的開度，從而調(diào)節(jié)煙囪的吸力，進而控制爐膛壓力，爐壓檢測點位于出料端。單回路控制系統(tǒng)由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象（簡稱對象）或被控過程（簡稱過程）、測量變送裝置、控制器和控制閥。單回路控制系統(tǒng)雖然簡單，卻能解決生產(chǎn)過程中的大量控制問題。 爐膛壓力的控制系統(tǒng)設(shè)計單回路反饋控制系統(tǒng)簡稱單回路控制系統(tǒng)。這樣就實現(xiàn)了提量時先提空氣量，后提燃料量，降量時先降燃料量，后降空氣量的邏輯要求[2]。燃料量降低，經(jīng)變送器的測量信號被高選器選中，作為空氣流量控制器的給定值，命令空氣降量。整個提量過程直至＝=時，系統(tǒng)又恢復到正常工況時的穩(wěn)定狀態(tài)。因此時＜，被低選器選中，從而改變?nèi)剂狭髁靠刂破鹘o定值，命令提量。當系統(tǒng)中的爐膛溫度降低時，溫度控制器的輸出增加(根據(jù)串級控制系統(tǒng)的要求，溫度控制器應選用反作用式控制器)，這個增加了的信號不被低選器選中，而卻被高選器選中，它直接改變空氣流量控制器的給定值，命令空氣量增加。在正常工況下，即系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，溫度控制器的輸出，等于燃料流量變送器的輸出，也等于空氣流量變送器的輸出。爐溫的單交叉限幅控制的檢測流程圖如下： 圖33 單交叉限幅控制的檢測流程圖圖33所示為“串級和比值控制組合的系統(tǒng)，由爐膛溫度與燃料、空氣流量的串級控制系統(tǒng)和燃料與空氣的流量比值控制系統(tǒng)相組合。在控制爐溫的過程，當爐溫偏低時，先增加空氣量，后增加煤氣量，當爐溫偏高時，先減煤氣量，后減空氣量，實現(xiàn)空氣煤氣交叉控制，以保證燃料的完全燃燒。溫度控制器與煤氣流量控制器或空氣流量控制器構(gòu)成一個串級控制系統(tǒng)。溫度控制器根據(jù)實測溫度，按照PID控制策略，產(chǎn)生一個輸出。設(shè)計的爐溫與流量的串級控制系統(tǒng)方框圖如圖32。一般來說，主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，它是一個定值，在該系統(tǒng)中主參數(shù)溫度是一個定值，工業(yè)上要求步進式加熱爐預熱段溫度為750℃～1100℃，加熱時間15～30分鐘；加熱段的溫度為1250℃～1300℃，加熱時間40～60分鐘；均熱段的溫度為1150℃～ 1250℃，保溫時間20～30分鐘；連鑄冷坯料、模鑄冷坯料的總加熱時間為90～120分鐘；因此，主環(huán)是一個定值控制系統(tǒng)。主控制器的輸出作為副控制器的給定值，副控制器的輸出去操縱控制閥，以實現(xiàn)對變量的定值控制。串級控制系統(tǒng)是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名的。所以為了控制溫度，工藝上不但要求燃料量與空氣量成一定的比例，而且要求在溫度發(fā)生變化時，燃料與空氣的提降量有一定的先后次序，以保證空燃比的合理性及供熱區(qū)段溫度的可控性。這種方案能夠適用于主流量干擾頻繁及工藝上不允許負荷有較大波動或工藝上經(jīng)常需要提降負荷的場合，實用性強[2]。這不僅實現(xiàn)了比較精確的流量比值，而且也確保了兩物料總量基本不變，這是它的一個主要特點。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)由于主流量控制回路的存在，實現(xiàn)了對燃料流量的定值控制，大大地克服了燃料流量干擾的影響，使燃料流量變得比較平穩(wěn)。 燃料燃燒的控制系統(tǒng)設(shè)計雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量不受控，生產(chǎn)負荷在較大范圍內(nèi)波動的不足而設(shè)計的。對于溫度的控制采用單交叉限幅方式的串級控制系統(tǒng)，這樣可以在爐溫偏低時，先增加空氣量，后增加煤氣量；爐溫偏高時，先減煤氣量，后減空氣量，實現(xiàn)空氣、煤氣交叉控制，保證了燃料的完全燃燒，最終通過控制燃料和空氣流量以達到控制爐溫的目的。 控制方案 步進式加熱爐的熱工制度主要包括:溫度制度、燃料燃燒制度和爐壓制度等。綜合考慮影響加熱過程的各個因素，加熱溫度和爐膛壓力對于鋼坯質(zhì)量的影響頗大，而且是一個可以控制的量，所以選擇溫度和爐膛壓力作為被控參數(shù)。實際選擇加熱溫度，通常應兼顧上述兩個方面。因為，高溫加熱設(shè)備的投資與能耗巨大，所以盡可能的降低加熱溫度以提高設(shè)備使用年限和降低燃料、電力消耗是十分重要的。但若超過最適宜值，則會使鋼坯抗壓強度迅速下降，嚴重時有可能造成鋼坯熔融粘結(jié)。加熱溫度對鋼坯的影響特性顯示：(1)從提高質(zhì)量和產(chǎn)量的角度出發(fā)，應盡可能選擇較高溫度。若溫度偏低則不能很好的進行軋制，以致難以達到所需固定成型效果。如遇到上述情況，應對爐子結(jié)構(gòu)及操作方式作合理的改造或調(diào)整，使爐子產(chǎn)量和軋機產(chǎn)量相適應。在生產(chǎn)某些產(chǎn)品的過程中，爐子生產(chǎn)率小于軋機的產(chǎn)量時，常常為了趕上軋機的產(chǎn)量而造成加熱不均，內(nèi)外溫差大，甚至有時為了提高出爐溫度而將鋼表面燒化，而其中間溫度尚很低，造成加熱質(zhì)量很差。在實際生產(chǎn)中，鋼坯的加熱時間往往是變化的。其中加熱溫度和爐膛壓力對鋼坯質(zhì)量影響較大，而且可控。加熱爐采用端進料、端出料，這樣由爐尾推料機直接推送出料，不需要單獨設(shè)出料機，而且適合較寬的料坯，可以幾個爐子共用一個輥道，占用車間面積小，操作也比較方便。在加熱特殊鋼種時，可以根據(jù)實際情況關(guān)閉加熱段靠近爐尾的部分燒嘴，延長預熱段長度，方便的實現(xiàn)低溫入爐。全爐采用32臺蓄熱式燒嘴，每套燒嘴配備一套獨立的換向系統(tǒng)，最大限度的保證了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運行。移動梁的運動是可逆的，當軋機故障要停爐檢修，或因其他情況需要將物料退出爐子時，移動梁可以逆向工作，把料坯由裝料端退出爐外。移動梁往復—個周期所需要的時間和升降進退的距離，是按設(shè)計或操作規(guī)程的要求確定的。這樣移動梁經(jīng)過上升—前進—下降—后退四個動作，完成了一個周期，料坯便前進(也可以后退)