【正文】 0=3）管道雷諾數(shù)：，不必做低雷諾數(shù)修正。根據(jù)控制閥流量系數(shù)C 值的計(jì)算值來(lái)確定閥座通徑。 控制閥的選型內(nèi)容：1）口徑大小的選擇；2）開(kāi)、閉形式的選擇；3）流量特性的選擇；4）結(jié)構(gòu)形式的選擇。第五章 儀器儀表的選型在電加熱爐控制系統(tǒng)中，包括用于檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)儀表和用于控制的現(xiàn)場(chǎng)儀表。數(shù)據(jù)歸檔查詢。手動(dòng)自動(dòng)操作。過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視。加入這些變量后，根據(jù)本系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)顯示、變量調(diào)節(jié)、還有數(shù)據(jù)歸檔等要求對(duì)其進(jìn)行圖形編輯。本系統(tǒng)是對(duì)一個(gè)雙輸入、雙輸出電加熱爐溫度進(jìn)行控制。然后根據(jù)具體的過(guò)程對(duì)象，在“SLOT PLC”中建立變量連接，添加控制過(guò)程中監(jiān)視和控制的過(guò)程變量。這樣就可以通過(guò)WinAC控制面板對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)可以利用STEP7在線調(diào)試程序，還可以通過(guò)設(shè)置變量表在線修改參數(shù)和監(jiān)視變量[21]。將之前硬件和軟件組態(tài)下載。組態(tài)下載前要進(jìn)行端口設(shè)置，在控制面板中的“SET PG/PC Interface”中選擇“S7 Online（STEP7）”，再選擇“PC internal （local）”實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與WinAC SLOT 412的本地連接。用戶可以在WinCC友好的界面下進(jìn)行過(guò)程組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理, 很容易形成需要的操作畫(huà)面、監(jiān)視面面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、越限報(bào)警等[13]。由于所有的控制器制造商都為其硬件提供了相應(yīng)的OPC服務(wù)器，因而事實(shí)上可以不受限制地將各種硬件連接到WinCC。眾多的任選件，將使工廠認(rèn)證更為容易，而這種認(rèn)證為這些工業(yè)領(lǐng)域的各種要求更是提供了非常有說(shuō)服力的全面響應(yīng)。WinCC 還為垂直市場(chǎng)解決方案提供有豐富的選件(options)和附加件(addons)。WinCC集生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合，這在大量應(yīng)用和各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例中業(yè)已證明，包括：汽車(chē)工業(yè)、化工和制藥行業(yè)、印刷行業(yè)、能源供應(yīng)和分配、貿(mào)易和服務(wù)行業(yè)、塑料和橡膠行業(yè)、機(jī)械和設(shè)備成套工程、金屬加工業(yè)、食品、飲料和煙草行業(yè)、造紙和紙品加工、鋼鐵行業(yè)、運(yùn)輸行業(yè)、水處理和污水凈化。如果你想使設(shè)備和機(jī)器最優(yōu)化運(yùn)行，如果你想最大程度地提高工廠的可用性和生產(chǎn)效率，WinCC當(dāng)是上乘之選。 CC 簡(jiǎn)介SIMATIC WinCC是第一個(gè)使用最新的32位技術(shù)的過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開(kāi)放性和靈活性。WINCC指的是Windows Control Center，它是在生產(chǎn)和過(guò)程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板。S7 分布式安全支持安全程序的比較，并使用生成的程序語(yǔ)句簡(jiǎn)化設(shè)備的驗(yàn)收。　　通過(guò)所謂的 F 從標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序中調(diào)出安全程序（例如在一個(gè) OB 中，如 OB 35）。用戶不需另外的工程技能，因?yàn)榫幊淌窃谑煜さ腟TEP 7 環(huán)境中完成的。為此有附帶預(yù)生產(chǎn)、經(jīng) T220。一個(gè)內(nèi)容廣泛的標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)使得程序設(shè)置非常有效率?！　〗Y(jié)構(gòu)編程使得應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。 SIMATIC 管理器不僅考慮到 CPU，而且考慮到整個(gè)設(shè)備 – 與解決方案由多少控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和 HMI 設(shè)備組成無(wú)關(guān)。圖 STEP 7中的模塊的參數(shù)化　　使用 STEP 7 通過(guò)圖形操作面板確定項(xiàng)目中的通訊連接。因此不必再進(jìn)行硬件設(shè)置。STEP 7 以此支持整個(gè)的工程流程。根據(jù)流程圖和具體工藝，可以方便地編制出PLC的程序梯形圖。 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)軟件主要是PLC控制器內(nèi)程序的設(shè)計(jì)。第四章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分，下位機(jī)軟件是PLC內(nèi)的程序，主要用于控制參數(shù)和與上位機(jī)之間的通信。 壓力調(diào)節(jié)器變頻調(diào)節(jié)器接觸器組PLC保護(hù)報(bào)警壓力傳感器放大器水泵供水管 恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理框圖系統(tǒng)由壓力傳感器部分、可編程序控制器PLC、變頻調(diào)速器、接觸器組和供水泵等部分組成，形成供水壓力負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動(dòng)確定泵組的水泵的循環(huán)運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量[16]。系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。,當(dāng)溫升過(guò)快,即：Vm（，也預(yù)存于PLC數(shù)據(jù)寄存器中)時(shí)也輸出關(guān)斷電平,使三相電熱絲停止加熱。間斷電平的占空比采用非線性計(jì)算，現(xiàn)使用的計(jì)算公式為：經(jīng)測(cè)試比較，該計(jì)算方法提高了低溫時(shí)的加熱速度，運(yùn)行效果較好。可見(jiàn)系統(tǒng)是以改變占空比的控制電平來(lái)適應(yīng)爐溫可能出現(xiàn)的變化，并且以調(diào)節(jié)加熱速度的方式補(bǔ)充或減少供電加熱的功率進(jìn)行自適應(yīng)恒溫控制。電爐加料或出料等外界因素會(huì)使?fàn)t溫降低或升高，這時(shí)候Vt會(huì)自動(dòng)升高或降低。進(jìn)入恒溫階段，即To=T或ToT177。隨著Vt的下降，為減小熱慣性對(duì)溫度控制速度和精度的影響，系統(tǒng)自動(dòng)修改控制參數(shù)，使間斷控制電平的占空比也下降，可控硅平均導(dǎo)通電流減小，即加熱電功率逐步減小，減緩加熱速度，以便于溫度的精確控制。系統(tǒng)將溫度設(shè)定值和爐溫測(cè)定反饋值進(jìn)行比較，生成溫差電壓V作為溫差信號(hào),當(dāng)爐溫T遠(yuǎn)低于設(shè)定溫度To時(shí)，PLC輸出全通電平，可控硅全通，快速滿功率加熱。隔離電路起PLC和可控硅電路之間的輸入輸出隔離作用。該儀表能實(shí)時(shí)顯示和記錄設(shè)定控制溫度和爐體測(cè)量溫度，可設(shè)定連接熱電偶的溫度補(bǔ)償功能，可將熱電偶反饋的爐溫信號(hào)經(jīng)濾波轉(zhuǎn)換為420mA的標(biāo)準(zhǔn)電流號(hào)。 恒溫控制系統(tǒng)智能型溫度器用于將溫度設(shè)定值和熱電偶爐溫反饋值進(jìn)行比較，生成溫差電壓。pc（內(nèi)有wincc和STEP7）cpu （ET200s） 電加熱爐PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)電阻加熱爐大多采用簡(jiǎn)單位式恒溫控制方式，溫控精度不高。ET200S上配有電源模塊（即PM模塊）、開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入輸出模塊（即：DI、DO、AI、AO模塊）。同時(shí)，PC機(jī)上裝有編程組態(tài)軟件STEP7和監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC，構(gòu)成控制主站。其中在PC機(jī)內(nèi)的PCI插槽上插有一塊SLOT PLC（CPU4122 PCI），即WinAC SLOT 412, 它是一種置于PC的PCI總線的板卡式PLC控制器，可實(shí)現(xiàn)與S7300系列處理器CPU4122DP相同的控制功能，其操作控制性能和指令集也與西門(mén)子S7300控制器系列一致，板卡上同時(shí)集成了MPI、PROFIBUSDP通訊接口。除周期性數(shù)據(jù)傳輸外, PROFIBUS DP 還提供了智能化設(shè)備所需要的非周期性通訊以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。PROFIBUS DP具有快速、即插即用、高效低成本等優(yōu)點(diǎn)。由分散和外圍設(shè)備PROFIBUS DP （Decentralized Periphery）、報(bào)文規(guī)范PROFIBUS FMS（Fieldbus message Periphery）、過(guò)程自動(dòng)化PROFIBUS – PA（Process Automation）組成PROFIBUS系列。由于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是開(kāi)放的、不依賴生產(chǎn)廠家通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，所以在各種工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，PROFIBUS是當(dāng)今國(guó)際上現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)重要的組成部分。為適應(yīng)各種場(chǎng)合和不同控制溫度的要求，控制系統(tǒng)能使用K、B、J等不同型號(hào)的熱電偶。因此本控制系統(tǒng)能連續(xù)監(jiān)測(cè)控制過(guò)程狀態(tài)，根據(jù)控制過(guò)程動(dòng)態(tài)特性及時(shí)測(cè)定過(guò)程偏差并自動(dòng)整定控制參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)溫度的準(zhǔn)確控制。由于熱慣性的存在，使得爐溫控制過(guò)程在電加熱功率與控制溫度之間具有純滯后量大（爐溫滯后于加熱功率）和非線性的特點(diǎn)[15]。通常加熱爐采用熱電偶進(jìn)行爐溫測(cè)量，生成毫伏級(jí)的的電壓信號(hào)?！　?）提高了系統(tǒng)的工作頻率。3 系統(tǒng)特點(diǎn)及分析[12]　　1）改善了過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量。根據(jù)擾動(dòng)施加點(diǎn)的位置不同，分種情況進(jìn)行分析：　　1）擾動(dòng)作用于副回路　　2）擾動(dòng)作用于主過(guò)程　　3）擾動(dòng)同時(shí)作用于副回路和主過(guò)程　　分析可以看到：在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。單回路系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，由于串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，具有一定的自適應(yīng)性，在一定程度上可以補(bǔ)償非線性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。 　　4）用于克服被控過(guò)程的非線性 在過(guò)程控制中，一般的被控過(guò)程都存在著一定的非線性。 　　3）用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動(dòng) 　　串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路對(duì)于回路內(nèi)的擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力。使用串級(jí)控制系統(tǒng)，在距離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后較小的位置構(gòu)成副回路，把主要擾動(dòng)包含在副回路中，提高副回路對(duì)系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對(duì)主被控量的影響。在構(gòu)造二次回路時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)滯后較小的副回路，保證快速動(dòng)作的副回路。 控制系統(tǒng)主要特色 1 串級(jí)控制系統(tǒng)在工業(yè)控制系統(tǒng)中[5]：　　1）用于克服被控過(guò)程較大的容量滯后 　　在過(guò)程控制系統(tǒng)中，被控過(guò)程的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等參數(shù)時(shí)，控制要求較高，如果采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求。 液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)液位控制器流量控制器調(diào)節(jié)閥流量對(duì)象液位對(duì)象流量變送器液位變送器 液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)該系統(tǒng)為液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)流量變大時(shí)，流量變送器的輸出增大，從而使控制閥的開(kāi)度減小，使輸出流量減小。 溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)溫度控制器流量控制器調(diào)節(jié)閥流量對(duì)象溫度對(duì)象流量變送器溫度變送器 溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)該系統(tǒng)為溫度流量串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)冷卻水流量變大時(shí)，流量變送器的輸出增大，從而使流量控制閥的開(kāi)度減小，使輸出流量減小。 本系統(tǒng)由PLC進(jìn)行核心控制，控制程序根據(jù)控制狀態(tài)的變化采用PID 算法，使系統(tǒng)的控制精度大幅度提高。本方案采用西門(mén)子S7300系列PLC進(jìn)行信號(hào)的采集、分析以及輸出控制。所以，如何在電加熱爐控制過(guò)程具有復(fù)雜特性的情況下，找到合理、有效的控制方式解決過(guò)程控制的難題，是非常重要的。目前，許多單變量控制系統(tǒng)所以能正常工作，是因?yàn)樵谀承┣闆r下變量之間的耦合程度不高。3．變參數(shù)及強(qiáng)耦合特性。因而時(shí)滯對(duì)象被認(rèn)為是最難控制的對(duì)象之一。在電加熱爐的過(guò)程控制中，存在著時(shí)間純滯后與容量滯后。線性系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)有著比較完善和系統(tǒng)的理論方法，而非線性系統(tǒng)的研究雖然取得了一些新成果，但非線性理論遠(yuǎn)非完善，有很多問(wèn)題尚待研究。當(dāng)系統(tǒng)的非線性不很?chē)?yán)重時(shí)，可用線性系統(tǒng)來(lái)近似，這在工程上是可以接受的。 電加熱爐控制系統(tǒng)分析:電加熱爐的復(fù)雜性及控制的困難性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[14]：1．非線性。 加熱爐溫度對(duì)象開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)曲線根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，打開(kāi)Matlab中的Simulink模塊，選用數(shù)字PID控制，完成各組件連接。帶入已知參數(shù)如下：水的比熱容：C = 水的傳熱系數(shù)：U=水的密度：爐內(nèi)水的質(zhì)量：根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，在MATLAB中進(jìn)行仿真[7]。根據(jù)非穩(wěn)態(tài)下的熱平衡方程可得到：Q= UA（ T T a）+MC Q發(fā)熱量，U總傳熱系數(shù)，A傳熱面積，Ta 冷卻水平均溫度，T加熱爐內(nèi)水溫，M爐內(nèi)水的質(zhì)量，C水的比熱容把式21 整理成一階時(shí)滯模型的形式，即由穩(wěn)態(tài)熱平衡方程，利用對(duì)數(shù)平均溫差的關(guān)系式：F —冷卻水流量，Ti —冷卻水入口溫度To —冷卻水出口溫度將上式進(jìn)行拉氏變換，得到了過(guò)程傳遞函數(shù)為：選擇鍋爐的高為和h=400mm，直徑D=200mm，則傳熱面積A=㎡ 體積V=。本文主要采用機(jī)理分析法來(lái)建立數(shù)學(xué)模型，如下圖所示。機(jī)理分析法是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析，根據(jù)系統(tǒng)中的物理或化學(xué)變化規(guī)律（比如三大守恒定律等），在合理的近似后推導(dǎo)出系統(tǒng)特性方程。第二章 控制方案確定在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中首先要建立數(shù)學(xué)模型[1]。為滿足提高恒溫控制精度的實(shí)際需要，針對(duì)溫控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，由PLC進(jìn)行非線性計(jì)算，采用變參數(shù)(占空比）方式動(dòng)態(tài)控制加熱電功率，使控制系統(tǒng)具有自整定和自適應(yīng)能力，達(dá)到了快速實(shí)現(xiàn)較高精度溫度控制的目的。本文研究的是電加熱爐PLC 控制系統(tǒng)的總體方案，從技術(shù)上分析、研究設(shè)備的控制系統(tǒng)、溫度控制器、加熱用發(fā)熱元件等的選擇和確定。PID 處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法[6]。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。具體內(nèi)容及要求如下：1. 熟悉電加熱爐的工藝流程，掌握溫度、流量、液位等被控對(duì)象的特性；2. 完成控制對(duì)象的數(shù)學(xué)建模及控制系統(tǒng)仿真，確定控制方案，優(yōu)先采用流量變比值控制系統(tǒng)或串級(jí)控制系統(tǒng)；3. 采用PLC作為控制元件，并根據(jù)已知條件，進(jìn)行相關(guān)儀器儀表的計(jì)算與選型；4. 繪制自控專業(yè)部分施工圖圖紙，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。已知：流體介質(zhì)為水，相關(guān)數(shù)據(jù)：閥前壓力；壓降；溫度t = 20176。另外小功率家用鍋爐也適合用可控硅元件。因此國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電加熱鍋爐采用交流接觸器作電功率輸出元件。前者是交流接觸器，后