【正文】 CGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。組態(tài)環(huán)境是生成應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作。也就是，在組態(tài)環(huán)境中根據(jù)使用者要達(dá)到的控制要求去設(shè)計(jì)，運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行您設(shè)計(jì)好的組態(tài)工程。 主控窗口:是工程的主要窗口或主框架。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 用戶窗口:本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù):是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心。也就是，要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里定義一些變量與所要控制的設(shè)備中的變量一一對(duì)應(yīng)，以備建立的各個(gè)用戶窗口調(diào)用。 運(yùn)行策略:本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。比如，當(dāng)監(jiān)控界面有一段說(shuō)明文字是根據(jù)PLC的兩個(gè)輸入點(diǎn)閉合的情況分別顯示不同的內(nèi)容，則就要在運(yùn)行策略窗口做一個(gè)if....then判斷。與其他相關(guān)的硬件相結(jié)合，可以快速、方便地開發(fā)成各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。本設(shè)計(jì)就是使用的通用版。 MCGS的“與設(shè)備無(wú)關(guān)”概念：無(wú)論您使用PLC、儀表、還是使用采集板等設(shè)備，在進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)前的組態(tài)測(cè)試時(shí)，均采用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行，等測(cè)試合格后，再進(jìn)行與設(shè)備連接[15]。主要完成以下功能：實(shí)時(shí)顯示各加熱段的溫度和煤氣總管的壓力，并對(duì)煤氣總管壓力和溫度進(jìn)行上、下限報(bào)警；顯示實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和歷史報(bào)警數(shù)據(jù)。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。薄膜熱電阻是利用電子陰極濺射的方法制造，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，鉑熱電阻的測(cè)溫的范圍一般為零下200~800攝氏度，銅熱電阻為零下40~140攝氏度[16]。2)熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕际且环N感溫元件，是一次儀表，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)， 只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。共有S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。S型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。而R型熱電偶（鉑銠13鉑熱電偶）與S型熱電偶性能相仿。B型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)溫上限高等優(yōu)點(diǎn)。鎳鉻鎳硅熱電偶（K型）其使用溫度為200~1300℃。鎳鉻硅鎳硅熱電偶（N型）其使用溫度為200~1300℃。鎳鉻銅鎳熱電偶（E型）該熱電偶的使用溫度為200~900℃。對(duì)于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境。銅銅鎳熱電偶（T型）測(cè)量溫區(qū)為200~350℃，T型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。其中，K型應(yīng)用于預(yù)熱段，S型應(yīng)用于其它兩端[17]。 壓力和流量的測(cè)量本設(shè)計(jì)中，空氣和煤氣的流量測(cè)量使用的是孔板流量計(jì)。其具體工作原理是：充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，通過(guò)測(cè)量壓差最終計(jì)算出流量。為了解決流量指示的非線性問(wèn)題，需要在檢測(cè)系統(tǒng)中增加一個(gè)非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)（即開方器）。增加一個(gè)開方器后，標(biāo)尺長(zhǎng)度與流量即成為線性關(guān)系： l=Kqm[18] (54) 變送器的選取變送器就是將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。變送器是基于負(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如下圖所示，它包括測(cè)量部分（即輸入轉(zhuǎn)換部分）﹑放大器和反饋部分。反饋部分則把變送器的輸出信號(hào)y轉(zhuǎn)換成放開信號(hào)Zf，再回送至輸入端。由上圖可以求得變送器輸出和輸入之間的關(guān)系為y= (55)式中： K——放大器的放大系數(shù)； F——反饋部分的反饋系數(shù)； C——測(cè)量部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)。溫度變送器有兩線制和四線制之分，各類變送器又有三個(gè)品種，即直流毫伏變送器、熱電偶溫度變送器和熱電偶溫度變送器。由于煤氣易爆，而兩線制的溫度變送器一般用在防爆要求不高的地方，因此本設(shè)計(jì)用的是四線制熱電偶溫度變送器。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再由線性電路消除熱電勢(shì)與溫度的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為4～20mA電流輸出信號(hào)。當(dāng)熱電偶斷絲或接觸不良時(shí)，變送器會(huì)輸出最大值以使儀表切斷電源。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用[20]。在本設(shè)計(jì)中四線制溫度變送器中要用兩個(gè)銅電阻，并且這兩個(gè)電阻的阻值在0℃時(shí)都固定為50Ω。熱電偶溫度變送器的線性化，就是通過(guò)在反饋回路中增加一個(gè)和熱電偶非線性關(guān)系相同非線性回路即可。常用的差壓變送器有力平衡式差壓變送器和電容式差壓變送器兩種，本設(shè)計(jì)使用的是電容式差壓變送器。電容式差壓變送器包括測(cè)量部分和轉(zhuǎn)換放大部分，其構(gòu)成方框圖如下所示。此電容變化量由電容電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成直流電流信號(hào)，電流信號(hào)與調(diào)零信號(hào)的代數(shù)和同反饋信號(hào)進(jìn)行比較，其差值送入放大電路，經(jīng)放大得到整機(jī)的輸出電流I[21]。執(zhí)行機(jī)構(gòu)系指產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)系指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱控制閥（調(diào)節(jié)閥）。液動(dòng)的很少用，而本設(shè)計(jì)由于要對(duì)煤氣進(jìn)行控制，則電動(dòng)也不宜使用，因此本設(shè)計(jì)使用氣動(dòng)執(zhí)行器。閥門定位器是與氣動(dòng)控制閥配套使用的，是氣動(dòng)控制閥的主要附件。閥門定位器能增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少控制信號(hào)的傳遞滯后，克服閥桿的摩擦力和消除不平衡力的影響，加快閥桿的移動(dòng)速度，提高信號(hào)與閥位間的線性度，從而保證控制閥的正確定位。由于閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)，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(yīng)地改變，從而達(dá)到控制工藝變量的目的。它由閥體、擋板、擋板軸和軸封等部件組成。蝶閥的開度與流量之間的關(guān)系，基本上呈線性比例變化。氣動(dòng)碟閥是用隨閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形蝶板做啟閉性,以實(shí)現(xiàn)啟用動(dòng)作的氣動(dòng)閥門主要做截?cái)嚅y使用,亦可設(shè)計(jì)成具有調(diào)節(jié)或段閥兼調(diào)節(jié)的功能，目前碟閥在低壓大中口徑管道上的使用越來(lái)越多。流體阻力較小，中大口徑的氣動(dòng)碟閥全開時(shí)有效流通面積較大，啟閉迅速省力，蝶板旋轉(zhuǎn)90角度即可完成啟閉，由于轉(zhuǎn)軸兩側(cè)碟板手介質(zhì)作用力接近相等，而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向相反，因而啟閉力矩較小，低壓下可實(shí)現(xiàn)良好的密封，碟閥密封材料有丁晴橡膠、氟橡膠，食用橡膠，襯四氟故密封性能良好，其中硬密封碟閥為軟硬層疊式金屬片具有金屬硬密封和彈性密封的重優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論在低溫情況下均具有優(yōu)良的密封性能。由于蝶閥在管路中的壓力損失比較大，大約是閘閥的三倍，因此在選擇蝶閥時(shí)，應(yīng)充分考慮管路系統(tǒng)受壓力損失的影響，還應(yīng)考慮關(guān)閉時(shí)蝶板承受管道介質(zhì)壓力的堅(jiān)固性。蝶閥的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和總體高度較小，開啟和關(guān)閉速度快，且具有良好的流體控制特性，蝶閥的結(jié)構(gòu)原理最適合制作大口經(jīng)閥門。蝶閥的調(diào)節(jié)流量特性均選用等百分比特性，因?yàn)樗m合于調(diào)節(jié)流量、壓力和溫度定值控制系統(tǒng)。結(jié)束語(yǔ)步進(jìn)式加熱爐應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其自動(dòng)控制水平的高低關(guān)系不僅著鋼坯的質(zhì)量和加熱爐的使用壽命即耗能，同時(shí)也關(guān)系著各個(gè)行業(yè)對(duì)鋼材的使用。在本設(shè)計(jì)中，我們可以看出，串級(jí)比值控制系統(tǒng)反應(yīng)速度較快，但是其不能有效控制空氣過(guò)剩系數(shù)的上下限；單交叉限幅控制系統(tǒng)反應(yīng)速度較慢，可是由于其中添加了偏置單元，可以有效控制空氣過(guò)剩系數(shù)的上限值，但不能精確控制空氣過(guò)剩系數(shù)的下限值；雙交叉解決了單交叉控制系統(tǒng)不能有效控制空氣過(guò)剩系數(shù)下限值的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了把空氣過(guò)剩系數(shù)限制在最佳燃燒區(qū)內(nèi)的目的，但是由于雙交叉控制系統(tǒng)有四個(gè)高低選器，所以它的反應(yīng)速度最慢，因此在實(shí)際中應(yīng)用不多。參考文獻(xiàn)[1]翁維勤,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007[2][M].北京:電子工業(yè)出版社,2008[3]張文明,[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006[4]肖兵,[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004[5]周俊霞,[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007[6][M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007[7]張志君,[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007[8][J].華東冶金學(xué)院學(xué)報(bào),1994.[9][J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào),1996[10](綜述)[J].[11][J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),1998[12]桂先洲,[J].國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào),1994.[13][J].唐鋼學(xué)報(bào),1996[14]李檸,[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2001[15] 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