畢業(yè)設(shè)計蓄熱式步進加熱爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書課題名稱蓄熱式步進加熱爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計學 院 電氣信息學院專業(yè)班級姓 名學 號畢業(yè)設(shè)計（論文）的工作內(nèi)容:(1) 了解蓄熱式步進加熱爐的裝置及其電氣自動化結(jié)構(gòu)；(2) 對爐區(qū)電氣控制方案設(shè)計，完成蓄熱式步進加熱爐的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計；(3) 結(jié)合現(xiàn)有的文獻資料，對本設(shè)計進行總結(jié)； (4) 完成5000字英文資料的翻譯。起止時間：2013年2月24日至2013年6月8日共15周指 導 教 師簽 字系 主 任簽 字院 長簽 字摘 要蓄熱式步進加熱爐具有規(guī)模大，爐內(nèi)熱值利用率高，板坯加熱均勻等特點，是現(xiàn)階段軋鋼生產(chǎn)中比較先進的加熱設(shè)備。在軋鋼生產(chǎn)過程中，保障加熱爐的正常運行，

2、是整個熱軋線生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟、高效運行的基礎(chǔ)。本文首先對蓄熱式步進加熱爐的相關(guān)設(shè)備如：裝出鋼機、步進機械、裝出爐輥道以及板坯跟蹤等進行了深入分析和研究，給出了具體的控制策略和算法。為了滿足高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能和無公害及生產(chǎn)操作自動化程度高的工藝要求，本系統(tǒng)設(shè)計在充分考慮到系統(tǒng)功能的完備性和技術(shù)先進性后，采用了儀電一體化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)操作自動化與物料系統(tǒng)的全線跟蹤管理，本文設(shè)計將自動化控制系統(tǒng)分為二級，即基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)級（簡稱 L1 級 PLC 控制級）與過程計算機控制系統(tǒng)級（L2 計算機控制系統(tǒng)級）。在基礎(chǔ)自動化級，本文著重對裝爐側(cè)電氣控制，爐底步進機械控制，出爐側(cè)電氣控制等進行了分析

3、和設(shè)計；而后，對本文的主要動力來源液壓系統(tǒng)以及板坯庫、其他單體設(shè)備等進行了簡要的分析和探討。最后針對熱軋生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)中典型的液壓傳動速度控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞： 蓄熱式步進加熱爐 儀電一體化的系統(tǒng) 電氣控制 PLCAbstractThe walking beam heating furnace has large scale of productivity, high utilization of heating capacity and the uniformity of heating effect. It is one kind of the advanced heating furna

4、ces. The electrical control system is the key to the high performance of the walking beam heating furnace. The paper has researched the related key equipment of walking beam regenerative reheating furnace, such as: loader machine, unloaded machine, walking system, series transfer roll. On this basis

5、, the paper has given the specific control strategies and algorithms. Therefore, in order to meet the high-yield, high-quality, low consumption, energy saving and pollution-free and high automation requirements，we design the system of electromechanical integration. In the other side, in order to ach

6、ieve automation and material tracking and management, we divided the automatic control system into two parts. They are basic automation system (L1-level PLC control) and process computer control system (L2 level). In the basic automation level, the paper analyzes and designs the electr ic control in

7、 charging sides and discharge side, step mechanical control in the bottom and so on .Then the paper discusses hydraulic systems which is the main power sources，slab yard, other individual equipments. Finally considering hydraulic speed control system in electrical control system of hot rolling produ

8、ction line, the paper has given model and Simulation.Keywords: Regenerative Warking-Beam Reheating Furnace; Electromechanical Integration; Electric Control; PLC目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄III第1章 緒論11.1 研究背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1步進式爐的現(xiàn)狀11.2.2蓄熱式爐的現(xiàn)狀21.3 加熱爐控制系統(tǒng)的概況21.3.1 PLC及DCS控制技術(shù)31.3.2全數(shù)字式傳動技術(shù)的應(yīng)用31.3.3現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)

9、用31.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用31.4 本課題的主要研究工作4第2章 加熱爐本體系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)52.1 加熱爐本體系統(tǒng)電氣控制5助燃風機的控制52.1.2煤氣側(cè)引風機的控制52.1.3空氣側(cè)引風機的控制52.1.4點火風機的控制52.1.5煤氣主管電動蝶閥的控制52.1.6風冷管電動閥62.1.7裝鋼機的控制62.1.8出鋼機的控制62.1.9裝料爐門升降裝置的控制62.1.10出料爐門升降裝置的控制62.1.11步進梁的控制72.2 加熱爐本體系統(tǒng)儀表控制72.2.1蓄熱燒嘴燃燒控制72.2.2爐膛溫度調(diào)節(jié)82.2.3空燃比控制調(diào)節(jié)82.2.4爐膛壓力調(diào)節(jié)82.3 汽化冷卻系統(tǒng)電氣控

10、制82.3.1 循環(huán)泵的控制82.3.2 給水泵的控制82.3.3 軟水泵的控制82.4 汽化冷卻系統(tǒng)儀表控制92.4.1 汽包水位調(diào)節(jié)92.4.2 汽包壓力控制92.4.3 除氧器水位調(diào)節(jié)92.4.4 除氧器壓力控制92.4.5 軟水箱水位調(diào)節(jié)92.5 本章小結(jié)9第3章 電氣自動化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)103.1 加熱爐基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（L1）103.1.1 主機及PLC103.1.2 操作站及遠程I/O113.1.3 軟件開發(fā)平臺113.2 L2級計算機系統(tǒng)123.2.1 硬件配置123.2.2 計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺123.3 加熱爐溫度控制系統(tǒng)133.3.1 系統(tǒng)工作原理133.3.2 PID控制

11、器基本概念133.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點143.4 PLC的基本概念153.5 本章小結(jié)17第4章 爐區(qū)電氣控制設(shè)計184.1 加熱爐電控的操作方式184.2 板坯庫的電氣控制184.3 裝爐側(cè)電氣控制19上料控制19板坯稱重及測量21爐前輥道控制21入爐定位輥道22裝鋼控制25裝料爐門294.4 爐底步進機械電氣控制294.4.1步進梁升降304.4.2步進梁平移314.4.3步進梁周期動作324.4.4步進梁的保護334.4.5報警334.4.6與其他設(shè)備的連鎖344.5 出爐側(cè)電氣控制344.5.1出鋼控制344.5.2出爐輥道控制374.5.3出料爐門升降裝置374.6 板坯跟蹤38

12、4.6.1跟蹤斷的劃分38輥道跟蹤38加熱區(qū)跟蹤394.6.4跟蹤轉(zhuǎn)換394.7 輥道間的配合運行404.8 本章小結(jié)40結(jié)論41參考文獻42致謝43第1章 緒論1.1 研究背景 能源的競爭是鋼鐵工業(yè)正在面臨的挑戰(zhàn)，降低能源消耗、建立環(huán)境友好的鋼鐵企業(yè)已經(jīng)成為鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要方面，也是鋼鐵工業(yè)利潤增長的一個重要的基礎(chǔ)工作。中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃的建議中也提出，“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗要比“十五”期末降低20%左右，重點抓好冶金、建材、化工、電力等行業(yè)的節(jié)能降耗工作。軋鋼加熱爐的能源消耗約占冶金行業(yè)能源消耗的10%左右，其中軋鋼加熱爐又占了7

13、5%至80%。中國冶金行業(yè)的軋鋼加熱爐在產(chǎn)量、爐型結(jié)構(gòu)、機械化、自動化水平及理論操作上與國外還存在一定的差距，爐子噸鋼燃耗高、效率低，造成了能源的極大浪費因此提高加熱爐效率、搞好加熱爐節(jié)能工作，是降低軋鋼生產(chǎn)成本，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效方法之一。 因此，要想提高燃料利用率，降低能源消耗，減少鋼坯氧化燒損，提高加熱質(zhì)量，從而充分創(chuàng)造整個軋線生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，就要合理地選用加熱爐。爐型結(jié)構(gòu)的選擇：爐型結(jié)構(gòu)是加熱爐節(jié)能與否的先天性條件，因此在加熱爐新建時應(yīng)該盡量考慮到加熱爐節(jié)能的需要。爐型結(jié)構(gòu)的新建或改造，要使燃料燃燒盡可能多的在爐膛內(nèi)發(fā)生，減少出爐膛的煙氣熱損失；要盡可能多的江煙氣余熱回收

14、到爐膛中來，提高爐子的燃料利用系數(shù)；盡量的減少爐膛各項固定熱損失，提高爐子熱效率。 減少爐膛熱損失：爐膛熱損失主要包括水冷、爐門輻射、逸氣、爐襯散熱等熱量損失。減少這部分熱量可以大幅度降低單耗。 煙氣余熱的回收利用：造成大量熱損失的主要原因還有煙道系統(tǒng)熱損失及換熱器換熱效率不高。 換熱器的合理選擇：燃燒器作為加熱裝置，越來越得到人們的重視，燃燒器的技術(shù)進步也飛速發(fā)展，應(yīng)用比較廣泛，因此要選擇加熱質(zhì)量和節(jié)能效果比較好的燃燒器。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1步進式爐的現(xiàn)狀 美國米蘭德公司于 1967 年 4 月成功設(shè)計出了世界上第一座步進梁式加熱爐。同年 5 月由日本中外爐公司為名古屋鋼鐵廠設(shè)計

15、的第二座步進梁式加熱爐也成功面世。從此加熱爐進入了步進式爐的時代。 相對于其他爐型，步進梁式加熱爐的優(yōu)點顯而易見。其具體優(yōu)點如下： 鋼料靠步進梁的運動在爐內(nèi)通過，因此鋼料之間可以留出間隙，不會產(chǎn)生粘結(jié)，鋼料之間空出一定間隙，還能縮短加熱時間，對氧化、脫碳要求嚴格的鋼料，還因縮短在爐時間而能減少氧化和脫碳。 鋼料和步進梁之間沒有摩擦，避免鋼料表面在加熱過程中產(chǎn)生劃傷。 爐子長度不受推鋼長度的限制。 外形不太規(guī)整和厚薄不同的鋼料在裝護時不受限制。 爐內(nèi)鋼料在必要時可以利用步進機構(gòu)全部出空或退空，修爐時可以縮短停爐時間，減輕出空爐子的勞動強度，待軋時可將鋼料倒退一段距離，這樣避免了出料端鋼料的冷卻和

16、氧化、脫碳。 通過改變鋼料之間的間隙、步進梁的水平行程和步進周期的時間，使加熱操作比較靈活。例如當爐子產(chǎn)量降低時可將鋼料間距加大，減少爐內(nèi)裝料量，但鋼料在爐內(nèi)加熱的時間不變。 我國的鋼鐵生產(chǎn)起步較晚，在建國后雖有所發(fā)展，但受歷史和技術(shù)原因，七十年代仍處于世界落后。八十年代后，在國家經(jīng)濟建設(shè)的號召下，大量引入外國先進技術(shù)，國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)有了長足進步。至今為止北京鋼鐵設(shè)計研究總院已經(jīng)設(shè)計投產(chǎn)了 40 余座步進爐，已遍及熱連軋、型鋼、棒線材、帶鋼、無縫管、開坯、鍛壓等鋼廠以及鋼帶廠，1994 年相繼投產(chǎn)的太鋼、梅山熱連軋廠的步進梁式爐，額定產(chǎn)量分別為180t/h和280t/h，重慶鋼鐵設(shè)計研究院為攀鋼

17、1450熱連軋廠設(shè)計的步進梁式爐，額定產(chǎn)量為 150t/h，也在 1992 年投產(chǎn)。從此國內(nèi)進入步進式加熱爐的時代。1.2.2蓄熱式爐的現(xiàn)狀 國外蓄熱式加熱爐的應(yīng)用概況 用蓄熱室來預(yù)熱空氣和燃料是一項較早的技術(shù), 早在19世紀中期就開始應(yīng)用于高爐、熱風爐、焦爐等規(guī)模大且溫度高的爐子, 但傳統(tǒng)的蓄熱室采用格子磚為蓄熱體、傳熱效率低、蓄熱室體積龐大, 其換向閥結(jié)構(gòu)復雜、效率比較低, 換向周期長, 因此沒有得到重視。由于 20 世紀 70 年代的能源危機后, 節(jié)能工作得到各個國家的重視, 加之科學技術(shù)的不斷進步出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠性強的換向系統(tǒng)。1982 年英國 Hot Work Deve

18、lopment 公司和 British Gas 研究院合作, 成功開發(fā)出第一座使用陶瓷小球作為蓄熱體的新型蓄熱式加熱爐，節(jié)能效果顯著。近 10 年來蓄熱式燃燒技術(shù)得到長足發(fā)展, 很多國家都在研究各種蓄熱式燒嘴和高效蓄熱式燃燒技術(shù)以及高風溫燃燒技術(shù)。 國內(nèi)蓄熱式加熱爐的應(yīng)用概況 我國蓄熱式加熱爐的開發(fā)研究雖然起步較晚，但在國內(nèi)科研院和軋鋼企業(yè)的共同推動下得到了蓬勃發(fā)展。1.3 加熱爐控制系統(tǒng)的概況 目前加熱爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用有以下主要技術(shù)：1.3.1 PLC及DCS控制技術(shù)隨著時代的進步和自動化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC 和 DCS 已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的控制系統(tǒng)，它將計算機網(wǎng)絡(luò)技

19、術(shù)應(yīng)用到基礎(chǔ)自動化級和過程控制管理級中同時還采用了 Field Bus 現(xiàn)場總線技術(shù)進行通訊。在以前，對于大規(guī)模的系統(tǒng)通常采用 PLC 作為其電控系統(tǒng)部分，而采用 DCS 作為其回路控制即過程量控制。近年來 DCS 增強了邏輯控制的功能，同樣 PLC 也加強了回路控制的功能，且彼此能互相覆蓋。但對于加熱爐來說通常采用 DCS 來控制儀表系統(tǒng)，因為儀表系統(tǒng)的控制比較復雜，而開關(guān)量的控制卻相對簡單。電氣控制系統(tǒng)則對 PLC的開環(huán)模擬量循環(huán)控制周期、采樣刷新周期、模擬量分辨等有嚴格的要求。因此要保證步進梁的檢測控制精度，減少坯料從入爐到出爐的跟蹤誤差，最好采用高速PLC優(yōu)化軟件設(shè)計，以保障系統(tǒng)的正常

20、運行。1.3.2全數(shù)字式傳動技術(shù)的應(yīng)用全數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展而日趨完善。由于其具有模擬系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，即高智能化的數(shù)字系統(tǒng)，使其具備了高性能的靜、動態(tài)特性以及可靠性高，體積小，免維護，調(diào)試方便等特點。讓其成為近幾年各工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最為廣泛應(yīng)用的調(diào)速裝置。如今全數(shù)字化的交流逆變裝置和全數(shù)字化的可控硅整流裝置己經(jīng)徹底替代了原來的模擬控制的直交流供電裝置。1.3.3現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用 現(xiàn)場總線有人把它定義為數(shù)字化、開放式、多點通信技術(shù)；也有人把它稱為應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的系統(tǒng)。因此，現(xiàn)場總線既是自控系統(tǒng)，又是通信網(wǎng)絡(luò)。首先作為自動化系統(tǒng)，

21、它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了非常大的變化，是一種由網(wǎng)絡(luò)集成的自動化系統(tǒng)。所以它的最顯著特點是通過網(wǎng)絡(luò)信號的傳送聯(lián)絡(luò)，由單個節(jié)點或者多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來共同完成所要實現(xiàn)的控制功能。其次作為通信網(wǎng)絡(luò)，它所傳送的是開關(guān)閥門，接通、關(guān)斷電源的指令與數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到處于運行操作過程之中的設(shè)備、人身的安全，要求信號能夠在電磁干擾、噪聲、粉塵等較為惡劣的環(huán)境下準確、及時地到位，同時還要具備報文簡短、節(jié)點分散等特征。1.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用 計算機網(wǎng)絡(luò)，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算

22、機系統(tǒng)。通俗地講就是由多臺計算機（或其它計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）通過傳輸介質(zhì)和軟件物理（或邏輯）連接在一起組成的?？偟膩碚f計算機網(wǎng)絡(luò)的組成基本上包括：計算機、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)（可以是有形的，也可以是無形的，如無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)就是看不見的電磁波）以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件四部分。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了面向終端的單級計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機網(wǎng)絡(luò)對計算機網(wǎng)絡(luò)和開放式標準化計算機網(wǎng)絡(luò)三個階段。計算機網(wǎng)絡(luò)的功能主要表現(xiàn)在硬件資源共享、軟件資源共享和用戶間信息交換三個方面。1.4 本課題的主要研究工作蓄熱式步進加熱爐具有規(guī)模大，爐內(nèi)熱值利用率高，板坯加熱均勻等特點，是現(xiàn)階段軋鋼生產(chǎn)中比較先進的加熱設(shè)備。在軋鋼生產(chǎn)過程中

23、，保障加熱爐的正常運行，是整個熱軋線生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟、高效運行的基礎(chǔ)。 查閱現(xiàn)有文獻對蓄熱式步進加熱爐的相關(guān)設(shè)備如：裝出鋼機、步進機械、裝出爐輥道以及板坯跟蹤進行初步的研究和分析，提出了相關(guān)的控制策略和算法。設(shè)計實現(xiàn)操作自動化與物料系統(tǒng)的全線跟蹤管理，著重對裝爐側(cè)電氣控制，爐底步進機械控制，出爐側(cè)電氣控制等進行了分析和設(shè)計。第2章 加熱爐本體系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)2.1 加熱爐本體系統(tǒng)電氣控制助燃風機的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 聯(lián)鎖控制要求：風機運行過程中如有系統(tǒng)故障時，自動停機。2.1.2煤氣側(cè)引風機

24、的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 聯(lián)鎖控制要求：風機運行過程中如有系統(tǒng)故障時，自動停機。2.1.3空氣側(cè)引風機的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 聯(lián)鎖控制要求：風機運行過程中如有系統(tǒng)故障時，自動停機。2.1.4點火風機的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。2.1.5煤氣主管電動蝶閥的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制

25、條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。2.1.6風冷管電動閥 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。2.1.7裝鋼機的控制 坯料裝鋼機主要由托料桿、托料桿平移機構(gòu)、托料桿升降機構(gòu)等組成。在滿足允許裝坯料條件下，按照下列順序進行控制： 前進推鋼（推正）推正后退上升（托鋼）前進（送鋼）下降（放鋼）后退。 裝鋼機退回原始位置完成一次裝鋼過程。當裝鋼機到達中后位時，發(fā)出關(guān)閉裝鋼爐門命令。2.1.8出鋼機的控制 出鋼機主要由托料桿、托料桿平移機構(gòu)、托料桿升降機構(gòu)等組成。運行動作：

26、前進：首先半開出鋼爐門，出鋼機托料桿由原始位置開始向爐內(nèi)快速移動，當接近坯料時減速并最后停在目標位置。 上升：出鋼機升降電機動作，托料桿上升將固定梁上的坯料托起，同時出鋼爐門全開。 后退：出鋼機后退，將托料桿上托起的坯料運出爐外，并發(fā)出關(guān)閉出鋼爐門命令。 下降：出鋼機托料桿下降，將坯料放到輥道上，返回原始位置，完成整個出鋼動作。2.1.9裝料爐門升降裝置的控制 當收到裝鋼爐門開啟命令時爐門開始上升；當收到裝鋼爐門關(guān)閉命令時爐門開始下降。2.1.10出料爐門升降裝置的控制 當收到出鋼爐門開啟命令（在出鋼機發(fā)出托鋼指令的同時發(fā)出開啟出鋼爐門命令） 時爐門開始上升；當收到出鋼爐門關(guān)閉命令（出鋼機完成

27、一次出鋼過程向原始位置退回過程中，到達中后位時發(fā)出出鋼爐門關(guān)閉命令）時爐門開始下降。2.1.11步進梁的控制 步進梁的運行方式有： （1）正循環(huán)： 步進梁從原始位置（后下位）開始上升前進下降后退回到原始位置，完成一個正循環(huán)，使坯料前進一步，這是通常采用的運轉(zhuǎn)方式。 （2）逆循環(huán)： 步進梁從原始位置（后下位）開始前進上升后退下降回到原始位置，完成一個逆循環(huán)，使坯料后退一步，這是故障時采用的手動運轉(zhuǎn)方式。步進梁的運動控制。 步進梁的基本動作分為升降運動及水平運動，運動速度由液壓系統(tǒng)比例閥來控制，步進梁的運動極限位置以及運動速度改變點（位置）分別由升降缸內(nèi)置線性位移傳感器和平移缸內(nèi)置線性位移傳感器來

28、確定。2.2 加熱爐本體系統(tǒng)儀表控制 該加熱爐分三段控制，即預(yù)熱段、加熱段、均熱段。2.2.1蓄熱燒嘴燃燒控制 每個蓄熱燒嘴通過4個快切閥控制換向（空氣快切閥、煤氣快切閥、空氣側(cè)排煙快切閥、煤氣側(cè)排煙快切閥），每個快切閥帶一個氣缸，每個氣缸有開、關(guān)限位，為保證同步，空、煤氣快切閥共用一個電磁閥，空、煤氣側(cè)排煙快切閥共用一個電磁閥，空、煤氣側(cè)排煙快切閥帶有溫控開關(guān)，排煙溫度過高時自動切斷。 分時間換向和手動換向兩種模式。 換向過程： （1）開始狀態(tài)，所有快切閥狀態(tài)為關(guān)，有關(guān)到位信號；壓缸驅(qū)動， （2）燃燒周期 燃燒狀態(tài)：確認排煙快切閥處于關(guān)閉狀態(tài)。打開空、煤氣燃燒電磁閥，空、煤氣快切閥同時打開，

29、快切閥開關(guān)時間一般為1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過2s沒有開到位信號，則報警。 燃燒關(guān)閉：關(guān)閉空、煤氣電磁閥，空、煤氣快切閥同時關(guān)閉，快切閥開關(guān)時間一般為1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過2s沒有開到位信號，則報警。此時排煙快切閥也為關(guān)閉狀態(tài)。 （3）排煙周期 排煙狀態(tài)：確認燃燒快切閥處于關(guān)閉狀態(tài)。打開空、煤氣排煙電磁閥，空、煤氣排煙快切閥同時打開，快切閥開關(guān)時間一般為1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過2s沒有開到位信號，則報警。 排煙關(guān)閉：關(guān)閉空、煤氣排煙電磁閥，空、煤氣排煙快切閥同時關(guān)閉，快切閥開關(guān)時間一般為1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過2s沒有開到位信號，則報警。此時燃燒

30、快切閥也為關(guān)閉狀態(tài)。 時間換向：正常換向都是時間換向，一個換向周期分四段：燃燒時間、燃燒停止時間、排煙時間、排煙停止時間。每個時間可由系統(tǒng)和人工設(shè)定。換向周期調(diào)試時確定。 強制換向：由操作人員或系統(tǒng)，在沒有完成換向周期時，強制結(jié)束。2.2.2爐膛溫度調(diào)節(jié) 通過各段的煤氣流量調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。2.2.3空燃比控制調(diào)節(jié) 通過各段的空煤氣流量調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。根據(jù)各段煤氣流量，調(diào)整各段空氣流量調(diào)節(jié)閥，使空氣量與煤氣量匹配。2.2.4爐膛壓力調(diào)節(jié) 通過每段燒嘴的排煙來調(diào)節(jié)爐膛壓力。2.3 汽化冷卻系統(tǒng)電氣控制2.3.1 循環(huán)泵的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動聯(lián)鎖關(guān)系滿足后，點擊啟動按

31、鈕。 停止控制條件：停機聯(lián)鎖關(guān)系滿足或停止條件滿足后點擊停止按鈕。2.3.2 給水泵的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動聯(lián)鎖關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停機聯(lián)鎖關(guān)系滿足或停止條件滿足后點擊停止按鈕。2.3.3 軟水泵的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動聯(lián)鎖關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停機聯(lián)鎖關(guān)系滿足或停止條件滿足后點擊停止按鈕。2.4 汽化冷卻系統(tǒng)儀表控制2.4.1 汽包水位調(diào)節(jié) 汽包水位調(diào)節(jié)由汽包給水流量調(diào)節(jié)閥進行汽包水位三沖量自動調(diào)節(jié)，使得給水流量隨著負荷的變動調(diào)整得當。2.4.2 汽包壓力控制 檢測汽包壓力，將此作為汽包壓力

32、指示調(diào)節(jié)計的輸入信號，以保持汽包壓力固定在一定范圍之內(nèi)。2.4.3 除氧器水位調(diào)節(jié) 由除氧器給水流量調(diào)節(jié)閥進行除氧器水位自動調(diào)節(jié)，保持除氧器水位固定在一定的范圍內(nèi)。2.4.4 除氧器壓力控制 檢測除氧器壓力，將此作為除氧器壓力指示調(diào)節(jié)計的輸入信號。通過蒸汽量的控制保持除氧器壓力固定。2.4.5 軟水箱水位調(diào)節(jié) 由軟水箱進水流量調(diào)節(jié)閥進行軟水箱水位自動調(diào)節(jié)。為保持軟水箱水位保持在一定的范圍內(nèi)而進行給水量的控制。2.5 本章小結(jié)本章詳細介紹了加熱爐的本體系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)的電氣控制及其儀表控制。加熱爐本體系統(tǒng)從助燃風機的控制、煤氣側(cè)引風機的控制、空氣側(cè)引風機的控制、點火風機的控制、煤氣主管電動蝶閥

33、的控制、風冷管電動閥、裝鋼機的控制、出鋼機的控制、裝料爐門升降裝置的控制、出料爐門升降裝置的控制、步進梁的控制等介紹其電氣控制；從蓄熱燒嘴燃燒控制、爐膛溫度調(diào)節(jié)、空燃比控制調(diào)節(jié)、爐膛壓力調(diào)節(jié)等介紹其儀表控制。汽化冷卻系統(tǒng)從循環(huán)泵的控制、給水泵的控制、軟水泵的控制等介紹其電氣控制；從汽包水位調(diào)節(jié)、汽包壓力控制、除氧器水位調(diào)節(jié)、除氧器壓力控制、軟水箱水位調(diào)節(jié)等介紹其儀表控制。第3章 電氣自動化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本加熱爐自動化控制系統(tǒng)分為二級。L1 級：即電控和儀控系統(tǒng)，主要完成加熱爐區(qū)的順控、裝出鋼機的 APC 控制、步進梁控制、板坯的定位控制和坯料跟蹤、汽化冷卻系統(tǒng)、板坯稱的設(shè)備控制、液壓站的設(shè)備控制

34、、加熱爐燃燒控制、介質(zhì)的測量和控制等。L2 級：計算機控制系統(tǒng)，主要完成加熱爐爐內(nèi)的坯料跟蹤、自動燃燒控制/數(shù)據(jù)設(shè)定、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、實績數(shù)據(jù)處理、以及畫面和報表等功能，來滿足工藝和設(shè)備的控制要求。3.1 加熱爐基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（L1）3.1.1 主機及PLC 基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)（L1 級）采用美國 GE PLC 的和Versa Max 分布式 I/O 用于加熱爐電氣、儀表控制系統(tǒng)。與Versa Max 分布式 I/O站之間，通過 90-70 系列智能 I/O 總線控制器（GBC）與 Versa Max Genius 接口單元（NIU）的 Genius 總線通訊；Versa Max 分布式 I/O

35、 站之間，均采用Versa Max Genius 接口單元（NIU） 的 Genius 總線通訊；儀表、電氣的 控制器均通過以太網(wǎng)與GE 的交換機連接，并通過交換機與 HMI 的服務(wù)器連接，從而構(gòu)成儀表、電氣一體化控制系統(tǒng)。I/O 量考慮 15%備用量，每臺 PLC 中每種 I/O 點至少備用 1 點，重要的輸出點采用隔離方式。CPU 負荷率<60%，采用 EPROM 存儲卡。PLC 裝置設(shè)主站和遠程 I/O 站，主站內(nèi)配置 CPU 模塊，通信模塊和 I/O 接口模塊，遠程站內(nèi)配置通信模塊，遠程 I/O 接口模塊，主站和遠程 I/O 站之間采用 profibus現(xiàn)場總線通信，如通信距離大

36、于 150m 則采用光纜。為此整個 L1（基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)）設(shè) 11 套 PLC 控制系統(tǒng)： PLC01：1 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC02：1 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)監(jiān)控。 PLC03：2 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC04：2 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)監(jiān)控。 PLC05：3 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC06：3 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)監(jiān)控。 PLC07：4 號爐裝、出鋼機，步進機械，泵，電動閥等設(shè)備控制。 PLC08：4 號爐溫度、壓力、流量控制，汽化冷卻系統(tǒng)

37、監(jiān)控。 PLC09：爐區(qū)輥道控制、核對輥道稱重裝置控制。 PLC010：板坯庫輥道控制。 PLC011：爐區(qū)公輔設(shè)施，包括 14 號爐的助燃風機及閥門、給水除氧泵站、板坯稱液壓站。加熱爐電控 PLC 系統(tǒng)主要控制裝鋼機、出鋼機、裝料爐門、出料爐門、步進梁、液壓站等設(shè)備的各種信號、數(shù)據(jù)的采集，輸入輸出信號的變換、處理、顯示聯(lián)鎖報警、邏輯控制等功能。集中水泵站 PLC 系統(tǒng)主要完成對集中水泵站、液壓站、風機的監(jiān)視和控制。輥道 PLC 主要完成對爐前輥道、爐后輥道的設(shè)備控制。設(shè)置 2 臺編程器，用于 L1 系統(tǒng)組態(tài)、程序編制、系統(tǒng)維護等。3.1.2 操作站及遠程I/O 操作站采用服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)，

38、服務(wù)器和客戶端之間采用 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)連接。客戶端作為操作站。設(shè)置 2 臺加熱爐區(qū) HMI 服務(wù)器，安裝在基礎(chǔ)自動化室內(nèi)。基礎(chǔ)自動化室設(shè)置 2 臺工程師站。入爐操作室設(shè)置 2 套 HMI 操作站。加熱爐操作室設(shè) 9 套 HMI 操作站，分別對 14 號加熱爐的儀表-電氣進行集中監(jiān)控和操作（每臺操作站均可對 14 號加熱爐儀表、電氣進行操作）；14 號加熱爐基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)（L1 級）的操作站和服務(wù)器，以及二級計算機（L2 級）均建立在同一個以太網(wǎng)上，共同構(gòu)成三電自動化控制系統(tǒng)?；A(chǔ)自動化控制系統(tǒng)（L1 級）與二級計算機（L2 級）通過以太網(wǎng)進行通訊。除必須直接送PLC的信號除外，

39、高溫環(huán)境的現(xiàn)場檢測和控制信號通過設(shè)置在現(xiàn)場的遠程I/O送控制室的各PLC，現(xiàn)場儀表設(shè)備的檢測和控制信號通過設(shè)置在現(xiàn)場的遠程I/O送控制室的各PLC。PLC主站均設(shè)置在加熱爐出口側(cè)控制室內(nèi)。遠程 I/O 選用 Versa MAX，遠程 I/O 站的設(shè)置地點有：加熱爐電氣室、加熱爐操作室、板坯庫管理室、爐體平臺、爐底液壓站、爐底、熱水循環(huán)泵站、排煙風機室、現(xiàn)場裝爐側(cè)、現(xiàn)場爐后側(cè)、現(xiàn)場上料側(cè)、現(xiàn)場卸料側(cè)、稱重液壓站、給水除氧泵站、助燃風機房。操作站的主要功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、參數(shù)設(shè)定、板坯跟蹤顯示、運轉(zhuǎn)監(jiān)控（包括含運轉(zhuǎn)準備）、設(shè)備模擬顯示、事件記錄、輔助設(shè)備操作。3.1.3 軟件開發(fā)平臺 PLC

40、 的開發(fā)工具為 GE 公司的 ME 軟件，工程師站和 HMI 操作系統(tǒng)為 Windows XP。HMI 數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)采用 Windows Server2003，開發(fā)軟件為 Wonder ware 公司的 In touch。Wonder ware 公司成立于 1987 年，是在制造運營系統(tǒng)率先推出 Microsoft Windows 平臺的人機界面(HMI) 自動化軟件的先鋒。世界第一家推出組態(tài)軟件的公司。In Touch HMI 軟件用于視化和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。它為工程師提供了一種易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，使工程師能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應(yīng)用。In Tou

41、ch 軟件是一個開放的、可擴展的人機界面，為定制應(yīng)用程序設(shè)計提供了靈活性，同時為工業(yè)中的各種自動化設(shè)備提供了連接能力。In Touch 包含三個主要程序，它們分別是“In Touch 應(yīng)用程序管理器、”Window Maker 以及 Window Viewer?！癐n Touch 應(yīng)用程序管理器”用于組織管理創(chuàng)建的應(yīng)用程序。它也可以用于將 Window Viewer 配置成服務(wù)、為基于客戶端和基于服務(wù)器的架構(gòu)配置“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)”(NAD)，以及配置“動態(tài)分辨率轉(zhuǎn)換”(DRC)。DB Dump 與 DB Load數(shù)據(jù)庫實用程序也從“應(yīng)用程序管理器”啟動。Window Maker 是一種開發(fā)環(huán)

42、境，在其中可以使用面向?qū)ο蟮膱D形來創(chuàng)建富于動感的觸控式顯示窗口。這些顯示口可以連接到工業(yè) I/O 系統(tǒng)以及其它的 Microsoft Windows 應(yīng)用程序。Window Viewer 則是一種運行時環(huán)境，用于顯示在 Window Maker 中創(chuàng)建的圖形窗口。Window Viewer 可以執(zhí)行 In Touch Quick Script、執(zhí)行歷史數(shù)據(jù)記錄與報告、處理報警記錄與報告，并同時可以充當 DDE 與 Suite Link；通訊協(xié)議的客戶端和服務(wù)器。 Wonder ware In Touch 和其它人機界面軟件相比，主要特點是： 經(jīng)過了完備的測試和運行考驗。目前世界上有數(shù)十萬套的

43、In Touch 系統(tǒng)在運行，因而該軟件的可靠性和穩(wěn)定性是非常高的。 最大限度的開放性。In Touch 的運行環(huán)境是 Win98/95/NT，基本的通訊格式包括“快速 DDE”和 Suite Link。其中, 快速 DDE 兼容微軟的 DDE，因此許多Win95/98/NT 下運行的軟件都可以與 In Touch 直接通訊。為了與其他設(shè)備通訊，In Touch 提供了廣泛的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換接口I/O Server，能方便地連接到各種控制設(shè)備，包括：Siemens、Modi con 等。甚至，也可以利用第三方 Server。In Touch還提供了一個工具軟件，幫助編寫通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件。 它具有強

44、大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過傳統(tǒng)的 DDE 和擴展的 Net DDE 的方式，可與本機和其它計算機中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)據(jù)。另外，它支持標準的 ActiveX 技術(shù)，使得用戶可以輕松地為自己的應(yīng)用程序開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)多媒體功能。 數(shù)據(jù)庫功能。In Touch 除了自身帶有數(shù)據(jù)庫以外，還支持 SQL 語言，可以方便地與其他數(shù)據(jù)庫連接。同時，它支持通過 ODBC 訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。3.2 L2級計算機系統(tǒng)3.2.1 硬件配置L2 級過程計算機系統(tǒng)由一臺工程師開發(fā)工作站、兩臺 PC 服務(wù)器（作為計算機過程控制系統(tǒng)主機，主要完成加熱爐的材料跟蹤、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)通訊、班管理、自動燃燒控制計算、

45、報表打印等功能。）、操作員客戶機和網(wǎng)絡(luò)打印機組成。在計算機室中放置 L2 開發(fā)工作站用于 L2 系統(tǒng)的開發(fā)和維護，工藝技術(shù)人員可以對模型進行維護和檢驗。操作員終端主要用于生產(chǎn)控制和板坯的跟蹤管理。L2 級計算機通過采用基于快速工業(yè)以太網(wǎng)及 TCP/IP 協(xié)議的 SOCKET 與其它L2/L3 計算機之間進行數(shù)據(jù)通訊；客戶機與 HMI 服務(wù)器之間、L1 級 PLC 與 L2 計算機之間、L2 級與 HMI 服務(wù)器之間均采用交換式快速工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊。HMI 是與 L1 共用。3.2.2 計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺全部軟件運行于 WINDOW 操作系統(tǒng)下。服務(wù)器端應(yīng)用軟件的開發(fā)工具采用Microso

46、ft Visual Studio.Net，數(shù)據(jù)存儲采用 Oracle 數(shù)據(jù)庫。HMI 數(shù)據(jù)服務(wù)器及 HMI 操作終端的開發(fā)軟件為 Wonder ware 軟件。3.3 加熱爐溫度控制系統(tǒng)3.3.1 系統(tǒng)工作原理 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖3.1所示，它由PLC主控系統(tǒng)、固態(tài)繼電器、加熱爐、溫度傳感器等4個部分組成。圖 3.1 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本組成加熱爐溫度控制實現(xiàn)過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，PLC主控系統(tǒng)內(nèi)部的A/D將送進來的電壓信號轉(zhuǎn)化為西門子S7-300PLC可識別的數(shù)字量，然后 PLC將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來的溫度值進行比較并經(jīng)過PID運算處理后，給

47、固態(tài)繼電器輸入端一個控制信號控制固態(tài)繼電器的輸出端導通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。既加熱爐溫度控制得到實現(xiàn)。其中PLC主控系統(tǒng)為加熱爐溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。3.3.2 PID控制器基本概念PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量來進行控制。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時、控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合采用PID控制技術(shù)。（1）比例（P）控制比例控制是一

48、種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。（2）積分（I）控制在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差的運算取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。

49、因此，采用比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。（3）微分（D）控制在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大的慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器就能夠

50、提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。3.3.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點控制系統(tǒng)一般包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)(Open-loop Control System)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響，在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控制量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)(Closed-loop Control System)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出,形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制

51、系統(tǒng)有正反饋和負反饋,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負反饋( Negative Feedback)；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)?？梢?，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。PID就是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器。如圖3.2所示系統(tǒng)是用于電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)目標設(shè)定值為期望的加熱爐溫度，閉環(huán)控制器的反饋值通過溫度傳感器測得，并經(jīng)A/D變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；目標設(shè)定值與溫度傳感器的反饋信號相減，其差送入PID控制器，經(jīng)比例、積分、微分運算，得到疊加的一個數(shù)字量；該數(shù)字量經(jīng)過上限、下限限位處理后進行D/A變換，輸出一

52、個電壓信號去控制固態(tài)繼電器，以控制加熱爐的溫度。該系統(tǒng)的PID控制器一般采用PLC提供的專用模塊（本系統(tǒng)采用FB58模塊），也可以采用編程的方法（如PLC編程、高級語言編程或組態(tài)軟件編程等）生成一個數(shù)字PID控制器。同時，其它功能如A/D、D/A都由PLC實現(xiàn)，加熱爐的反饋信號直接送PLC采集，控制固態(tài)繼電器的電壓信號也由PLC送出，從而控制加熱爐的溫度。 圖 3.2 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用實例3.4 PLC的基本概念可編程序控制器簡稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，

53、PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。這里我們主要介紹的是西門子S7-300，S7-300屬于模塊式PLC。西門子的PLC以其極高的性價比，在國內(nèi)占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7-300模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機、其它PLC或其它設(shè)備通信。圖3.3是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。CPU模塊：CPU模塊主要由微處理器和存儲器組成，S7-300將CPU模塊簡稱為CPU。在

54、PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。圖 3.3 PLC控制系統(tǒng)示意圖信號模塊：輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊一般簡稱為I/O模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊簡稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入/輸出模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，在S7-300中統(tǒng)稱為信號模塊。信號模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測

55、速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。功能模塊：為了增強PLC的功能，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負擔，PLC廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。主要用于完成某些對實時性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。接口模塊：CPU模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴展機架。接口模塊用來實現(xiàn)中央機架和擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電。通信處理器：通信處理器用于PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點對點通信。電源模塊：PLC一般使用AC 220V電源或DC 24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC 24V和背板總線上的DC 5V電壓，供其他模塊使用。編程設(shè)備：S7-300使用安裝了編程軟件STEP7的個人計算機作為編程設(shè)備，在計算機屏幕上直