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1、目 录第 1 章 控制系统基本原理 .11.1 高炉自动化过程简介.11.2 高炉控制系统事项 .11.3 高炉的自动化控制方案特点 .1第 2 章 控制系统设计方案 .32.1 仪表的选择 .32.2 传感器的选型 .32.3 控制方案分析 .3第 3 章 控制系统的调试 .63.1 高炉控制系统主控界面.63.2 高炉控制系统趋势界面 .63.3 高炉控制系统仪表界面 .8第 4 章 结论与体会 .9参考文献 .10控制系统综合实验1第第 1 1 章章 控制系统基本原理控制系统基本原理1.11.1 高炉自动化过程简介高炉自动化过程简介高炉自动化过程主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风
2、炉控制，以及除尘系统控制等。高炉自动化的目的，主要是保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触；保持高炉整体有合适的热状态。高炉自动化系统主要包括仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统通常由 DCS 或 PLC完成。1.21.2 高炉控制系统事项高炉控制系统事项高炉生产必须要求计算机控制系统能够很好地保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量最多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集周期短，刷新速率快，特别对通讯网络而言，数据传输速率、网络稳定性和正确性尤
3、为重要。对检测仪表而言，也即对温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测，要求数据的采集精确度0.2%，采集速率0.8S。1.31.3 高炉的自动化控制方案特点高炉的自动化控制方案特点1.3.1 可靠性高炉在钢铁厂生产中处于十分重要的位置，它不仅要及时稳定的给炼钢工序提供合格的铁水，还同时为轧钢加热炉提供煤气。高炉生产的短时间中断都会给整个生产流程带来不可估量的损失。因此，必须把系统的可靠性也即安全性放在加热炉控制系统设计的第一位。为保证这些设备安全可靠运行，除了系统硬件之外，还必须在软件编程上增加多种保护功能，以进一步提高系统的安全性和可靠性。1.3.2 实用性为适应中型规模钢铁厂在生产管理的
4、技术基本点面上要求循序渐进、逐步提高的多数情况，对加热炉生产的过程控制，设有手动和自动两种操作状态，两种操作状态之间，可实现无扰动切换。由工业微型计算机和 PLC 系统、计算机网络、控制软件组成在线计算机应用系统，下位机通过各检测仪表，采集加热炉上料、配料运行数据、炉体温度、风温、风压，除尘系统等工艺参数。在自动操作模式下，我们在常规 PID 调节的基础之上，增加了非线性变参数调节，自适应调节和智能控制等环节。1.3.3 先进性采用智能控制技术，以改变控制策略去适应对象的复杂性和不确定性。具有更好的控制系统综合实验2适应性、容错性、鲁棒性、自组织功能，具有自学习能力、更强的实时性和人机协同功能
5、。不仅依靠单纯的数学模型，而是能够根据知识和经验的积累，进行在线推理，做出非线性和多因素的判断，从而优选出能随动实时变化的最佳控制策略。在系统更进一步优化后，可实现多种“趋势分析” ，计算机能够做出趋势预报，及时为操作者提供更多的手段。控制系统综合实验3第第 2 2 章章 控制系统设计方案控制系统设计方案2.12.1 仪表的选择仪表的选择首先确定被调参数的值，也就是需要稳定在多少度，加热方式，使用电热，还是蒸汽加热，高级一点的选用电动单元组合仪表，300 度选用铂电阻测温，300 度以上选用热电耦测温，和温度变送器一起配套购买，或者全部统一一起购买，那就是再加上调节间作指示，执行器一般使用电压
6、调整器，再送到加热器。这样就组成了一个控制系统，代表温度的信号一般有 0-10ma 或 4-20ma 要统一都选一种。才能统一传递信号。2.22.2 传感器的选型传感器的选型所有的光学传感器都以相似的方式使用光来探测物体。探测器通过光源和图像来感知光线的存在与否。通常情况下，使用发光二极管作为光源，因为他们体积小，使用寿命长，效率高，能够非常快速的开关。发光二极管的波长短，可靠性好，不受温度和震动等外界因素的影响，发光二极管所使用的半导体材料的类型决定了其发光的波长。发光二极管传感器通常用作脉冲模式，光发射器是脉冲型的，开的时间通常比关的时间短得多。发光二极管才用脉冲方式基于两个理由：一是传感
7、器免受周围环境中光干扰，二是提高 LED 的使用寿命，这也被称为脉冲调制、2.32.3 控制方案分析控制方案分析2.3.1 运行操作对高炉生产中的几个关键过程，在相关的画面中设计简洁而醒目的动态显示。如在高炉上料环节中，我们充分利用安装在减速机输出轴的绝对位置编码器信号，在分画面中动态显示料车位置。在高炉布料过程中，根据布料和探尺相关设备的返回信号，动态模拟显示高炉料层的实时位置，实时监控变频器的运行状态。如此直观的画面，再配合以工艺参数的监测和报警状态显示，操作人员就能够对高炉的主要实时运行工况一目了然，对提高系统安全性和可靠性提供了扎实的保证，并且在便于工人的操作方面也都是十分有益的。2.
8、3.2 过程控制高炉炉料经过矿槽配料工艺后，先进入到炉顶上料斗和下料斗，在加热炉接到布料指令后，其下料斗的料流调节阀首先要按工艺要求开启到给定的开度（即 角） ，炉料按一定的流量经布料滚筒后流到布料溜槽上，布料溜槽也按工艺要求升到一定的倾动角度（即 角） ，同时，布料溜槽还在水平面方向上进行着匀速旋转（即 角） 。这样炉料就可以均匀的布到加热炉的料面上了。控制系统综合实验4start接收 角设定值和实际值比较 并计算出 值差值2 度加大调解步长差值2 度启动 PLD 调节回路差值0.1 度EndNoNo Yes YesNoYes图 2-1 下料斗调节阀开度控制流程图在布料控制过程中下料斗调节阀
9、开度（即 角的控制）是至关重要的，只有精确控制好 角，才能有效地控制好下料流量，进而更准确的控制好每批料布料的厚度、环数及布料的起点和终点。由炉顶料流调节阀的实际开度返回值（采用自整角机或光电编码器检测转换成实际角度） ，并接收炉顶控制系统发出的 角开度大小和动作指令。经分析处理后转换成420mA 的电信号控制直流驱动装置。为了使系统既有较快速响应特性，又能达到较理想的准确度，采用 PID 调节和逻辑控制相结合的方法。其程序流程如图 2-1 所示。PID 调节的各项参数（比例、微分、积分系数，延时时间，偏移量等）必须反复调试才能达到最好效果，确保较高的控制精度。高炉冷风阀自动调节和炉顶压力自动
10、调节，可根据用户的需求酌情采用。2.3.3 模拟量报警在系统主工艺画面和各个分图中可以动态实时显示模拟量数值。此值在正常时以绿色显示；超出设定上下限，且系统正处于正常运行状态，就会出现模拟量报警，此时数值成红色闪动和发出声响，并在屏幕顶端出现报警窗口，提示模拟量名称、报警的发生时间、越限值和确认按钮。经确认后报警窗口消失。模拟量报警列表与开关量报警列表控制系统综合实验5相同。2.3.4. 开关量报警电机在运行过程中备妥消失，或在启动以后没有及时得到运行应答信号，或在运行过程中有过电流，或出现综合故障时，系统就会发出报警。一旦检查到开关量报警，屏幕上相应的目标变成红色闪动且有声响。如报警目标不在
11、当前画面上，系统画面切换按钮上会显示红色闪动边框，提示到该画面中去寻找报警目标。对其进行操作即可确认此报警，确认后红色不闪，声响消失，目标的红色一直要保持到报警状态完全解除后才能消失。在开关量报警列表中，计算机自动记录报警的目标名称，报警产生时间、确认时间、解除时间等，分别以不同的颜色来表示。2.3.5. 实时趋势实时数据显示包括实时曲线、棒形图、电气仪表图三个子功能按钮。按下某功能按钮，可分别进入不同的图形显示。实时曲线窗口画面分四个小显示窗口，能同时显示四条实时曲线。按下设置按钮后屏幕上弹出一个选择窗口，列出可供选择的各个模拟量。2.3.6 历史曲线在系统主菜单中按历史曲线按钮，可进入历史
12、曲线和趋势查询和打印功能。屏幕上可以单幅显示也可以用四个历史曲线窗口，分别显示四幅不同的历史曲线。在选择显示或打印之前，历史曲线的日期、起始时间、时间间隔都能进行设定，并能实现曲线的左右移动。控制系统综合实验6第第 3 3 章章 控制系统的调试控制系统的调试3.13.1 高炉控制系统主控界面高炉控制系统主控界面图 3-1 高炉控制系统静态主控界面图 3-2 高炉控制系统动态主控界面3.23.2 高炉控制系统趋势界面高炉控制系统趋势界面控制系统综合实验7图 3-3 高炉控制系统静态趋势界面控制系统综合实验8图 3-4 高炉控制系统动态趋势界面3.33.3 高炉控制系统仪表界面高炉控制系统仪表界面
13、图 3-5 高炉控制系统仪表界面控制系统综合实验9第第 4 4 章章 结论与体会结论与体会通过这段时间的学习，虽然一开始的时候遇到了不少的困难，但是通过老师的细心指导与资料查询，最终完成了这个课程设计。在这个学习的过程中，我了解到了 PLC 仿真系统，PID 控制和传感器的相关知识。在应用组态王软件中，我学会了应用工具箱添加组件与管路的连接从而完成了主控制界面的制作，制作实时趋势曲线来反映主控制界面的实时动态，还学会了系统历史数据报表与报警界面的设置。在这次的课程中，我也发觉到电脑知识的匮乏和调试能力的缺乏。我也在这段时间中进行了深刻的反思并且积极地努力改正自己的问题。虽然课程即将结束，但我对组态王软件的学习是不会停止的。希望通过我的努力，能在自动控制方面取得一定的成绩。在此，还要再次感谢老师对我们这次课程的尽心指导。控制系统综合实验10参考文献参考文献1 张文明，刘志军.组态软件控制技术M.北方交通大学出版社，2006.82 龚运新，方立有.工业组态软件使用技术M.清华大学出版社，20053 刘志峰，张军.工控组态软件实例教程M.电子工业出版社，20084 薛迎成，何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用M.中国电力出版社，20075 龙志文.工控组态软件M.重庆大学出版社，20056 张运刚，宋小春.工控组态技术与应用M.人民邮电出版社，20
