过程控制工程
课程设计任务书
设计名称：基于MCGS组态的反应炉自动控制设计设计时间：2015/9/1-2015/9/10
姓名：李宜林
班级：自1205
学号：1501120516
指导教师：薄翠梅杨世品徐启李丽娟
南京工业大学电气工程与控制科学学院
摘要
加热反应炉是许多企业中的重要设备之一，为了避免事故的发生，实现安全生产，有必要对它的状态进行实时数据监控。通过MCGS组态软件设计上位机监控画面，实时监控各参数。本设计利用组态MCGS组态技术，使加热反应炉进行进料和排料，进气和排气，加热等自动控制，还可以进行数据实时报表输出，并可以对加热反应炉内水位变化进行实时曲线显示输出和历史曲线显示输出，并显示出报警信息，这样能预防和减少生产过程中的安全事故的发生，提高了人身的安全系数。当意外发生或事故发生了以后，可以通过对历史数据报表和曲线观察分析，迅速总结经验，加强管理，从而避免今后再次发生类似的意外情况或事故，达到安全生产的目的。
关键词：加热反应炉，MCGS组态控制，监控画面
ABSTRACT
Heating furnace is one of the most important equipment for many enterprises.In order to avoid accidents and produce safely,it is necessary to monitor its production state in real time.Through the monitoring screen of MCGS configuration software technology,enterprises can monitor various parameters in real time.This design uses MCGS technology,automating feeding and nesting,intake and exhaust,heating of heating furnace.It can also output the data report in real time and shows alarm information,which can prevent and reduce the likelihood of accidents in the production process;enhance personal safety factor.
When accidents happened,experience can be quickly summed up through the existed data report and curve analysis.According to them,enterprises strengthen the management,avoiding similar accidents in the future and achieve the purpose of safety production.
Keywords: heating reactor, MCGS control, Monitoring menu
目录
第1章绪论 (1)
1.1课题研究的背景 (1)
1.2 MCGS组态软件的优点 (1)
1.3组态软件的状况及发展趋势 (2)
第2章控制系统设备简介 (4)
2.1加热反应炉简介 (4)
2.1.1反应炉控制的过程 (4)
2.1.2加热反应炉原理图 (4)
2.1.3加热反应炉的I/O分配 (5)
2.2 MCGS组态软件的介绍 (5)
2.2.1组态软件的功能及特点 (5)
2.2.2 MCGS组态软件的系统构成 (6)
第3章控制画面的创建 (8)
3.1 工程的建立 (8)
3.2 变量的定义 (9)
3.2.1 变量的分配 (9)
3.2.2 变量的定义步骤 (10)
3.3控制画面的设计与制作 (12)
3.3.1 画面建立 (12)
3.3.2 画面编辑步骤 (13)
3.4动画连接 (14)
3.5控制程序的编写 (16)
3.5.1 定时器控制的使用。 (16)
3.5.2脚本程序 (17)
3.6报表输出及曲线显示 (19)
3.6.1 组对象的定义 (20)
3.6.2 报表输出 (20)
3.6.3 曲线显示.................................................................................. 错误！未定义书签。
3.6.4 历史报警显示.......................................................................... 错误！未定义书签。
3.6.5 主控窗口的设置...................................................................... 错误！未定义书签。第4章系统调试..................................................................... 错误！未定义书签。
4.1系统的各器件的动作调试.................................................................. 错误！未定义书签。
4.1.1. 指示灯的动画调试................................................................. 错误！未定义书签。
4.1.2. 其他各器件的调试................................................................. 错误！未定义书签。
4.2脚本程序的调试.................................................................................. 错误！未定义书签。
4.3 系统模拟调试 (24)
4.3.1系统运行调试 (24)
4.3.2 系统报警调试.......................................................................... 错误！未定义书签。
4.4 调试结果分析..................................................................................... 错误！未定义书签。结论 . (28)
参考文献 ..................................................................................... 错误！未定义书签。致谢 ............................................................................................ 错误！未定义书签。附录1........................................................................................... 错误！未定义书签。
第1章绪论
1.1课题研究的背景
安全生产关系到人民群众生命财产安全，关系改革发展稳定的大局。高度重视和切实抓好安全生产工作，是贯彻和落实科学发展观，维护广大人民群众的根本利益及构建社会主义和谐社会的必然要求[1]。所以在企业生产中，需要采用先进生产技术和措施增加工作人员和生产设备的安全。
加热反应炉是冶金，化工工业常用的重要设备，过去仅靠人工经验进行操作，往往存在送料，温度，压力等条件变化时不能实施有效控制的问题，产品质量不稳定甚至出现次品，造成原料浪费，给企业带来经济损失。本文采用MCGS软件实现加热反应炉的可视化安全生产的监控。
组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统[2]。组态软件是指一些数据采集与过程控制和专用软件，它们是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动化控制监控功能的，通用的层次的软件工具。
组态软件能支持各种工控设备的常见的通信协议，并且通常分布式数据管理和网络功能。对于原有的HMI的概念，组态软件用户能够快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前工控领域的用户通过编写HMI应用，开发时间长，效率底，可靠性差；或者购买过去的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求。很难与外界进行数据交互[3]。组态软件出现把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能构建一套适合自己的应用系统。
1.2 MCGS组态软件的优点
在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“Configuration”，其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过。与硬件生产相对照，组态与组装类似，当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的部件更多，而且每个部件都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。
最早开发的组态软件是DOS环境下的组态软件，其特点是具有简单的人机界面（MMI）、图库、绘图工具箱等基本功能。随着Windows的广泛应用，Windows环境下的组态软件成为主流。与DOS环境下的组态软件相比，其最突出的特点是图形功能有了很大的增强。国外许多优秀组态
软件是在英文状态下开发的，它具有应用时间长、用户界面不理想、不支持或不免费支持国内普遍使用的硬件设备、组态软件本身的费用和组态软件培训的费用高昂等因素，这些也正是国内组态软件在国内不能广泛应用的原因[4]。随着国内计算机水平和工业自动化程度的不断提高，组态软件的市场需求日益增大。近年来，一些技术力量雄厚的高科技公司相继开发出了适合国内使用的MCGS组态软件。
在软件设计上由于采用成熟的工控专用组态软件进行系统设计，软件开发周期大大缩短了。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它有如下优点。
1．为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好的完成一个复杂工程所要求的所有功能。系统设计人员可以把更多的注意力集中在如何选择最优的控制方法，设计合理的控制系统结构，选择合适的控制算法等这些提高控制品质的关键问题上。
2．从管理的角度来看，用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的组织与管理。
3．利用组态控制技术，可以将加热反应炉生产过程的数据在控制室的计算机屏幕上直观地以曲线、图表、直方图、虚拟仪表等形式显示出来，还可以通过计算机鼠标或触摸屏上的按钮对现场的设备实施遥控。在控制室里监视和控制生产过程中，能及时发现和干预各种不安全状况；并且由于操作人员远离现场，可以极大地提高人员和设备的安全系数；所以，这种基于组态软件的可视化控制技术是一种很有效的安全生产技术。煤矿、化工过程、铁路沿线容易塌方的地段等都有这种技术的用武之地。尤其是在目前安全生产形势比较严峻的形势下，这项技术的采用更有其现实意义。
1.3组态软件的状况及发展趋势
目前国内市场上的组态软件产品大致划分为三类。即国外专业软件厂商提供的产品，国内外硬件厂商提供的产品，以及国内自行开发的产品。从近几年的调查结果来看，国内组态软件市场份额仍被国外几家组态软件占据，如FLX、INTOUCH等。而这些软件除和功能完善、产品包装、市场推广等方面具都有一定的优势[5]。
国产化的组态软件产品也正在成为市场上的一支主力军队，近年来已有一定的影响力的产品有组态王、MCGS组态、力控等。国内有不少单位，如一些高校、研究院、公司，甚至个人正在积极的开发一些组态软件的产品。国产化的组态软件具有较强和竞争优势，但总体来说，由于资金的缺乏，软件工程的组织薄弱，因此软件商品化的程度还比较差，目前国产化组态软件主要使用于一些小型的非重要的性的项目中应用。
总的发展趋势，MCGS组态软件是工业应用软件的一个组成部分，其发展受到很多因素的制
约。归根结底，应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。未来的传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高，实时数据浏览和管理的需求日益高涨，有的买主甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造过程。有的装置直接内嵌“Web Server”，通过以太网就可以直接访问过程实时数据。即使这样，也不能认为不再需要组态软件了。用户要求的多样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有要求，直接用户对监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式，因此直接用户的监控系统是始终需要组态来监控的。这就导致组态软件不可能退出市场，因为是需求存在的[6]。类似OPC这样的组织的出现，以及现场总线、尤其是工业以太网的快速发展，大大简化了异种设备间互连、开发I/O设备驱动软件的工作量。I/O驱动软件也逐渐会朝标准化的方向发展。
需求是推动其发展的第一动力，市场会逐步扩大。组态软件市场的崛起一方面为最终用户节省了系统投资，另外也为用户解决了实际问题。现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资，但是和以前相比，投资额得到了大大降低。使用组态软件，用户可以做到花了少量的钱，办成了大事情。中国的现代化建设正处于上升期，新项目的开发表明经济发展水平的提升，信息化社会将为组态软件带来更多的市场机会。影响组态软件发展的因素。软件质量是影响产品发展的主要因素。在竞争不断加剧的今天，企业规模、科研开发的投入量、质量体系建设情况等对组态软件的质量影响甚大。
第2章控制系统设备简介
2.1加热反应炉简介
2.1.1反应炉控制的过程
系统进入运行环境后，按启动按钮SB1后，进入送料阶段。
在送料阶段中使得排气阀Y1和进料阀Y2打开系统自动向加热反应炉中注入反应物，当反应炉内的反应物的液位到达上液位传感器X3时系统自动关闭排气阀Y1和进料阀Y2，些时系统停止对反应炉中送料，系统延时10s，使得反应炉内的物料均匀。定时10s后氮气阀Y3自动打开，炉内压力升高，当炉内压力升高到80Pa时压力变送器X4动作，此时停止氮气阀Y3对反应炉内注入氮气，系统进入反应阶段。
在反应阶段中加热电源Y5接通，系统温度缓慢升高。当温度升高到一定值80℃时温度变送器X2动作，使得电源Y5断开，并段延时10S，使得炉内的反应物充分反应完，系统进入泄料阶段。
在泄料阶段中系统自动打开排气阀Y1和泄料阀Y4，使反应炉内压力、温度降低，并收集有用的气体。同时炉内的反应后的物料通过泄料阀Y4泄出后。系统恢复到原始状态，准备进入下一反应循环。
2.1.2加热反应炉原理图
加热反应炉系统原理图由三个部分组成：动作输入部分（如按钮输入）、动作输出部分（如阀门）、显示输出部分（如指示灯和数据）。原理图通过按钮输入控制阀门和显示输出，如图2.1所示。
图2.1加热反应炉原理
2.1.3加热反应炉的I/O分配
加热反应炉的I/O分配由输入输出设备两大部分组成。其中输入包括按钮和传感器等设备，输出包括阀门和指示灯等设备，如表2.1所示。
表2.1加热反应炉的I/O分配
输入设备输出设备
启动按钮SB1 排气阀Y1
停止按钮SB2 进气阀Y2
低液位传感器X1 氮气阀Y3
温度传感器X2 泄料阀Y4
上液位传感器X3 电源Y5
压力传感器X4 报警灯Y6
2.2 MCGS组态软件的介绍
2.2.1 组态软件的功能及特点
MCGS组态软件的功能和特点可归纳为：
（1）概念简单，易于理解和使用。
（2）功能齐全，便于方案设计。
（3）实时性与并行处理。
（4）建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。
（5）利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。以图像、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息。
（6）引入“运行策略”的概念。复杂的工程作业，运行流程都是多分支的。用传统的编程方法实现，既繁琐又容易出错。
（7）MCGS系统由五大功能部件组成，主要功能部件以构成形式来构造。不同的构造有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件完成MCGS系统的三大部分的所有工作。
（8）MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一切。组态时，系统生
成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。
2.2.2 MCGS组态软件的系统构成
1．MCGS组态软件的整体结构
MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。
MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为[7]。MCGS的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。
MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。
2．MCGS组态的工程组成
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。
主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。
用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。
实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（IF…THEN脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。
3．MCGS组态软件的工作方式
MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据
采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。
MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性。所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？方法是：图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接[8]。当工业现场中测控对象的状态（如：反应炉的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化，使图形的状态产生相应的变化（如大小变化）。现场的数据是连续被采集进来的，这样就会产生逼真的动画效果（如反应炉中的液面的升高和降低）。用户也可编写程序来控制动画界面，以达到满意的效果。
（1）MCGS实施远程多机监控
MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络测控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时，可利用MCGS提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络测控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。
（2）对工程运行流程实施有效控制
MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。
第3章控制画面的创建
3.1 工程的建立
建立工程步骤：
（1）进入MCGS组态环境。
（2）单击“文件”菜单，弹出下拉菜单，单击“新建工程”如图2.1所示。
（3）单击“文件”菜单，弹出下拉菜单，单击“工程另存为”，弹出文件保存窗口。在文件名一栏输入工程名“加热反应炉控制系统”，单击“保存”按钮，工程建立完毕。
图3.1文件下拉菜单
8
3.2 变量的定义
3.2.1 变量的分配
变量定义前需要对系统进行分析，确定需要的变量，本系统至少需要20个变量，见表3.1。
9
表3.1 变量分配表
名字类型注释
SB1 开关型启动反应炉
SB2 开关型停止反应炉
X1 开关型下液面是否超值
X2 开关型炉内温度是否超值
X3 开关型上液面是否超值
X4 开关型炉内压力是否超值
Y1 开关型排气阀打开或关闭
Y2 开关型进料阀打开或关闭
Y3 开关型氮气阀打开或关闭
Y4 开关型泄放阀打开或关闭
Y5 开关型加热电源打开或关闭
水数值型动画参数炉内水的高度
温度数值型炉内温度值
压力数值型炉内压力值
数据组组对象数据对象组
ZHV1 开关型定时器时间到
ZHV2 开关型定时器启动
ZHV3 数值型定时器当前值
报警灯开关型检查反应炉是否报警
3.2.2 变量的定义步骤
（1）单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入实时数据库窗口页。
（2）单击工作台右侧“新增对象”按钮，在数据对象列表中立刻出现了一个新数据对象，如图3.3所示。
（3）选中数据对象，单击右侧“对象属性”按钮或直接双击该数据对象，弹出“数
10
据对象属性”设置窗口。
（4）将“对象名称”改为X1；“对象初”改为0；对象类型改为开关型；“对象内容注释”栏填入：下液面是否超过值，如图3.4所示。
（5）单击“确定”按钮。
（6）重复（2）到（5），定义其他20个变量。
（7）单击“保存”按钮。
图3.3 实时数据库
图3.4 数据对像属性设置
11
3.3控制画面的设计与制作
按照MCGS组态软件的要求，建立并编辑自动控制画面如图1.1示。画面画出了加热反应炉的简单示意图，并设计了十三个指示灯，分别代表低液位传感器、温度变送器、上液位传感器、压力变送器、排气阀、进料阀、氮气泄放阀、报警灯、启动按钮、停止按钮、复位按钮和加热炉电源的情况，运行时，指示灯随之做出相应指示。图中还设计了八个按钮。分别代表启动、停止、复位、下一页、X1、X2、X3、X4。其中X1、X2、X3、X4这几个按钮分别代表与之对应的传感器情况，用来模拟传感器信号；用鼠标点击启动、停止、复位这几个按钮可对系统进行控制操作。在软件中可以利用这些按钮来进行系统的调试（注：当调试完成后，安装板卡，接通实际对象，这些按钮可以去掉）。
3.3.1 画面建立
（1）单击屏幕上角的工作台图标，弹出工作台窗口。
（2）单击“用户窗口选项卡”，进入“用户窗口”页。
（3）单击右侧新建窗口按钮，出现“窗口0”图标，如图3.5所示。
（4）单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性”设置窗口。在基本属性页的窗口名称栏内填入“加热反应炉控制系统”，“窗口位置”选最大化显示，其它不变。如图3.6所示，单击确认按钮。
（5）此时“工作台”的“用户窗口”中，“窗口0”图标已变为“加热反应炉控制系统”。选中“加热反应炉控制系统”，单击右键弹出下拉菜单，选中“设置为启动窗口”，则当MCGS运行时，将自动加载该窗口。单击“保存”按钮。
（7）重复（2）到（4）过程制作数据显示窗口和曲线显示窗口。
12
13
图3.5用户窗口选项卡
图3.6 用户窗口属性
3.3.2 画面编辑步骤
1．反应炉的绘制
单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，双击窗口左侧“对象元件列表”中的“反应器”，展开该列表项，单击“反应器11”，如图3.7所示。单击“确定”按钮。画面窗口中出现反应器的图形。在反应器被选中的情况下，调整位置和大小，单击“保存”按钮。
14
图3.7 元件管理对话框
2．其他元器件的绘制
利用类似于绘制上述反应炉的方法分别画出四个阀门、四个传感器、温度计、压力计、十三个指示灯、七个按钮等元器件。并将大小和位置调整好。
3.4动画连接
由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS 实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。本设计中需要制作动画效果的部分包括：炉内液位、温度、压力的数值变化、各阀门、各传感器的警戒变化、加热指示灯的变化。
1．反应炉内水位变化的动画设置
双击反应炉构件。弹出单元属性设置页面。打开动画连接标签，选中矩形，再点击“>”符号，如图3.8所示。弹出动画组态属性设置。点选位置动画连接项中大小变化，在动画
组态属性设置页中生成大小变化标签，打开大小变化标签，进行设置，在表达式项里，选择数据库中的水参量，在大小变化连接项目里，最小变化百分比为0，表达式值取0，最大变化百分比100，表达式值80。变化方向取向上方向，变化方式取剪切式，如图3.9所示。
2．其他元器件的动画设置
利用相类似于上述反应炉内水位有动画设置的方法分别设置好十三个指示灯、四个阀门、液位实时显示、按钮等的动画连接。
图3.8 水的基本属性窗口
b
图3.9 反应炉动画属性
15
步进式加热炉加热质量控制系统的设计 摘要：目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。本文通过对步进式加热炉加热质量控制系统的设计，从而反映出当今自动化技术的发展方向。同时,介绍了软件设计思想和脉冲式燃烧控制技术原理特点及在本系统的应用。 一、引言 加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。 我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大,操作不当时会粘钢造成生产上的问题,难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以克服的缺点,而步进梁式炉是靠专用的步进机构,在炉内做矩形运动来移送钢管,钢管之间可以 留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦,出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕,钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高,生产操作灵活等特点,其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。 全连续、全自动化步进式加热炉。这种生产线都具有以下特点：
①生产能耗大幅度降低。②产量大幅度提高。③生产自动化水平非常高,原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统,传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PＬC或DCＳ系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 本工程是某钢铁集团新建的φ1８0小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进式加热炉设备。 二、工艺描述 本系统的工艺流程图见图1 ?图1 步进式加热 炉工艺流程图 淬火炉和回火炉均为步进梁式加热炉。装出料方式：侧进，侧出;炉子布料：单排。活动梁和固定梁均为耐热铸钢，顶面带齿形面，直径小于１41.3mm钢管，每个齿槽内放一根钢管。直径大15 ３.7mm的钢管每隔一齿放一根钢管。活动梁升程180mm，上、下各90mm，齿距为１90mm，步距为145mm。因此每次步进时，
课程设计任务书 1.设计题目：加热炉自动送料控制系统设计 2. 设计内容： 1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。 2）按停止按钮，立即停止。 3）要求可以实现回原点、单周期、连续控制。 3.设计要求 1）画出端子分配图和顺序功能图 2）设计并调试PLC控制梯形图 3）设计说明书 4.进度安排 1)理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 2天2）PLC顺序功能图与梯形图设计 5天3）说明书撰写 2天4）答辩 1天 指导教师：
主管院长：年月日 目录 前言 (2) 摘要 (3) 第一部分 PLC概述 (4) PLC设计任务书及基本要求 (5) PLC选型 (7) 第二部分 I/O端口分配表 (8) 加热炉自动控制送料系统设计思想 (9) 程序流程图 (10) 梯形图 (11) 语句指令表 (18) 总结 (21) 附注：参考文献
前言 加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace）对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 自动化学科有着光荣的历史和重要的地位，20世纪50年代我国政府就十分重视自动化学科的发展和自动化专业人才的培养。现在，世界上有很多非常活跃的领域都离不开自动化技术，比如机器人、月球车等。另外，自动化学科对一些交叉学科的发展同样起到了积极的促进作用，例如网络控制、量子控制、流媒体控制、生物信息学、系统生物学等学科就是在系统论、控制论、信息论的影响下得到不断的发展。在整个世界已经进入信息时代的背景下，中国要完成工业化的任务还很重，或者说我们正处在后工业化的阶段。 工业加热炉的炉温应当按照生产工艺要求维持在一定的数值。但是炉的热负荷经常在变化(例如常常要打开炉门取出已加热的工件和送入冷的工件)，在这种条件下要靠自动控制技术准确控制炉温，保持炉温的误差很小。而靠人力调整则难以做到，从而会造成能源的浪费甚至影响产品质量。 人们每年都把许多重量达到吨级的人造地球卫星准确送入位于数百千米乃至数万千米高空的预先计算好的轨道，并一直保持其姿态正确，也就是使它的太阳能电池帆板保持指向太阳，使它的无线电天线保持指向地球。这只有依靠先进的自动控制技术才能做到。 然而在国际形势日益复杂、科学技术日益进步的今天，人造地球卫星和宇宙飞船已经不能完全满足需要，近年来出现的“空天飞行器”要求既能在大气层外飞行，又能在返回大气层以后转为像飞机那样自主地高速航行，而不像人造卫星或宇宙飞船那样在返回大气层以后只能被动地降落地面。研制这种“空天飞行器”必须解决的技术难题之一就是智能自主控制技术。
本科实验报告 课程名称：监控系统程序设计技术实验项目：加热反应炉监控系统实验地点：跨越机房 指导教师：闫高伟老师 2012年 1 月9 日
引言 一、设计任务和目的： 应用MCGS组态软件，监控加热反应炉自动控制系统。学习动画制作、控制流程的编写、变量设计、定时器构件的使用等多项操作。结合工程实例，对MCGS组态软件的组态过程、操作方法和实现功能等环节等环节进行全面的讲解，使学生对MCGS组态软件的内容、工作方法和操作步骤在短时间内有一个总体的认识。 二、监控系统分析和总体设计 2.1系统构成：本加热反应炉监控系统由上位机（MCGS）和下位机S7200CPU224PLC构成，系统构成示意图如图所示。 2.2组态界面：
在开始组态过程之前，先对该工程进行剖析，一边从整体上把我整个工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。 2.3工程框架： ●1个用户窗口：加热反应炉控制系统。主要包括：加热炉、加热电阻丝、四个阀、 两个液位传感器、压力传感器、温度传感器、温度计、压力表、加热指示灯、流动 管件、六个控制按钮。 ●定时器构件的使用 ●3个策略：启动策略、退出策略、循环策略 2.4数据对象：
2.5图形制作： 机械手控制系统窗口 ●加热炉、加热电阻丝、加热指示灯 ●卸放阀、进料阀、氮气阀、排气阀、温度计、压力表 ●六个控制按钮、上下液位传感器、压力传感器、温度传感器。 2.6流程控制： 按启动按钮后，系统运行；按停止按钮后，系统停止。两者信号总相反。 第一阶段：送料控制 1、检测下液面X1、炉内温度X 2、炉内压力X4是否都小于给定值（都为“0”）。 若是，则开启排气阀Y1和进料阀Y2。 2、当液位上升到上液面X3时，应关闭排气阀Y1和进料阀Y2。 3、延时10s，开启氮气阀Y3，氮气进入反应炉，炉内压力上升。 4、当压力上升到给定值时，即X4=1，关断氮气阀，送料结束。 第二阶段：加热反应控制 1、接通加热炉电源Y5。 2、当温度升到给定值时（此时信号X2=1），切断加热电源，加热过程结束。 第三阶段：泄放控制 1、延时10s，打开排气阀Y1，使炉内压力降到给定值以下（此时X4=0）。
摘要 冶金工业消耗大量的能源，其中钢坯加热炉就占钢铁工业总能耗的四分之一。自70年代中期以来，各工业先进国对各种燃烧设备的节能控制进行了广泛、深入的研究，大大降低了能耗。 步进式加热炉不仅是轧线上最重要的设备之一，而且也是耗能大户。钢坯加热的技术直接影响带钢产品的质量、能源消耗和轧机寿命。因此步进式加热炉优化设定控制技术的推广对钢铁企业意义重大。步进式加热炉的生产目的是满足轧制要求的钢坯温度分布，并实现钢坯表面氧化烧损最少和能耗最小。由于步进式加热炉具有非线性、不确定性等特点，其动态特性很难用数学模型加以描述，因此采用经典的控制方法难以收到理想的控制效果，只能依靠操作人员凭经验控制设定值，当工况发生变化时，往往使工艺指标（如空燃比）实际值偏离目标值范围，造成产品质量下降消耗增加。针对以上情况，本文通过理论和仿真比较说明使用双交叉限幅控制系统是一种比较好的燃烧控制方法。 关键词：步进式加热炉；空燃比；双交叉限幅；系统仿真
Abstract Metallurgical industry consumes large amounts of energy, the billet heating furnace accounts for 1/4 of the total energy consumption of iron and steel industry. Since 70 time metaphase, the advanced industrial countries have conducted extensive research, in-depth on the energy saving control device of different combustion, greatly reduces the energy consumption. Reheating furnace is not only the most important one of the equipment of the rolling line, but also a large energy consumer. Billet heating technology directly affects strip steel product quality, energy consumption and mill life. The step type heating furnace optimal setting control technology is of great significance to the promotion of iron and steel enterprises. Step type heating furnace production is designed to meet the requirements of the temperature distribution of the billet rolling surface, and to achieve the fewest stock scale loss and energy consumption. Due to the characteristics of reheating furnace is a nonlinear, uncertainty, its dynamic characteristics is difficult to use mathematical model to describe, so using classic control theory to receive the ideal control effect, can only rely on the operation experience of the personnel to control the set value, when the conditions change, often make the process indicators (such as the air fuel ratio) the actual value is far from the target range, decrease the product quality consumption increase. In view of the above situation, this paper through theoretical and simulation results illustrate the use of double cross limiting control system is a good method for controlling combustion. Keywords: reheating furnace; air fuel ratio; double cross limit; system simulation
湖南理工学院南湖学院 课程设计 题目：电加热炉温度控制系统设计专业:机械电子工程 组名：第三组 班级：机电班 组成员:彭江林、谢超、薛文熙
目录 1 意义与要求 (2) 1.1 实际意义 (2) 1.2 技术要求 (2) 2 设计内容及步骤 (2) 2.1 方案设计 (2) 2.2 详细设计 (3) 2.2.1 主要硬件介绍 (3) 2.2.2 电路设计方法 (4) 2.2.3 绘制流程图 (7) 2.2.4 程序设计 (8) 2.3 调试和仿真 (8) 3 结果分析 (9) 4 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................ 10-27
1 意义与要求 1.1 实际意义 在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。 1.2 技术要求 要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下： （1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度； （2）能对所要求的温度进行设定； （3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。 2 设计内容及步骤 2.1 方案设计 要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；LCD显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断
过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：基于MCGS组态的反应炉自动控制设计设计时间：2015/9/1-2015/9/10 姓名：李宜林 班级：自1205 学号：1501120516 指导教师：薄翠梅杨世品徐启李丽娟 南京工业大学电气工程与控制科学学院
摘要 加热反应炉是许多企业中的重要设备之一，为了避免事故的发生，实现安全生产，有必要对它的状态进行实时数据监控。通过MCGS组态软件设计上位机监控画面，实时监控各参数。本设计利用组态MCGS组态技术，使加热反应炉进行进料和排料，进气和排气，加热等自动控制，还可以进行数据实时报表输出，并可以对加热反应炉内水位变化进行实时曲线显示输出和历史曲线显示输出，并显示出报警信息，这样能预防和减少生产过程中的安全事故的发生，提高了人身的安全系数。当意外发生或事故发生了以后，可以通过对历史数据报表和曲线观察分析，迅速总结经验，加强管理，从而避免今后再次发生类似的意外情况或事故，达到安全生产的目的。 关键词：加热反应炉，MCGS组态控制，监控画面
ABSTRACT Heating furnace is one of the most important equipment for many enterprises.In order to avoid accidents and produce safely,it is necessary to monitor its production state in real time.Through the monitoring screen of MCGS configuration software technology,enterprises can monitor various parameters in real time.This design uses MCGS technology,automating feeding and nesting,intake and exhaust,heating of heating furnace.It can also output the data report in real time and shows alarm information,which can prevent and reduce the likelihood of accidents in the production process;enhance personal safety factor. When accidents happened,experience can be quickly summed up through the existed data report and curve analysis.According to them,enterprises strengthen the management,avoiding similar accidents in the future and achieve the purpose of safety production. Keywords: heating reactor, MCGS control, Monitoring menu
目录 一、工艺介绍 (2) 二、功能的设计 (4) 三、实现的情况以及效果 (6)
一、工艺介绍 在钢厂中轧钢车间在对工件进行轧制前需要将工件加热到一定的温度，如图1表示其中一个加热段的温度控制系统。在图中采用了6台设有断偶报警的温度变送器、3台高值选择器、1台加法器、1台PID调节器和1台电器转换器组成系统。 利用阶跃响应便识的，以控制电流为输入、加热炉温度为输出的系统的传递函数为： 温度测量与变送器的传递函数为： 由于，因此，上式中可简化为： 在实际的设计控制系统时，首先采用了常规PID控制系统，但控制响应超调量较大，不能满足控制要求。
图1 对如图1所示的加热炉多点平均温度系统采用可变增益自适应纯滞后补偿进行仿真。 加入补偿环节后，PID调节器所控制的对象包括原来的对象和补偿环节两部分，于是等效对象的特性G（s）可以写成： 即补偿后的广义被控对象不在含有纯延迟环节，所以，采用纯滞后的对象特性比原来的对象容易控制的多。 但实际应用中发现，加热锅炉由于使用时间长短不同及处理工件数量不同，会引起特性变化，导致补偿模型精度降低，从而使纯滞后补偿特性变差，很难满足实际生产的稳定控制要求。
为改善调节效果，在控制线路中加入两个非线性单元——除法器与乘法器，构成如图所示的加热炉多点温度控制纯滞后自适应控制系统。 二、功能的设计 1、系统辨识 经辨识的被控对象模型为： 所以，带可变增益的自适应补偿控制结构框图如图
图2 加热炉多点温度控制纯滞后自适应补偿系统控制框图2、无调节器的开环系统稳定性分析 理想情况下，无调节器的开环传递函数为： 上式中所示广义被控对象的Bode图如下图所示。 图3
第1章加热炉控制系统 加热炉控制系统工程背景及说明 加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace），是对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 影响加热炉出口温度的干扰因素很多，炉子的动态响应一般都比较迟缓，因此加热炉温度控制系统多选择串级和前馈控制方案。根据干扰施加点位置的不同，可组成多参数的串级控制。使用气体燃料时，可以采用浮动阀代替串级控制中的副调节器，还可以预先克服燃料气的压力波动对出口温度的影响。这种方案比较简单，在炼油厂中应用广泛。 这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加热炉高效率燃烧。简单的控制方案是通过测量烟道气中的含氧量，组成含氧量控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系数。含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。现代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。应用时需要注意测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。加热炉燃烧控制系统中的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。一般通过引入阻尼滞后或增加非线性环节来改善控制品质。 在加热炉燃烧过程中，若工艺介质流量过低或中断烧嘴火焰熄灭和燃料管道压力过低,都会导致回火事故，而当燃料管道压力过高时又会造成脱火事故。为了防止事故，设计了联锁保护系统防止回火和温度压力选择性控制系统防止脱火。联锁保护系统由压力调节器、温度调节器、流量变送器、火焰检测器、低选器等部分组成。当燃料管道压力高于规定的极限时，压力调节系统通过低选器取代正常工作的温度调节系统，此时出料温度无控制，自行浮动。压力调节系统投入运行保证燃料管道压力不超过规定上限。当管道压力恢复正常时，温度调节系统通过低选器投入正常运行，出料温度重新受到控制。当进料流量和燃料流量低于允许下限或火焰熄灭时，便会发出双位信号，控制电磁阀切断燃料气供给量以防回火。 随着节能技术不断发展，加热炉节能控制系统正日趋完善。以燃烧过程数学模型为依据建立的最佳燃烧过程计算机控制方案已进入实用阶段。例如，按燃烧过程稳态数学模型组成的微机控制系统已开始在炼油厂成功使用。有时利用计算机实现约束控制，使加热炉经常维持在约束条件边界附近工作，以保证最佳燃烧。
湖南工程学院课程设计 课程名称电气控制与PLC 课题名称加热反应炉电气控制系统 专业班级测控技术0801班 姓名罗德顺 学号200801200123 指导教师刘星平、赖指南 2011年11月25日
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称电气控制与PLC 课题名称加热反应炉电气控制系统设计 专业班级测控0801班 姓名罗德顺 学号200801200123 指导教师刘星平、赖指南 审批李晓秀、黄峰 任务书下达日期2011年11月14日 课程设计完成日期2011年11月25日
设计内容与要求 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制加热反应炉电气控制系统的电气原理图、控制系统的PLC I/O接 线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案合理，所设计的控制系统能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》、GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》。 3.所编写的设计说明书应重点突出，层次清楚，条理分明，篇幅不少于7000字。 主要设计条件 编程软件及实物PLC，PLC实验室 设计说明书装订顺序 1.课程设计说明书封面。 2.课程设计任务书。 3.说明书目录。 4.正文（按设计内容逐项书写）。 5.参考文献。 6.附录。 7.课程设计评分表。 设计进度安排
目录 第1章加热炉控制系统工艺分析 (1) 1.1 加热炉的工艺流程简述 (1) 1.2 加热炉控制系统的组成 (2) 第2章加热炉控制系统设计 (3) 2.1 步进梁控制 (3) 2.2 炉温控制 (4) 2.3 紧急停炉保护和连锁 (5) 第3章基于REALINFO的加热炉系统监控程序设计 (7) 3.1加热炉的主控界面 (7) 3.2加热炉的趋势界面 (8) 3.3加热炉的仪表界面 (9) 第4章结论与体会 (10) 参考文献 (11)
第1章加热炉控制系统工艺分析 在炼油化工生产中常见的加热炉是管式加热炉。其形式可分为箱式、立式和圆筒炉三大类。对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行汽化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量。 加热炉是传统设备的一种，同样具有热量传递过程。热量通过金属管壁传给工艺介质，因此他们同样符合导热与对流的基本规律。但加热炉属于火力加热设备，首先由燃料的燃烧产生炙热的火焰和高温的气流，主要通过辐射传热将热量传给管壁，然后由管壁传给工艺介质，工艺介质在辐射室获得的热量约占总符合的70%～80%，而在对流段获得的热量约占热负荷的20%～30%。因此加热炉的传热过程比较复杂，想从理论上获得对象特性是很困难的。 当炉子温度过高时，会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管。加热炉的平稳操作可以延长炉管使用寿命。因此，加热炉出口温度必须严加控制。 加热炉的对象特征一般基于定性分析和实验测试获得。从定性角度出发，可以看出其传热过程为：炉膛炽热火焰辐射给炉管，经热传导、对流传热给工艺介质。所以与一般传热对象一样，具有较大的时间常数和纯滞后时间。 特别是炉膛，它具有较大的热容量，故滞后更为显著，因此加热炉属于一种多容量的被控对象。根据若干实验测试，并做了一些简化，可以用一介环节加纯滞后来近似，其时间常熟和纯滞后时间与炉膛容量大小及工艺介质停留时间有关。 炉膛容量大，停留时间长，则时间常数和纯滞后时间大，反之亦然。 1.1 加热炉的工艺流程简述 随着工业自动化水平的迅速提高，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展，从而反映出当今自动化技术的发展方向。 现加热炉控制系统主要特点： （1）生产能耗大幅度降低。 （2）产量大幅度提高。 （3）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PLC或DCS系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。 本系统的工艺流程图如下图：
过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍
2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定
性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。
加热炉的温度自动控制系统研究与设计 1研究目的 目前，自动控制技术已经在生活中的很多方面得到了很好的应用，比如在我们生活中的加热设备就是一个很常见的自动化控制的实际应用，通过研究这一类系统的性能并给出一些切实可行的改进方案，使得系统的性能能进一步完备和优良也就有了很大实际意义。 2研究对象 基于前面的设计目的，本次设计通过对已有的加热装置——加热炉的研究来设计和完善这个系统的自动控制性能。下面是这个系统的原始系统框图： 图1 原系统框图 3系统的分析和研究 对于上述系统给定的数据计算其系统的开环和闭环传递函数分别是： G (s )=9.975 32.5 s^3 + 157.8 s^2 + 52.75 s + 4.5 H (s )=9.975 32.5 s^3 + 157.8 s^2 + 52.75 s + 31.45 由该系统的H(s)可以借助MATLAB 求出其闭环极点分别是：P 1=?4.52,P 2=?0.169+0.265j,P 3=?0.169?0.265j 显然，原系统是稳定的，下面再考察系统的稳定特性：由系统的开环传递函数G (s )= 9.975 32.5 s^3 + 157.8 s^2 + 52.75 s + 4.5 画出系统的伯德图如下：
图2 原系统的伯德图 由伯德图可以得到：ωc=0.2,γ=180°+(?101°)=79°,20lgk g=28dB.由此，对比于一般良好的系统的幅值裕度和相位裕度的要求（γ=40°~60°,20lgk g=6dB~10dB）可知，该系统的幅值裕度和相位裕度都有可以调节的余地。 下面再分析该系统的动态特性。系统的单位阶跃响应曲线如下： 图3 原系统的单位阶跃响应 可以方便地由该曲线得出有关的动态参数：t r=5.48s,t p=12.1s,ts=18.7s,δ%= 13.5%,可见，该系统的响应速度很慢，所以其动态性能有很大的改进的余地。
密级： NANCHANGUNIVERSITY 学士学位论文THESIS OF BACHELOR （2006 —2010年） 题目锅炉控制系统的设计 学院：环境与化学工程系化工 专业班级：测控技术与仪器 学生姓名：魏彩昊学号：5801206025 指导教师：杨大勇职称：讲师 起讫日期：2010-3至2010-6
南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇 摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。 本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。 关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统
课程设计（学年论文） 说明书 课题名称：加热炉装置自动控制系统设计专业班级： 学生学号： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 课题工作时间：11月21号至12月1号
填写说明： 1. 表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。 2. 表中第一、二、三在在课程设计（学年论文）开始前填写，第四、五、六项在课程设计（学年论文）完成后填写。 3. 本表格填写完整后连同正文装订成册。
一、课程设计的任务或学年论文的基本要求 任务：完成加热炉装置自动控制系统设计。包括 1．熟悉加热炉装置工作要求，确定系统方案。 2．合理选择控制设备型号及规格，编制设备表。 3．完成相关图纸的设计。 4．编制设计说明书。 要求：控制方案合理、控制设备选型合理，图纸符合有关设计标准及规范。具体内容包括1．设计说明书，包括 1）加热炉装置 2）相关控制系统说明 3）自控设备选型（计算）说明 4）有关计算书 5）自控设备表一览表 2．设计图纸（图纸符合相关国家标准），包括 1）仪表管道流程图（PID） 2）仪表盘正面布置图 3）仪表盘背面电气接线图 二、进度安排 1～2 收集查阅资料，熟悉加热炉装置操作要求 3 确定系统控制方案及选型原则 4～5 熟悉相关图纸标准、绘制流程图 6 设备选型、编制设备一览表 7～8 设备计算，绘制布置图及接线图 9～10 撰写设计说明书、答辩 三、参考资料或参考文献 1．产品手册及选型样本 2．过程控制.杨三清,王仁明,曾庆山.华中科技大学出版社 3．过程控制工程设计.孙洪程,翁唯勤.化学工业出版社 4．清华数据库 5．万方数据库 6．过程控制与自动化仪表. 张井岗. 北京大学出版社 7．过程控制系统.陈夕松.汪木兰. 化学工业出版社 指导教师签字：年月日 教研室主任签字：年月日
. . . . 电阻炉的温度控制系统设计 摘要 电阻炉在冶金工业中的运用相当广泛,其温度参数在生产过程中的自动控制系统也随着微机单片机可控硅技术在工业控制领域的推广、应用,正朝着高精度、高稳定性、高智能化的方向发展。电阻加热炉是典型的工业过程控制对象。其温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性等特点，且其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。 温度是工业对象中主要的被控参数之一。尤其是在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。由于炉子的种类不同，所采用的加热方法及燃料也不相同，如煤气、天然气等。但就控制系统本身的动态特性而言，均属于一阶纯滞后环节，在控制算法上基本相同，可采用PID控制或其他纯滞后补偿算法。但对于电阻加热炉来说，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确模型和确定参数。而传统PID控制是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，其设计依赖于被控对象的数学模型，因此对于加热炉这类控制对象采用传统PID的控制方案很难达到理想的控制效果。 为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度，节约能源，对加热用的各种电炉要求在一定条件下保持恒温，不能随电源电压波动或炉内物体而变化，或者有的电炉的炉温根据工艺要求按照某个指定的升温或保温规律而变化，等等。 因此，在工农业生产或科学实验中常常对温度不仅要不断地测量，而且要进行控制。在电阻炉温度控制系统的设计中，应尽量考虑到如何有效地避免各种干扰因素而采用一个较好的控制方案，选择合适芯片及控制算法是非常有必要的本设计要用单片机设计一个电阻炉温度控制系统。 关键词：恒温；热处理；控温系统
目录 第1章绘制控制工艺流程图 (1) 1.1工艺生产过程简介 (1) 1.2加热炉的基本控制 (1) 1.3加热炉的单回路控制方案 (4) 第2章节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算 (6) 2.1GB/T2624-93概述 (6) 2.2计算实例 (6) 第3章调节阀口径计算 (11) 3.1调节阀的选型 (11) 3.2调节阀口径计算 (11) 3.3计算实例 (12) 第4章结论与体会 (14) 参考文献 (15) 附录 (16)
第1章绘制控制工艺流程图 1.1工艺生产过程简介 在炼油化工生产中常见的加热炉是管式加热炉。其形式可分为箱式、立式和圆筒炉三大类。对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行汽化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量。当炉子温度过高时，会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管。加热炉的平稳操作可以延长炉管使用寿命。因此，加热炉出口温度必须严加控制。 加热炉是传统设备的一种，同样具有热量传递过程。热量通过金属管壁传给工艺介质，因此它们同样符合导热与对流传热的基本规律。但加热炉属于火力加热设备，首先由燃料的燃烧产生炽热的火焰和高温的气流，主要通过辐射传热将热量传给管壁，然后由管壁传给工艺介质，工艺介质在辐射室获得的热量约占总热负荷的70%~80%，而在对流段获得的热量约占热负荷的20%~30%。因此加热炉的传热过程比较复杂，想从理论上获取对象特性是很困难的。 加热炉的对象特征一般基于定性分析和实验测试获得。从定性角度出发，可以看出其传热过程为：炉膛炽热火焰辐射给炉管，经热传导、对流传热给工艺介质。所以与一般传热对象一样，具有较大的时间常数和纯滞后时间。特别是炉膛，它具有较大的热容量，故滞后更为显著，因此加热炉属于一种多容量的被控对象。根据若干实验测试，并做了一些简化，可以用一介环节加纯滞后来近似，其时间常熟和纯滞后时间与炉膛容量大小及工艺介质停留时间有关。炉膛容量大，停留时间长，则时间常数和纯滞后时间大，反之亦然。 1.2加热炉的基本控制 加热炉进料一般分为几个支路。常规的控制方法是：在各支路上安装各自的流量变送器和控制阀，而用炉出口总管温度来调节炉用燃料量。这样的调节方法根本没有考虑支管温度均衡的控制，支管温度均衡的控制由操作工凭经验根据分支温差来调节分支流量差。这种人为操作显然无法实现稳定的均衡控制，往往是各支管流量较均衡，而分支温度有相当大的差异，某一炉管因局部过热而结焦的可能性很大。为了改善和克服这种情况，需要采用支路均衡控制方法。近年来出现的差动式平衡控制、解藕控制以及多变量预测控制等方法能够收取一定的效果。其中差动式方法不仅效果不错，而且实现简单，操作简便，对于长期运行有一定的优势。另外，针对系统的非线性、强耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能实现较好的控制。 加热炉出口总管温度是加热炉环节最为重要的参数，出口温度的稳定对于后续工艺的生产稳定、操作平稳甚至提高收率至关重要。最简单的控制方法就是采用单回路的反馈控制。单回路反馈控制简单实用，有它的使用价值。但该方法没有考虑燃料量变化的影响，所以出口温度不容易稳定，在一定程度上也会造成燃料的浪费。在简单反馈控制方案的基
三轧钢生产过程自动化控制系统运行情况介绍 一. 仪表自动化 1.1.主要控制功能 ●燃烧控制 加热炉采用工艺先进的双蓄热步进粱式加热炉，燃料为高炉煤气，加热工艺设计采用空气、煤气双蓄热燃烧技术，两段温度控制，该技术对仪表检测控制提出了较高的要求，全新的控制策略和方法为传统的控制模式无法胜任，唯有计算机系统才能完成控制要求，仪表自动化的设计应以提高检测精度、保证合理燃烧及安全性为核心。在设备选型上，坚固可靠性及先进性，对于关键性的设备，采用国外引进产品或合资产品，国内设备部分也选用性能价格比高的产品。 两段的炉温控制均由交叉限幅燃烧控制系统来实现。每个炉温段设有热电偶，在线检测炉温。燃烧控制系统还根据最大加温速率对温度控制器输出值进行限制，以免过热。该控制系统中，引入了流量系统系数的修正和热空气流量温度补正，以提高控制精度。 ●炉膛压力、排烟温度控制 于蓄热式加热炉每隔30—90秒左右需换一次向，换向期间煤气被顺序切断，这样便会对炉膛的压力产生一定的影响；对排烟温度也会产生影响；由于加热炉各段之间不可能完全隔断，在对某段的某一热工参数进行控制时必然也会对其他段的热工参数产生较大的影响。设计采用根据测得的炉顶压力，调节排烟阀实现炉膛压力和排烟精确控制，控制两段炉顶炉压在+30Pa（允许波动范围10Pa）。 ●加热炉温度控制 基于本家热炉的工艺特点，此类型的加热炉炉膛温度控制相当复杂，为了实现炉膛温度精确控制，除采用交叉限幅燃烧系统控制外还才取了以下措施： a) 在加热炉换向期间，为了避免空气和煤气调节阀作无用的动作以及提高调节阀的使用寿命，采用了间歇控制，即在换向期间，预置相关空气和煤气调节阀保持换向前的开度不变; b) 同时采用自学习和预测控制技术，即计算机系统根据以前收集的数据和目前炉子的工况确认空气和煤气调节阀开度并进行实时校正。这样在换向完成后，系统能在最段的时间内恢复到正常的燃烧控制状态。 ●换向阀控制 换向系统具有灵活的手动、半自动、全自动控制功能。换向时间可在CRT上通过人机对话设定。换向系统以定时换向为主，当废气超温时系统强制换向。换向阀上均有阀位开闭检测装置，整个换向动作过程可在CRT上监视。当某一动作发生异常时，系统自动报警并提示故障点及处理方法。 ●煤气总管低压报警并快速切断 当煤气总管压力地狱设定值时，发出声、光报警并使快速切断阀动作切断煤气。当时操作人员马上进行相应的事故处理程序（炉子紧急停炉程序、煤气管道吹扫放散等） ●风机断电和风压低压报警 当助燃鼓风机同时断电或风压低时，煤气快速切断阀动作。