毕设论文--交双叉限幅控制在加热炉燃烧控制系统中的应用.doc

鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 39 页双交叉限幅控制在加热炉燃烧控制系统中的应用摘要本文主要研究鞍钢大型厂加热炉燃烧控制系统。鞍钢大型厂加热炉为步进式加热炉，沿长度方向分为预热段、加热段、均热段三个加热段。根据工艺要求可将加热炉检测和控制系统分为加热炉温度控制、检测系统，助燃空气、混合煤气管道压力控制、检测系统，汽化冷却控制系统等。其中加热炉各段温度的优化设定和自动控制是主要控制目标。设计中采用了双交叉限幅控制原理实现加热炉燃烧的自动控制，即以炉膛各段的温度作为调节信号，控制煤气调节阀的开度，以保证相应的燃烧所需煤气的量；同时以煤气流量作为调节信号，按最佳空燃比控制空气调节阀开度，保证相应的燃烧所需的空气量。采用了双交叉限幅控制方式后提高了系统空燃比的稳定性，增强了炉温的控制效果，并且极大地减少了有害气体的对外排放，达到节能和环保的目的。设计中采用美国AB公司的ControlLogix5000系列可编程控制器组成分散式控制系统，完成各工艺参数检测和控制，实现了加热炉计算机监控和数据采集，解决了加热炉燃烧过程普遍存在的能耗高，钢坯温度波动严重，温度控制不精确等问题。关键词：加热炉，双交叉限幅，PLC控制器，温度控制The Application of Double Cross-Limit in the Control System of Reheating FurnaceAbstractThe main research of this paper is about the An Shan Iron and Steel Company large-scale factory reheating furnace combustion control system. The An Shan Iron and Steel Company Large-scale Factory reheating furnace is the walking beam reheating furnace, divides into the preheating station, the heating zone, the even heating station along the length direction. According to the technological requirements, the reheating furnace examination and the control system are divided into the reheating furnace temperature control, the examination system, the combustion air, the combination gas pipeline pressure control, the examination system, the vaporization cooling control system and so on. Each section of temperature optimized hypothesis and the automatic control in the reheating furnace are the primary controlling goals. The system has used the double-cross limit control principle realization reheating furnace burning automatic control. The system put each section temperature as the adjustment signal，controlled gas regulating valve opening, and guaranteed corresponding gas the quantity which burning needed. At the same time, put gas flow as regulating signal, control opening degree of air regulating valve according to the best burning ratio. After applying double-cross limit control mode, it can reduce the emission of noxious gas. It can also achieve the energy conservation and the environmental protection goal. Besides, it can improve the stability of air-fuel ratio and the effect of the furnace temperature controlling in the system.The system applies the Control Logix5000 series programmable controller composition distributed control system in American A-B Corporation to complete various crafts parameter examination and control and to monitor the computer and to collect the data. So the problem about the heating furnace combustion process is universal high, the billet temperature fluctuation is serious, the precision of temperature control and forth on are solved.Key words：Reheating furnace, doublecross limit, PLC, temperature control目 录摘要I1绪论11.1 步进式加热炉简介和工艺特点11.2加热炉控制技术应用现状11.3加热炉燃烧控制系统研究内容及方法32加热炉的控制系统总体设计42.1钢坯加热的工艺过程42.2加热炉主要检测项目52.2.1煤气与空气压力检测62.2.2煤气流量检测72.2.3炉膛内温度检测72.3加热炉主要调节项目73加热炉燃烧控制系统设计83.1加热炉燃烧控制的理念83.2单交叉限幅控制83.3双交叉限幅控制93.4改进型双交叉限幅控制113.5本文采用的控制设计114计算机控制系统设计134.1系统构成和配置134.2系统功能144.3系统软件介绍144.3.1系统软件梯形图154.3.2系统软件指令介绍164.4系统软件编程设计204.4.1热电偶温度控制设计204.4.2煤气流量温度/压力补正214.4.3比例积分微分控制器224.4.4双交叉限幅控制的软件编程23结论26致谢27参考文献28附录A（软件程序）291绪论1.1 步进式加热炉简介和工艺特点加热炉是轧钢生产中的重要设备。在轧钢厂的热轧生产中，必须将要轧制的钢锭或钢坯加热到一定的温度，使其具有一定的可塑性后进行轧制。目前，轧钢生产中的加热炉主要为步进式加热炉和推钢式加热炉两种。步进式加热炉是一种节能高效的加热炉，其工作炉膛分为预热段、加热段、均热段，使用的燃料为煤气。步进式加热炉有推钢式加热炉无法比拟的优点：不拱钢，不粘钢，氧化烧损小，脱碳少，加热时间短，加热操作灵活，易于和轧制节奏相匹配，加热过程中不划伤，炉子长度不受限制等，易于实现自动控制。加热炉内钢料温度的优化设定和加热炉自动化控制水平直接影响到能耗，烧损率，废钢率，产量，质量等指标。步进式炉在提高坯料加热质量，减少温度差方面采取了有效措施：（1）下加热段由初期的侧面供热改成端部供热；（2）均热段和加热段纵向支承梁在炉宽方向错开一段距离以减少水管黑印；（3）增大纵向支承梁上垫块（或骑卡件）高度以减少水管对坯料的遮蔽作用，减少垫块宽度以减少水管对坯料的冷却作用，从而减少水管黑印，金属陶瓷块已开始作用；（4）步进梁对坯料实现轻抬轻放；（5）细长的方坯出料时，配置带4-5挑杆的托出机，在激光装置监视下将方坯托到悬臂辊上1。1.2加热炉控制技术应用现状 随着计算机软、硬件技术与智能控制技术的发展，一些先进的科技手段已成功地应用于加热炉的炉温控制中。目前，计算机自动控制系统在国内外的各钢铁企业得到了非常广泛的应用，并且，作为钢铁工业强国的日本、美国等国家已有了将专家系统和模糊控制应用于钢厂加热炉燃烧控制和炉温控制的报道。国内在加热炉自动控制方面的研究起步较晚，但发展速度很快，随着工业计算机的逐渐普及和自动控制技术在钢铁企业的应用日趋广泛，加热炉控制理论的研究日渐深入，已经成为自动控制技术工业应用研究的重要领域，并且取得了能够进行实际应用的研究成果2。表1.1和表1.2分别对国外和国内加热炉温度控制技术的应用进行了概括和总结。从两表比较中不难发现，国内企业加热炉温度控制技术与国外企业相比还有很大差距。目前，制约国内加热炉控制技术发展的因素主要有以下几方面3：(1)国内大部分钢铁企业的加热炉计算机控制系统基本上都是引进国外的成套设表1.1国外钢铁企业加热炉温度控制技术的应用情况钢 厂 采用的温度控制技术及应用情况Essar钢厂 开发了加热炉温度控制模型RTC系统，可在线模拟钢坯升温与降温过程，完成加热炉与轧机的节奏匹配、钢坯加热过程优化、各加热区温度设定点计算及制定待轧策略等功能。日本川崎钢铁厂 开发了加热炉燃烧控制专家系统，与数学模型相结合，系统采用线形规划、优化模型计算机满足出钢温度和时间的升温模式，用专家系统选择优化模型的目标函数和约束条件，确定设定温度。新西兰Hoogovens钢厂 采用热传导微分方程进行钢温预报、炉温优化控制、空燃比控制、推钢速率控制和直接燃烧控制。瑞典DOMNARVET钢厂 实现了计算机在先最优控制，包括最佳加热曲线的确定和最优炉温控制。美国Yamatake Honeywell公司 步进辐射式加热炉全自动燃烧控制系统具有过程温度控制作业顺序管理、钢坯跟踪及生产管理功能。表1.2国内钢铁企业加热炉温度控制技术的应用情况4钢 厂 采用的温度控制技术及应用情况 采用分区控制策略，把PID控制、强比例控制，马鞍山钢铁公司 与Fuzzy控制相结合的复合控制系统，三者之间转换条件是炉温设定值与实际值的温度偏差e，温度上下限通过分析现场数据确定。莱芜特钢厂 以NEUROSHELL神经元网络为基本开展平台，采用BP网络中带阻尼反馈的recurrent网络的寻优功能寻找最佳空燃比。投入运行后取得良好控制效果，炉温控制精度在设定值10上海宝钢1580热扎厂 整个钢坯加热过程实现了数学模型网络控制，根据粗轧出口带钢要求的目标温度，采用炉温 或流量设定方法，对板坯温度周期进行计算。通过加热炉控制模型中的数据层别，实现了对新增的不同规格与钢种的板坯出炉温度的准确控制。武汉钢铁公司 将模糊控制技术用于常规PID控制参数的自动整定，整个加热炉实现了全自动控制，自寻优并跟踪最佳燃烧，各段炉温自动协调，最大限度地修正各设定值，各参数在线自动整定，控制温度精度1%,氧化烧损减少30%以上。备，技术上受到制约，设备维护费用较高，因此必须加快加热炉计算机控制设备的国产化步伐，这也是成为世界钢铁工业强国应具备的基本条件。(2)分析仪表的好坏，将直接影响加热炉控制效果。目前加热炉的分析仪表基本上都从国外引进，成本较高。 (3)国内大部分钢铁生产企业的钢坯加热工段的温度控制与轧制工段脱节。钢坯出炉温度设定值往往根据轧制工段操作工的经验要求确定，而不是根据钢坯的具体轧制状况由计算机控制系统自动确定，这样做的结果不是加热能耗过高就是轧制负荷过大，轧制设备使用寿命降低。因此，开发将钢坯的温度控制与钢坯轧制负荷控制结合起来的集成控制系统已成为钢铁企业实现基础自动化和加热炉综合集成控制技术的当务之急，国内类似的研究较少。(4)手动控制曾是我国钢铁企业加热炉温度控制和轧制负荷控制的主要手段。这些人工经验经过多年积累已经非常丰富。近年来模糊控制技术，神经网络技术与专家系统的研究已经取得了长足的发展，因此将已有的人工控制与上述以经验为基础的控制技术相结合，可对将钢坯温度控制与轧制负荷控制结合起来的集成控制系统的研究提供一种新的研究手段。1.3加热炉燃烧控制系统研究内容及方法鞍钢大型厂加热炉为三段步进式加热炉。按工艺要求可将检测、控制系统分为加热炉温度控制、检测系统，助燃空气、混合煤气管道压力控制、检测系统，汽化冷却控制系统等。其中加热炉温度的优化设定和自动控制是主要控制目标。本文以鞍钢大型厂加热炉计算机控制系统设计为背景，完成了如下具体工作：（1） 通过查阅资料，了解加热炉温度控制技术发展及国内外应用现状，了解加热炉生产工艺及控制目标；（2） 基于对加热炉燃烧控制系统的分析，综合国内外技术发展及设备现状，提出以双交叉限幅为加热炉燃烧控制策略；（3） 完成加热炉计算机控制系统总体设计和检测、控制系统流程图设计；（4） 采用美国AB公司ControlLogix5000 系列PLC设备组成分散式控制系统，完成各工艺参数检测和控制；（5） 运用RSView和RSLogix5000等相关软件完成了加热炉双交叉燃烧控制系统软件设计。2加热炉的控制系统总体设计2.1钢坯加热的工艺过程在步进式加热炉里，钢坯的移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的，在固定梁上的钢坯，通过移动梁反复地上升，前进，下降，后退的矩形运动，每一个循环运动过程使钢坯在炉内的梁上发生滑动就前进一步。传动机构的上下运动和前后运动分别是由独立机构构成的。支撑在辊子上的步进梁的前进，后退多采用油压传动方式。上下运动采用各种方式，如采用油压或采用电动。炉子装钢要保持规定的间隔，用推钢机或输送机装入炉内。加热好的钢坯出钢采用出钢装置送入下一步工序。图2.1步进式加热炉工艺图为了对钢坯实现有效地加热，步进式加热炉沿炉长方面分为：预热段，加热段和均热段，如图2.1所示，有的步进式加热段分为一段加热段和二段加热段。预热段的长度较长，可以充分利用烟气来预热装炉钢坯，从而提高燃料的利用率。钢坯在加热初期会因温差过大而产生热应力，因此要求控制升温速度。钢坯经过预热段预热后进入加热段，加热段是加热炉最重要的段，钢坯在加热段被加热的程度决定了钢坯是否能被烧透，炉口能否正常出钢。均热段主要将钢坯均匀加热到规定的出钢温度。若均热段温度过高，将出现钢体打滑现象，温度过低，则不能出钢。三段的温度互相耦合，互相影响5。为了便于灵活调节各段炉温，在加热二段与均热段之间设有无水冷隔墙。用无水冷隔墙隔开，可以精确控制两段炉温和炉压，减少两段之间的辐射干扰。各段均为上下加热，采用分布在炉子侧墙上的蓄热式烧嘴进行供热。通过每对蓄热式烧嘴的切换燃烧，加强炉气在炉内的扰动，增强炉气对钢坯的传热。空气预热温度1000以上，排烟温度150以下。炉内钢坯通过步进梁的步进动作，自装料端一步一步经过加热一段、加热二段和均热段传送到炉子的出料端。在接到轧机要钢信号后，步进梁就将固定梁上最终料位处的钢坯托放在出料悬臂辊上面，然后送出进入轧线轧制。2.2加热炉主要检测项目加热炉的热工制度主要包括：温度制度，燃料燃烧制度和炉压制度等，为了保证燃烧的正常进行，一般采用双交叉限幅燃烧控制方法和动态补偿的炉膛压力控制方法，同时对煤气的流量、压力与助燃空气的流量、压力以及炉膛温度、压力分别进行检测控制。加热炉检测系统控制流程图如图2.2所示。主要的检测项目有： （1）温度检测：加热炉第一加热段内温度检测，加热炉第二加热段内温度检测，加热炉均热段炉内温度检测，煤气、热风温度检测，换热前后烟道温度检测；（2）流量检测：加热炉一段煤气、空气流量检测，加热炉二段煤气、空气流量检测，加热炉均热段煤气、空气流量检测，热风流量检测；（3）压力检测：煤气热风压力检测，加热炉炉膛压力检测，煤气总管压力检测，热风管压力检测。 图2.2加热炉检测系统控制流程图其中， PV：表示阀、挡板PIC：表示压力指示、调节FIC：表示流量指示、调节PE：表示压力测量元件 FT：表示流量变送器TIC：表示温度指示、调节FE：表示流量测量元件2.2.1煤气与空气压力检测为保证炉温燃烧控制系统的稳定，稳定燃料压力是十分必要的。因此在步进式加热炉上，应设燃料压力自动调节系统。煤气压力自动调节系统的构成，如图2.3所示。 图2.3煤气压力自动调节系统流程图从煤气管取出的压力，经压力变送器，配电器输出DC4-20mA的电流信号进入PLC，与设定值SP进行比较，如果输出的信号小于设定值SP，则开大调节阀；如果输出信号大于设定值SP，则关小调节阀，以保证主管压力的稳定，此时PLC调节块应选择PI型反作用调节模块。当煤气压力降低到一定限值时，必须自动切断煤气，以保证生产的安全。即当煤气压力降低到低于允许值时，应自动关闭煤气切断阀。当事故处理后，煤气压力恢复时，应采用手动恢复的方式，以保证生产的安全6。空气压力的检测与煤气的压力检测原理相同。2.2.2煤气流量检测煤气流量的检测直接影响加热炉燃烧控制，所以对煤气流量的检测是十分必要的。煤气流量自动检测控制系统如图2.4所示。图2.4 煤气流量自动检测控制系统流程图煤气总管道安有一孔板，当煤气流量经过孔板时，经压差变送器和配电器转换DC4-20mA的电流，它与SP设定值的DC4-20mA进行比较，当大于SP的设定值时，调节阀根据计算机系统的指示自动调小；反之调节阀开大。此回路中调节器采用PID调节，能很快地，稳定地对信号进行调节。2.2.3炉膛内温度检测加热炉内分均热段、加热段和预热段，其每段炉温测量设2支热电偶，热电偶可选择两种方式：工作模式（选择两支热电偶中的高选值进行燃烧控制）、维护模式（当任何一支热电偶出现故障时，输入信号自动切换到另一支热电偶），在一般情况下，温度控制器只使用其中一支热电偶信号，而另一支热电偶信号仅作监视用。2.3加热炉主要调节项目加热炉的自动调节项目主要有：（1）煤气、空气主管道压力调节；（2）煤气、空气支管道压力调节；（3）炉膛压力调节；（4）炉膛各加热段温度调节。3加热炉燃烧控制系统设计3.1加热炉燃烧控制的理念加热炉控制应该采用合理的控制策略，使炉内燃料燃烧尽可能完全，并使加热对象加热到目标温度。国际上从20世纪70年代就开始加热炉计算机控制的研究，国内在这方面起步较晚，从80年代才开始这方面的研究工作。但近十多年来，由于计算机技术以及智能控制技术的迅速发展，加热炉计算机控制的应用日趋广泛，控制水平有明显提高。在仪表控制系统中，处理燃料与空气的关系通常采用配比调节，由于燃料与空气调节回路响应速度不一致，燃料的热值又不稳定以及烧嘴特性的变化，这种配比关系难于保证，特别是在燃烧负荷发生变化的情况下，更无法保持最佳配比。目前加热炉炉温控制广泛采用交叉限幅控制方式来解决这个问题，即根据给定的空燃比，合理调节空气流量和燃料量，以保证在炉温调节过程中，煤气和空气都达到充分燃烧，这样既可节约能源，又可防止环境污染。空燃比对于在加热炉各段内取得最佳的燃烧效率是重要的，正确地调整空燃比对于炉子安全及产品质量也是重要的。目前，通常采用3种方法处理空燃关系：（1）单交叉限幅法；（2）双交叉限幅法；（3）改进型双交叉限幅法。3.2单交叉限幅控制单交叉限幅是一种基础的交叉限幅控制方法。图3.1为单交叉限幅系统原理图。当温度调节器输出增加时，开通高值选择器HS，当使空气流量调节设定值输出减少时，开通低值选择器LS，使燃料流量调节设定值先行降低，达到变化过程始终维持足够的空气量的目的。反之，则燃料先行。这种方式使瞬态响应能保证足够的空气量。但是，两个流量系统的控制响应不同，虽然加有限幅器，振荡仍较剧烈。为减轻振荡和跟踪设定值带来的超调，在FIC前加有两个设定值滤波器SVF。 当负荷增加空气先行时，因空气系统惯性，致使流量实际值来不及变化，低值选择器LS选择作为燃料侧设定值。式中为实际空气量，为燃料侧设定限幅值，取3%5%，为理论空燃比，为空气过剩系数。此时空燃比处于低限幅，将冒黑烟。这种现象一直持续到过渡过程结束，即燃料侧选择器重新选择温度调节器TIC的输出。图 3.1单交叉限幅系统原理图当负荷减少燃料先行时，高值选择器HS选择,式中为燃料量，为空气侧设定限幅值，取3%5%，空气过剩偏多。这种现象一直持续到过渡过程结束，即空气侧的选择器重新选择温度调节TIC的输出。单交叉限幅控制系统的主要特点是：在需要增加炉温时，先增加空气量，再增加燃料量；在减少炉温时，则先减燃料量，再减空气量。这样保证了合适的空气过剩系数，使燃料更为合理。单交叉限幅的限幅值和只限定发烟界限，在负荷突减时空气过剩不受控制，使过渡过程排烟损失和公害变大。和双交叉限幅相比，单交叉限幅的优点是系统响应快。但这种系统，对燃料阀动作快于空气阀的系统来说，会发生比例失调，使燃料增加过快，以致早冒黑烟7。3.3双交叉限幅控制双交叉限幅控制方式能够克服单交叉限幅控制燃烧不充分等问题，以减少了污染气体的对外排放，保证煤气充分燃烧，有效地提高系统空燃比的稳定性，增强炉温的控制效果。双交叉系统采用流量内环和炉温外环的PID调节系统来完成炉内温度的自动调节，具体的实现方式为：DCS控制系统先对各有效炉温控制点进行多点采样比较，将采样点的温度值送入PID调节器（温度外环）进行温度趋势调节；同时将温度外环PID调节器的输出值送入流量内环的PI调节器，再对系统中空气和煤气的输出进行偏差调节，以最终实现加热炉的温度自动控制。双交叉限幅系统原理如图3.2所示，图中所示的双交叉限幅系统由1个温度调节器，1个煤气流量调节器，1个空气流量调节器，4个高低选择器和一些运算单元构成，系统中温度调节器采用PID型反作用式，空气和煤气流量调节器采用PI型反作用式。燃烧控制系统的主要目的是将炉温控制在允许的范围内，并保证燃烧过程的合理性。在加热炉的加热段和均热段，每个温度控制调节器的输出值，通过HS，LS选择器作为煤气和空气流量内环调节器的设定值，各段热电偶为温度调节器提供测量值，系统中的限幅值，取值为4.、5，取值为7（调试值），为空气，燃料的测量修正值；，分别为煤气、空气的相对值；为理论空然比；为空气过剩系数。图 3.2 双交叉限幅系统原理图双交叉限幅系统的调节过程简述如下：（1）正常工作情况时，温度调节器的，煤气和空气侧的流量调节器设定值均由决定。（2）当检测点的实际温度小于温度调节器的给定值（升温）时，由于温度调节器为PID反作用式，故其输出值大幅度增加。对煤气回路来讲，在HS中，与进行比较，因为，为输出，故选，在LS中，与进行比较，因，为出，故选,此时成为煤气调节器的设定值，即。对空气回路来讲，由于 增加，,LS输出为,又因为，所以HS输出为，由作为空气调节器的给定值，。上述情况表明：升温时，煤气和空气同时取上限限幅值；随着温度的上升，值逐渐变小，当温度上升到温度调节器的时，双交叉限幅过程结束。（3）当检测点的实际温度值高于温度调节器的给定（降温）时，其输出值大幅度减小。对煤气回路来讲，在HS中,与进行比较，因，为输出，故选；在LS中，与进行比较，因,故选为输出，此时成为煤气调节器的设定值，即。对空气回路来讲，因减少，LS输出为，又因为,所以HS输出为，由作为空气调节器的给定值，。上述情况表明：降温时，煤气和空气同时取下限限幅值；随着温度下降，值逐渐增大，当温度降低到温度调节器的时，双交叉限幅调节过程结束。3.4改进型双交叉限幅控制改进型双交叉限幅控制，是基于双交叉限幅的控制，在系统中增加了，使动态响应时间提高，如下图3.3所示，让按TIC输出与燃料流量的比值或按TIC输出的变化率计算限幅值的偏置K，比值或变化率越大，K越大。加入偏置K等于放宽限制条件，使双限幅的优越性变得不明显，当K足够大时，系统将蜕变成空气和燃料两个流量回路同时跟踪TIC输出的并行系统。并行的两个回路因回路特性不同产生的相位差使动态流量比变坏，是超调大和有明显振荡的系统，动态流量比将难以控制。3.5本文采用的控制设计本文采用双交叉限幅的控制方法来实现燃烧的最优控制。因为单交叉限幅控制系统虽然有很快的响应，但对燃料阀动作快于空气阀的系统来说，仍会产生比例失调，使燃料增加过快，以致早冒黑烟；改进的双交叉限幅控制系统，理论上虽然有改进，但实际意义并不大。双交叉限幅控制系统是在单交叉限幅设置发烟界限限制的基础上增加了空气过剩限制的一种控制系统。双交叉限幅可消除单交叉限幅空气过剩和减轻煤气流量系统相互图 3.3 改进型双交叉限幅控制原理图影响引起的振荡。当炉内发生相应变化，温度调节器TIC的输出会发生相应变化，而空气和煤气的流量设定值均不直接跟踪TIC的改变。空气和煤气的流量实际值交替地跟踪对方的流量实际值的变化，变化速度取决于双边系统的惯性。同无限幅的系统相比，本系统是将TIC的输出对下面直接大幅度设定改成由对象时间常数规定的小幅度的设定，是等待对方流量变化后再进行已方控制的进程，从而使动态响应时间变长，超调量相应地减少。本系统基本上杜绝了冒黑烟和过度排热的情况，实现了空燃比较稳定的炉内温度稳态控制。4计算机控制系统设计4.1系统构成和配置加热炉控制系统由操作站HMI、现场控制站和通信网络组成，系统构成如图4.1所示。图4.1加热炉控制系统结构图操作站是人机接口，可显示工艺流程画面、仪表操作画面、电气操作画面、报警画面及趋势画面等，操作人员通过操作站画面集中监视生产过程，下达各种操作指令，调节过程参数，控制设备运行。操作站设有打印机，可以印工况报表、报警记录、有关程序和参数。操作站PC机必须符合以下的软硬件要求。 1、硬件要求（1）一个Intei Pentium、Pentium兼容的活486微处理器；（2）32MBRAM（推荐64MB及5/60 或5/80 处理器）；（3）12MB可用硬盘空间（或更大，视应用程序需要而定；（4）一个3.5英寸、1.4MB磁盘驱动器；（5）16色VGA图形适配器，640480或更高分辨率（最好256色800600）；（6）任何与Windows兼容的定点设备。2、软件要求操作系统必须是Microsoft Win95 或Microsoft WinNT V.4.0以上。4.2系统功能步进式加热炉自动控制系统，采用具有国际先进水平的美国AB公司 ControlLogix5000 系列PLC设备组成的分散控制系统，对加热炉生产过程进行控制。为便于调试，主要设备旁设有操作台。现场控制站采集现场设备信号后，经PLC处理然后对现场设备进行控制，并送HMI显示。PLC1为加热炉电气用PLC，主要控制加热炉入口收集装置、拔钢机、炉门、步进梁、出钢机、液压站、风机等设备的运行。PLC2为加热炉仪表用PLC，主要采集加热炉的温度、流量和压力等信号，控制加热炉的炉温，使其达到最佳燃烧状态。PLC3为气化冷却系统用PLC，主要控制汽包，除氧器等设备运行。现场控制站采用美国AB公司ControlLogix5000系列PLC设备，PLC具体配置如下：处理器： 1756-LIM217槽机架： 1756-A17网络通信模块： 1756-CNBR模拟量输入（输出）模块： 1756-IF16（OF8）数字量输入（输出）模块： 1756-IB16（OW16I）加热炉电气PLC、仪表PLC、气化冷却PLC之间，及与HMI之间的通信采用AB公司的Controlnet网。通信速率5MB。通信网络采用双网进行通信控制，使控制系统的可靠性得到了很大提高。4.3系统软件介绍RSLogix5000 是处理的梯形逻辑编成软件包，是一个32位的Windows软件。工作在Microsoft Win95与WinNT环境下的 RSLogix5000与使用WINtelligent Logic5、PLC-5A.I.(Advanced Interface)系列以及6200系列PLC-5 编成软件生成的程序兼容。RSLogix 5000 软件的功能包括8：（1）自由形态的梯形图编辑器使集中于应用逻辑代替了写程序时对严格的语法的要求；（2）项目校检器可以建立错误信息列表，以利于编程人员浏览和修改；（3）拖放编辑功能可以很方便地将数据表元素从一个文件移到另一个文件，将一个梯级从一个子程序或项目文件中移到别处，或在一个项目文件内将指令从一处移到另一处；（4）搜索和代替可以快速改变地址或符号；（5）一个称为项目树（project tree）的界面使编程人员可以访问项目包括的所有文件夹和文件；（6）一个自定义数据监视器（custom data monitor）用于将分开的数据放在一起便于查看；（7）有着与梯形逻辑编辑器一样简单地进行拖放操作的基于IEC1131-3 标准的SFC和结构文本编辑器；（8）梯形逻辑的可存取部分PC5库用于存取访问任意RockwellSoftware的PLC-5编程软件。4.3.1系统软件梯形图梯形图（Ladder）是一种最典型的也是最基本的编程方式，它采用图形符号，沿用了继电器的触点、线圈、串联等术语和图形符号，并增加了一些继电接触控制没有的符号。梯形图一般由多个不同的阶梯（RUNG）组成，每一阶梯又由输入及输出指令组成。在一个阶梯中，输出指令应出现在阶梯的最右边，而输入指令则出现在输出指令的左边，如图4.2所示。当输入指令所表示的阶梯条件为真则执行输出指令，否则不执行图4.2梯形图输出指令。因此，允许在一个阶梯中无输出指令表示阶梯条件永远为真；也允许有多个输入指令串、并联：串联意味着几个条件之间是“与”的关系，并联则意味着几个条件之间是“或”的关系。输出指令则不允许串联，但允许并联，表示阶梯条件为真时，几个输出指令可一并执行。梯形图扫描的顺序是从左到右，从上到下。4.3.2系统软件指令介绍本设计用到的主要指令9：1、检查闭合XIC XIC属输入指令，若相应位地址中的数据是“1”（ON），则表示该指令的逻辑为真（true），否则该指令的逻辑为假（false)。它类似于常开开关，如果位地址使用了输出映像表的位，则其状态必须与相应地址实际输入设备的状态相一致。XIC的指令格式如图4.3所示。图4.3 XIC的指令格式模块图2、检查断开XIOXIO属输入指令，若相应位地址中的数据是“1”（ON），则表示该指令的逻辑为“假”（false)，否则该指令的逻辑为真（true），它类似于一常闭开关。XIC的指令格式如图4.4所示。图4.4 XIC的指令格式模块图3、输出激励OTEOTE输输出指令，用于控制存贮器中的位。若该位对应输出模块上的一个端子，则当该指令使能是，连接到该端子上的设备被接通，反之，设备不动作。若OTE指令前面的阶梯条件为真，则处理器使能OTE指令；若OTE指令前面的阶梯条件为假，则不能使能OTE，相应得设备不接通。一条OTE指令如同一个继电器的线圈。OTE指令由它前面的输入指令控制，而继电器的线圈由硬触电控制。OTE的指令格式如图4.5所示。图4.5 OTE的指令格式模块图4、比较指令（CMP）CMP指令用于完成用户指定表达式的算术比较操作。当处理器发现表达式为真时，阶梯为真，否则阶梯为假。一条CMP指令的执行时间比其他比较的执行时间长。在用户程序文件中，一条CMP指令比相应的比较指令占用的字也要多。CMP的指令格式如图4.6所示，图4.6 CMP的指令格式模块图在这里输入的CMP的表达式定义了用户要完成的操作，表达式由操作符、地址或程序常数组成：（1）操作符（符号）定义操作功能，如比较操作中的等于、不等于、小于、小于等于、大于、大于等于；算术运算中的加、减、乘、除、平方根、指数；转换中的BCD转换成二进制（FRD）、二进制转换成BCD等；（2）地址可以使直接地址、间接地址或变址地址；（3）程序常数可以使整数也可以是浮点数。表达最长允许有80个字符，包括空格和符号。5、字传送（MOV）字传送指令（MOV）把源值（Source）传送给目的地址（Dest），源可以使常数也可以是存放数据的地址，其指令格式如图4.7所示。图4.7 MOV指令格式模块图6、计算（CPT）CPT指令可以完成拷贝、算术、逻辑和转换等操作，其指令格式如图4.8所示，图4.8 CPT指令格式模块图该指令完成表达式中用户定义的操作，并且把结果输入到目的地址，数据类型也自动转化为目的地址的类型。表达式是用户定义的操作，由运算符、地址或程序常数完成，最终可达80个字符（复杂表达式）。其中，运算符（符号）定义了操作性质；地址可以是直接和间接地址；程序常熟可以是整数或浮点数。 当用在表达式中的任一操作数为浮点数，那么整个表达式就以浮点数形式计算。CPT可以完成拷贝、清零、算术运算、逻辑运算、转换等功能。7、平方根（SQR）平方根（SQR）指令计算一个数值（Source）的平方根，结果放在目的地址（Dest）内。Source 既可以是一个数值也可以是存有数值得地址，平方根（SQR）指令的格式如图4.9所示。图4.9 SQR指令格式模块图8、通延时继电器(TON)利用TON指令在设置时间内完成去控制输出的接通或断开。当阶梯为真时，TON指令开始累加计时，直至下列条件之一发生为止：（1）累加值等于预设置；（2）阶梯变假；（3）复位计时器；（4）相关的SFC步变无效。一旦阶梯条件变假，不论计时器是否到时，处理都复位累加器，TON的指令格式如图4.10所示，图4.10 TON指令格式模块图可见每一个TON必须使用一个计时器元素，并提供下列参数：（1）时基（Time Base）：分1s和0.1s两种，它决定了计时器的精度；