6ES7222-1EF22-0XA0诚信经营

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引言
        近几年，公用事业公司在进行他们的商务活动时，已经经历了很多改变。增加收益和降低开支的压力使他们把SA系统与商务网络集成在一起进行流线型操作。互联网的流行使用户要求他们可以对自己的帐户进行在线访问，在线转帐，进一步增加网络的暴露程度。另外，公共事业公司已经通过使用互联网使一些的商务操作，如故障的管理，加便利。
        2003年八月的大规模停电引起了公众对于互联网故障的关注。结果，北美电力性（NERC）生成了紧急行动标准1200，这个行动方案的目的就是保证所有的实体都要对北美的大规模电网系统做出反应，保护控制或是可能影响大规模电力系统的网络资产。2004年，NECR发行了一个续集和标准1200保持控制区域和性协调机构的强制性。在2005年季度，所有的控制区域和性协调机构要完成和提交适当的区域自我诊断新表格，来显示他们与网络标准的要求符合或是不符合度。
        另外的恐怖主义，已经引起了公众对于公共事业公司关键基础设施和SA系统的关注。尽管公众十分担忧，但是公共事业公司也不会因此而拒绝集成SA和互联网所带来的好处。危险可能是真实存在的，但是，幸运的是，保护SA系统的方法相对也是比较容易的。
        也许，来自公共事业公司的大的危险就是来自他们缺乏对加的保护的关注。许多国有或是私有的企业，控制着气、能源、水等公共事业，但是却从来没有想过他们就是网络袭击的目标，现在他们要采取有效的措施来保网络的了。虽然很多公共事业公司为他们SA系统提供了风险评估机制，但是很多公司却没有。他们已经越来越依赖紧密联系的数字信息系统，而没有充分意识到网络袭击的潜在危害。
        传统意义上的SA系统是与其它系统隔离开的，他们在网络上立操作。由于先前考虑到可能的攻击，这样看起来就为SA系统提供了所有必要的保护。具有这种有限访问和很难密码的通常是大型的专有系统，这样，几乎没有人可以随意进入其系统并进行攻击。但是时过境迁，他们现在已经集成到公司的网络系统当中，可以使他们的数据在网络上共享，增加了工厂效率。所以，现在的情况是，目前的SA网路的网络的性。

保护你的SA网络
        保护SA网络的步就是生成一个书面的原则，这是保护整个网络的重要组成部分。没有一个适当的原则，就是使该公司处于网络攻击的危险地位、造成季度损失、甚是会导致法律诉讼。一个原则是一个动态而非静态的文件，它不是一旦生成改的。管理团队需要提出一个明确的、可理解的目的、目标、规则和正式的流程来定义整个计划的地位和构架。
        管理人员、IT部门、人力资源和一些合法的部门等这些关键的人员都应该包含在这个计划当中。而且应该包含以下几个关键因素：
● 原则所涉及到的相关人员的角色和责任
● 允许的和不允许的行为和进程
● 不遵从原则的后果

漏洞评估
        准备一个书面的原则之前，要进行一个漏洞评估。漏洞评估的旨在明确两点，一是与SA相关的IT构架的不同方面的潜在危险，二是这些不同构架的权。这通常以等级的形式表示出来，然后，这也排出了对的关注程度的权，以及不同漏洞区域的投资等级。
例如，在一个典型的SA系统中，一些关键词和相关的等级如下：
● 操作员站的操作的有效性
● 实时数据的准确性
● 系统配置数据的保护
● 与商业网络的连接
● 历史数据的有效性
● 临时用户站的有效性

        一个漏洞评估系统执行时类似一个理解一个系统是如何构成的，威胁到系统的危险是如何生成的这样一个确认漏洞和缺点的机制。
        为了成功的运行一个漏洞评估机制，需要在物理上确认所有的网络和计算机设备，需要用到的软件和网络路由器。在进行检查之后，应该随网络构架生成一个清晰的结构图。

进一步的方法
        如前所述，SA系统以前是与其它网络分开的，要进行攻击，只有在物理上穿越此系统。随着公司网络在电子上连接到了互联网或是无线技术，物理访问对于网络攻击来说已经不需要了。其中一个解决方法就是隔离SA网络，但是对于预算思想的操作来说，这不是一个实用的方法。这还会需要在远程地点的监控工厂和远程终端单元。所以需要采用方法来保护网络，一些常见的方法可以应用与本质上属于所有的SA的网络，例如那些以WAN形式出现的网络，或是又基于互联网访问要求的网络。的因素包括：
● 网络设计
● 防火墙
● 虚拟网络
● 隔离区

网络设计——尽量保持简洁
        简单的网络比比较复杂的、相互连接的网络危险要少。要保持网络的简洁性，重要的是，从一开始就要有良好的构架。
        确保一个的网络的关键因素就是控制接触点的数目。接触点应该尽可能的少。虽然防火墙可以保护来自互联网的访问，但是很多现行的控制系统拥有自己的调制解调器，允许用户在远程访问系统进行调试。这些调制解调器往往直接与子站的控制器相连。如果确实需要访问点，应该是一个具有密码保护的单点，使得用户的登录行为可以成功。

防火墙
        防火墙是装在网关服务器上，保护专有网络计算机资源的免受外部用户攻击的一套程序。防火墙与路由程序紧密配合工作，它可以检查每个网络信息包，判断是否允许它传递到目的地。防火墙还会包含一个代理服务器或是与其工作，这就可以使网络要求可以代表工作站用户。防火墙通常安装在特别设计的计算机上，与网络的其它部分分开，所以，任何引入的信息都不可能直接进入网络资源。
        在信息包交换的网络中，例如，互联网，路由器是判断一个网络点是否是信息包的目的地的设备或是软件。路由器少连接到两个网络上，基于对它所连接的网络，以及他对网络现状的理解，来判断每个信息包的传送路径。路由器安装在网关上（两个网络的交汇处），包含互联网上的每个点。路由器通常看作网络交换机的一部分。
        在公司网络和互联网上使用墙十分重要。作为公司网络信息出入的单点，防火墙可以很好的被监控和保护。使用至少一台防火墙和路由器把公司网络和不属于本公司的网络隔离开十分必要。
在大的站点，需要保护控制系统免受SA网络内部的攻击。在公司网络和SA系统之间使用防火墙可以达到这个目的，并且也高度建议使用防火墙。

虚拟专有网络（）
        现在加复杂的网络所面临的一个主要的问题之一就是远程访问。是一个连接到远程SA网络的方法。使用，所有的数据在一定程度上是保密的，只对有限的人群开放，例如供应商公司的员工。是一个使用公用电缆把点连接起来的网络。例如，有一些系统允许使用互联网作为传输数据的媒质来生成网络。这些系统使用密码技术和方法来保证只有授权用户才可以访问网络，并保数据不被干扰。基于现存的网络构架，使用一体化的数据密码和隧道技术，提供了一个高水平的数据等级。一个典型的服务器或者是作为防火墙的一部分或是作为一个立的设备安装，外部人员进入SA网络之前要进行验证。

IP（IPsec）
       IP是互联网工程任务组为了支持IP层的信息包交换而开发的一套协议。已经广泛的应用了IPsec。
       IPsec可以在一个网络范围内使用，提供计算机等级的和数据加密。IPsec可以被用来把使用高度的L2TP/IPsec的远程网络生成连接。
       IPsec支持两种加密模式：transport和tunnel。Transport加密只对每个信息包的一部分（有效载荷）进行加密，不涉及报头部分。加的tunnel模式可以同时对报头和有效载荷进行加密。在接收方，IPsec兼容设备为每个信息包解码。
      为了IPsec有效工作，发送和接收方应该共享相同的公钥。这通过ISAKMP/Oakley（联盟和密钥交换协议），这就允许接收者可以得到公钥，并对发送者进行数字验证。
       在网络硬件，如路由器、交换机和网关的选择阶段，考虑到设备要支持IPsec来支持连接的能力十分重要。

隔离区
        隔离区是在信任区域（SA网络）和公司网络或互联网之间的缓冲区域，通过额外的防火墙和路由器分离开，为网络攻击提供了额外的层。使DMZ已经成为把商务网络和SA网络分离开的越来越普遍的方法，是一种强烈建议使用的方法。

网络和操作环境的
        在处理SA构架时，需要明白在与SA有关的IT性能和关注于典型的商务网络的性能方面具有相同和不同点。例如，在商务系统中，访问服务器时非常典型的关注问题，而在SA环境下，访问主要集中在操作员控制台上。这些不同点产生了不同的网络拓扑图来提供必要的有效性，同时，SA系统下什么样的问题是保证需要关注的也是与商务网络不同的。
认证和授权
        认证是一个处理确认访问SA系统的授权用户的软件。授权是定义一个访问许可，允许用户使用这个许可来访问系统的相关内容。验证和授权是确认和允许只有授权用户访问SA系统的单点控制机制，因此保证了对系统性的高度控制。
       为了提供有效的验，系统要求每个用户使用各自的用户名和密码进入。共享的用户名意味着该用户对密码和所完成的行为缺乏责任感。
        用户在系统内生成、编辑和取消，而且该系统是活跃的，可以把个人密码保存起来。密码过期保证操作人员在一个可控的时间周期内例如一周或一个月等定期修改他们的密码。
的数据存储和通讯
       对于SA系统来说很关键的数据应该在保存和通讯时保证。建议关键数据例如密码使用加密算法保存。相似地，远程登录处理应该使用或是加密技术把用户名或是密码在网络上通讯。关键数据如用户名和密码储存在一个的数据库中，使用bbbbbbs认证和基于角色的系统对访问权进行监控和管理。
入侵检测
      防火墙和其它的防御设备在进行观测、识别和确认攻击特性的时候往往汇缺乏一定程度的智能性，这将会在他们所监控的通讯中或是所收集的日志文件中显出来。这些不足就解释了入侵检测系统（IDS）为什么在维护网络方面越来越重要。
        简而言之，IDS是一个知道如何从防火墙、路由器、服务器上阅读和翻译的专门工具。进一步，IDS经常保存具有显著攻击特征的文件，然后把一些动作和行为与它在日志中所存储的特征进行比较，如果现存的或是近发生的行为与日志发生的匹配度很高，它就会察觉到了。
有很多IDS监控方法：
● 网络型IDS特征：基于网络的IDS可以用很简单少量的设备或是配置点对网络几乎不施加任何影响，对完整大型的网络进行监控。
● 主机型IDS特性：主机型IDS可以在它所监控的主机上进行非常细节化的行为分析。
● 应用型IDS特性：应用型IDS只关注于某些特定的应用上所发生的事件。它们通常通过分析应用程序日志文件来检测攻击，通常可以确认和很多类型的攻击和可疑行为
        实际应用中，大多数商业环境使用网络型、主机型或是应用型的IDS的某些综合体来观察网络上发生的情况，对关键的主机和应用程序的监控加密切。
规范对SA网络的物理访问
应该对网络的物理访问倍加关注。
1、 使用Microsoft bbbbbbs的内置特性，如NTFS在浏览网络共享资源时进行验
2、 禁止任何非该组织内部人员连接到该组织的以太网上，或是对其IT服务器室进行访问。
3、 对网络上日常运行的可能的可以行为进行监控，当运行嗅探软件或是硬件时注意其IP地址。
4、 确保没在列表上有陌生的IP地址。如果发现陌生的IP地址，要对其进行跟踪，一旦你确定这个IP的出处，就可以采取行动了。如果你不确定，就在物理上断开可能会发生入侵的网段。

无线网络的特别提示
       得到未授权访问无线网络的常见的方法有两种：一是使用未授权的客户程序，例如笔记本电脑或是掌上电脑，二是对无线访问点进行复制。如果无线网络没有采取任何保护措施，那么上述任何一种方法都可以对无线网路提供的访问。
       现在已经应用了很多商用无线网络，他们在价格、复杂性、和水平上有所不同。
       当使用无线网络时，可以采用以下几个标准的方法来对攻击者获得访问无线网络的机会小化。
● 审核用户——无线网络的访问点包含所有的被授权可以访问无线网络的客户的配置列表。没有在列表上的客户将不能访问。
● 网络名（SSID）——这是一个可以在所有的客户机和访问点上配置的认证字符串。共同使用无线网络的客户机和访问点享有相同的网络名。然而网络名是一个在网络上传播的可读的文本字符串，所以，只是使用网络名不能够保护无线网络。
● 有线等效保密（WEP）——所有的用户和访问点应该拥有可配置的静态WEP。这是一个40、64、128位的字符串，所有的客户和访问点都要输入。没有正确的WEP字符串，就不会得到无线网络访问，SSID也是通过这种字符串进行加密的。大多数情况下，只是使用SSID和WEP就可以提供的解决办法了。
● （前边已经描述）可以为互联网或是国内企业网络提供一个的连接。只是在开放的互联网上或是无线网络上生成一个的通道。通过这个通道的传输的数据在客户机上被加密，在无线访问点内部的网关上被解密并时期生效。使用的另外一个优点就是可以为两种网络：无线或是有线的，提供，而且维护费用相对较低。

电力进入市场，节能降耗是火力发电厂降低发电成本，提高经济效益的有效途径。风机在变速状态下运行，保持档板全开，通过改变风机转速来调整风量，风机效，消耗电能就小。为此，引送风机新增设了北京利德华福公司HARSVERT－A06／105高压变频调速系统，该系统设置于厂用电源6kV开关与引、送风机电机之间，将输入频率45～55Hz通过变频调速系统可以由0～50Hz进行无级变频，改变频率从而改变风机转速，调整风机出力。
1　定性分析
1．1　性和性
变频调速改造后，四川省电力试验研究院（以下简称试验院）于2001年11月对此进行了电机启动性能试验、频率调节范围试验、电机振动测试、节能效果测试、功率因数测试、静态精度测试、输出电压不对称度试验、效率试验、谐波测试等，变频器性能指标全部达到标书和有关标准要求。
1）风机转速可由0 r／min至额定转速调整，分辨率可达0．01 Hz，运行操作方便，转速调节稳定，配合DCS协调控制，炉膛负压稳定性比改造前提高10倍，炉内扰动小，送风风压十分稳定，给粉一定，一次风速平稳，且二次风箱风压稳定，提高了燃烧工况稳定性，熄火可能性减小，锅炉效率提高，性也高。
2）变频调速投入运行后，风机启动电流由原300A以上降至10A，减小了启动电流，减少了启动高压电机对6 kV厂用电源的影响，延长了引送风电动机及6 kV开关的使用寿命。
3）设备运行方式灵活，可工频运行，可变频运行。为防止误操作引起变频器损坏，其隔离闸KB1、KB2、KB3（图1所示）设有电气互锁和机械互锁，防误操作能力强。

4）运转速度较改造前低，尤其是升炉和低负荷工况加，机械振动小，试验院测试振动大幅值为0．07 mm，未过标准值0．13 mm，轴承和风机使用寿命延长。
5）试验院测试结果表明，机组负载为50％～100％额定负荷时，对应节电率为62．2％～42．7％，平均节电率为51．25％。大大降低了厂用电在发电负荷不变的情况下提高了上网负荷，在上网负荷不变的情况下降低了厂用电，提高了经济性和竞价上网能力。
6）改造前在厂用电故障或风机故障跳闸的情况下，引风机清灰后才能再次启动（水膜除尘器），改造后引风机可不清灰由零启动，且对电机基本无冲击，实现了软启动，缩短了机组恢复时间，保了电网和经济性。
7）运行人员操作方式比改造前灵活。变频器就地设有运行主界面，用户可以完成变频器的功能设定、参数设定、实时波形显示、运行记录打印、故障查询；可以本控方式和远控方式启动、设定运转频率、停机、急停和复位等操作。
1．2　缺点及建议
1．2．1　缺点
一次性投资较大，占地面积大，安装调试较复杂；系统只有一路控制电源，UPS输入掉电后，UPS只持续30 min供电，否则风机将停止运行。
1．2．2　建议
控制电源接入双电源，提高控制电源的性。
1．3　运行效果
引送风机变频调速改造以后，从2001年10月20日开始运行各种工况至今，只有乙侧引风机故障跳闸两次，其中一次是控制器元件故障造成跳闸，后经北京利德华福公司换后运转正常；另一次是运行人员调整变频器的速率过快造成过电压跳闸，目前已修订
其定值。变频器调快，易跳闸，从这一点讲，不利于锅炉的事故处理，对此了专项技术措施：事故处理中，风机出力需突变时，不调整变频器，而采用调节其档板开度进行控制，避免了这一情况的发生。

2　定量分析
改造后的经济性取决于节约厂用电的大小，以及性和性提高后减少的损失。节电效果测试结果见表1所示。
2．1　节省厂用电费用的计算
目川电力相对饱和，水电丰富，机组全年运行小时数取4 000，作为川东电网重要电源支撑点，低负荷旋转备用的情况多，低负荷时间取T1＝3 500 h，满负荷时间取T2＝500 h，电价按四川电力市场均价0．1995元／kW·h计算，则

年节约电量Q（60 MW负荷为技术出力）
=∑（60-92MW）负荷节能／4×T1＋满负荷节能×T2
＝（1 076．4＋1 062．0＋1 059．3＋992．7）／4×3 500＋1 006．2×500＝4 169 700 k W·h
去年4号机组参与系统调峰，共启停97次，变频改造后比改造前每次启停节电2 500 kW·h，启停节电Q1＝2 500×97＝242 500 k W·h。
变频改造后新增设的空调及控制电源用电负荷P空＝40 kW，电量Q空＝P空（T1＋T2）＝40×4 000＝160 000 kW·h。
所节省的厂用电q＝Q＋Q1－Q空＝4 169 700＋242 500－160 000＝4 252 200k W·h。
折算节能费用F＝0．199 5 q＝0．199 5×4 252 200＝848 313．9元。
2．2　运行性提高的经济计算
通过变频调速系统改造后，结合厂近几年运行状况，有以下几种情况可以避免，减少的损失如下：
1）按1．11条可知，锅炉熄火的可能性减小，全年按一次计入，其费用为F1＝1 524元。
2）按1．16条可知，事故后恢复时间快，全年按一次考虑，其损失费用F2＝109 35。
3）变频调速改造前，电机启动电流高达6～7倍额定电流，经常造成电机、开关损坏甚至使机组被迫停运，每年需开支维护费用40万元，机组被迫停运的损失难以量化。使用变频器后，电机启动电流小，节约费用只统计可量化部分为40万元，F3＝400 00。
4）风机改造前，额定转速起动，加之运行转速比改造后要高，现振动偏小，可以避免高负荷下因振动大被迫减负荷清灰，一年按24次考虑，其费用为F4＝1 219×24＝29 256元。
故性、性提高后减少的损失F′＝F1＋F2＋F3＋F4＝540 13。
2．3　定量分析结果
直接经济效益f＝F＋F′＝848 313．9＋540 131＝1 388 444．9元／年（注：随四川经济的发展和西电东送，机组年运行小时数提高，其经济性将进一步提高）。

摘要:弧形连铸机塞棒自动开浇与液位自动控制系统采用Siemens S7-400PLC作为基础自动化设备 ，模人工开浇过程，设定自动开浇的5步动作，并通过生产试验优化了开浇参数，液位调节时，PLC将检测到的液位信号与设定值比较，通过变增益控制器利用差值来控制塞棒运动，以实现全自动浇钢。从而提高了铸坏质量，并为改造中国现有连铸机和设计现代化新铸机提供依据。
随着计算机技术的迅猛发展，连铸自动化水平不断提高，但开浇技术却一直相对滞后。20世纪80年代，丹涅利、德马克等己把自动开浇技术应用于连铸生产。而目前中国的大部分连铸机仍采用传统的手动开浇。尽管近年来钢、宝钢、包钢等己在少数连铸机上实现了自动开浇，但很多是从国外引进的，且经常由于自动开浇模块引进的不完善或未掌握而降低开浇率。因此，开发具有自主知识产权的自动开浇技术是中国冶金工业的一项迫切任务。在连铸过程中，结晶器液面波动一旦过±10 mm，就可能使保护渣和杂滓大量卷入钢水中，且会在铸坯表面产生夹渣和造成漏钢，所以结晶器钢水液位的稳定性是连续铸钢生产中至关重要的问题。在生产中通常采用控制塞棒开度的方法来控制液而的稳定。

1 自动浇钢控制系统硬件设计
需改造的铸机为弧形小方坯连铸机其控制系统改造思路是在消化吸收意大利DANbbbI公司为钢设计的矩形坯连铸机控制系统的基础上给出的。改造后的弧形连铸机控制系统的可编程控制器为Siemens S7-400PLC，替代原MODICON 984控制系统，直流电机为INFRANOR公司下属的MA-VILOR公司的产品,型号为DC motor MSS6 Serie,功率为0.6 k W，伺服控制系统为同一公司生产的M液位检测仪表选用德国BERTHOLD公司的Co60放射源型液位检测装置,监控系统选用lntouch7. 0,人机接口HM1,通讯网络选用工业以太网和Profibus现场总线。
PLC由电源模板、处理单元(CPU) ,数字量输入和输出信号模板、模拟量输入信号模板等部分组成。伺服控制器由2个控制字决定电机的动作，一个决定电机的运转方向，另一个决定电机转速。PLC接收液面的实际值信号和设定值信号，通过CPU运算处理后输出数据经Profibus总线传输，送给伺服控制器,修改它的2个控制字,驱动电机带动塞棒机构升降。液位检测系统根据结晶器钢液面的高低，产生420 mA的电流信号，然后接入PLC的模拟量输入模块。

2 塞棒自动开浇设计
自动开浇是实现连铸生产全自动化不可缺少的环节。它有利于获得质量稳定的连铸坯，同时能提高开浇成功率，增加连铸比，为多炉连浇提供条件并可改善劳动条件、节约劳动力。
当钢水进入中间包并达到预先设后，试验模人工开浇过程，塞棒开始5步动作，预先设定的开浇参数即塞棒运动模型主要包括:运动分几步、每步的位置及停留时间和一步到另一步的速度;拉矫机拉速从零到正常速度的变化模型;PTD调节参数( Kp, Ti, Td)等。图1为开浇时塞棒运动图。该曲线储存在铸机操作中,在每步时间内塞棒快速达到位置，生产中不一定5个步骤全部需要，当液位到达机器开浇所需的液位时，马上跳至后一步。

图2示意了自动开浇时塞棒的位置、结晶器的液位及拉坯速度的变化。程序设计设定塞棒零位置，编码器在不同时刻返回不同的位置值，计算塞棒的实际开启距离，从而获得浇口流量值。从图2看出，开浇完成后塞棒的功能转为液位的自动调节。为保证结晶器液面稳定、不出现拉坯缺陷，程序设定了液位变化的范围值。同时，拉矫机开始拉坯，速度的增加由快变慢，后稳定在正常拉速值，这时的钢水液位变化也须处在规定范围内。自此实现了全自动浇钢。

图2 自动开浇塞棒位置、结晶器液位及拉速变化

3 液位自动控制系统设计
液位控制系统主要由液位传感器、以PLC为的结晶器液位控制器、位置检测反馈装置以及控制
塞棒开度的侍服控制系统组成。其控制原理见图3。

图3 塞棒控制液位原理
塞棒控制中间包水口开度，调节钢水从中间包流入结晶器的流量，以维持钢水液面的稳定，塞棒位置信号来源少结晶器液位监视器( Co60射线检测仪)，监视器通过液位测量系统准确地测量结晶器钢水液位高度。该信号提供给塞棒控制器，由控制器再把信号提供给侍服电机，侍服电机作用于塞棒执行机构，从而控制钢水从中间包到结晶器的流量，以此来维持结晶器钢水液面的稳定。
结晶器液位控制系统的是PID控制器模块。本系统采用串级控制方法，内环为位置环，外环为液位环，即采用两级PID控制方法:1级为液位检测PID，2级为塞棒位置检测PID。液位检测PID控制器输入量为控制误差e=ref－yF,其中yref是结晶器的液位设，yF为实际检测的结晶器液位,其输出值是塞棒位置S,它也是2级PID(即塞棒位置检测PID)控制器模块的塞棒位置设置点Sref,它与检测到的塞棒的实际位置SF之差( b=Sref一SF)作为2级控制模块的输入量,其输出值为塞棒执行机构的电信号,同时系统还会根据拉坯速度的变化调整结晶器液位高度,它是液位——塞棒——拉速结合在一起的控制方法。
PID控制液位的原理是:液面高度h(t)是流入结晶器钢水量与流出结晶器钢水量的积分。

结晶器钢水液位PID控制是按设定液位值与实际测量的液位值偏差的比例、积分和微分线性组合的控制方式。

在PID控制中,设定Kp, Ti, Td参数是关键。它与钢种、结晶器横断面尺寸、拉速等有关。建立控制系统数学模型通过MATLAT3进行调整优化Kp, Ti, Td等参数，再依据结果并结合现场实际进行微调。
为准确、快速地调节液位，执行自动控制程序时，CPU采集液位设定值和实际值，然后根据差值的大小来确定不同的PID调节参数。当差值较大时，塞棒快速提升或下降，具有较大的调节参数;差值较小时，应力求塞棒位置准确，故降低调节参数，即根据差值进行分段处理，以快速而准确地到达给定液位值。为此，程序设计如下的变增益控制器:。

对应于不同控制增益的误差区间分别称为死区、不灵敏区和灵敏区，当│e(t)│<e3时称为事故区,系统自动停止运行。
另外，由于系统的非线性特性及拉速波动，水口结瘤.结瘤脱落等非稳态波动，控制器在设计时还考虑了①干扰信号的影响，即dither的振动环的设计，它在连铸过程中也是很重要的，实践证明，信号叠加后可避免液位绕设定值呈周期性波动的限环振荡现象。②减少塞棒、水口结瘤的塞棒抖动功能。③高、低液位报警功能。整个系统在任何时均可实现塞棒的手动控制，以防止意外事故，及时、准确地关闭塞棒。

4 全自动浇钢试验
试验在1机8流弧形小方坯连铸机上的上进行。浇注断而为120 mm ×120 mm.中间包自动开浇质量为9. 5 t，钢种为各种碳钢、低合金钢，试验共进行了30个浇次，力求获得合理的开浇和液面调节的参数。试验中钢水流量的理论计算采用VSV通量表，实践证明，这与实际使用的塞棒有些差距，后观察操作工手动开浇过程，适当放大开浇的塞棒位置，获得了较合理的开浇参数;同时，在多次优化液位调节参数后.调节品质得到很大提高。图4为某次试验的自动浇钢曲线，中包温度为1497℃ ，钢种82B起步拉速为2.2 m/ min 。
由图4可见，自动开浇成功后，液位能很快达到给定值并保持稳定，波动不明显。值得指出的是，试验采用的小方坯连铸结晶器，尺寸较小，液面较易受到扰动的影响。试验成功后投入试生产，又对20个中包浇次的钢水进行测试，结果表明在正常稳定的工作状态下(不包括开浇和引锭杆未脱出时的控制)液面控制精度15 mm，达到了设计要求。

PXI规范定义了一种功能强大的仪器平台，用于测量和自动化领域。PXI是基于CPCI平台、并附加仪器规范（如EMI/RFI、机械接口、冷却、触发、设备同步、软件接口等）所构成的仪用平台。测试系统的同步和控制是众多功能测试应用的先决条件，它们依赖于事件检测、激励/响应或相位相关，而PXI提供了满足这种要求所需的电气扩展信号，包括用于仪器同步的系统参考钟PXI_CLK10、PXI TRIG总线、时间非常精密的PXI_STAR触发总线以及用于相邻单板通信的局部总线。PXI仪用系统较GPIB、VXI等仪器系统具有较好的性价比，因而越来越多地被从事自动测试测量的工程技术人员选用或开发PXI仪器。如何设计符合PXI规范特别是仪用要求的PXI模块就成了关键。本文在PXI规范及PXI硬件规范的基础上，借助多通道高速数据采集模块的设计及其应用，揭示PXI仪用模块的设计需要的关键技术。

1 PXI总线数据采集模块的结构
PXI总线四通道高速数据采集模块是高速、的自动测试模块。整个采集模块从电路上可分为模拟信号调理及A/D转换、系统控制器、PCI总线接口等几个部分。系统控制器包括模拟信号的控制与设置、时基源控制、触发源设置、触发模式设置、采样控制、数据缓冲、数据存储、等。
PXI高速数据采集模块结构如图1所示。信号调理（Conditioning）及A/D转换部分决定了模拟信号采集的性能，时基控制电路为模块和其他PXI模块提供采样和同步基准钟，触发控制器用于接收或发送触发信号，数据缓冲和SDRAM控制器用于数据在板缓存，局部总线控制器用于主机与各控制器进行通信。各控制器均采用Verilog HDL实现。
其中，ADC选用AD9235-65，FPGA1、FPGA2分别选用ALTERA公司的EP1C6Q248和EP1C6Q144，在板数据缓存选用Microchip公司的8LC8M16A2。

采集模块有四个模拟通道，每个模拟通道都有立的信号调理电路、ADC和在板数据缓存。在系统控制器FPGA1的控制下，当满足预设的触发条件时，将A/D转换后的数据送入SDRAM，然后计算机将数据读入进行分析和保存。

2 PCI/PXI接口的实现
PCI/PXI接口需要设计PCI控制器、Back-end接口，并且需要满足CPCI规范的电气要求。这些电气要求包括电源解耦、信号分支(stub)终结、信号分支长度约束、热插拔、3.3V/5V信号环境等。多通道高速数据采集模块采用Verilog HDL在EP1C6Q144中实现32位Slave PCI控制器、Back-end接口，通过它来实现仪器模块与计算机之间的通信，如图2所示。

通常为满足电信等应用，当CPCI单板出现故障时，要求在整个系统不停机的情况下允许带电拔出故障板并插入备份板进行维护。一般情况下PXI仪器不需要热插拔，3U尺寸的PXI卡外形又很小，布局布线不便。本设计没有采用热插拔。
PXI模块的PCI信号应能兼容PCI 3.3V/5V信号环境。如果PXI底板的码键是镉黄色则是3.3V信号环境，亮蓝色则是5V信号环境，没有码键则为3.3V/5V通用信号环境。本设计采用IDT的电平转换芯片QS3861，以兼容PCI 3.3V和PCI 5V信号环境。同时，芯片导通时的典型阻抗为10Ω，满足信号stub终结电阻的要求。

3 PXI仪器同步机制的实现
被测对象(DUT)可能有数个缓变信号、混号，或众多个相互关联的信号。数个缓变信号的测试只需简单测试设备就可以完成，实时时钟也可以保证时间精度。混号和众多相互关联信号的测试，既有测试也有激励，需要一台或多台仪器，所构成的测试系统就是综合测试系统，系统中的每个模块具有的和控制以达到同时操作。从这个角度考虑，通常要求仪器底板提供一个精密的系统参考钟、一套触发总线、通过板提供接收或发送到其他仪器的时钟和触发信号接口。PXI底板包括系统参考钟、PXI触发总线、星形触发总线等资源。开发人员可以利用这些资源设计精密而灵活的时基和触发控制器，以实现多台仪器的同步和控制。
(1)PXI底板提供了一个公共的参考时钟，每个外设槽都有一个PXI_CLK10 TTL钟，从钟源到每个槽的布线等长，两槽之间的信号偏移小于1ns。
(2)PXI 规范定义了八个触发信号用于模块间的和通信，时钟、触发和握手信号共享这个触发总线，覆盖一个总线段。PXI TRIG总线允许传输不同频率的采样时钟，多个模块可以直接共享这个采样时钟，其时钟脉冲的倾斜精度小于10ns。PXI规范建议采用PXI_TRIG[7]信号线,用于发送或接收采样时钟。在上电时，这些信号应处于高阻态。
(3)PXI提供了一个的星形触发总线，同参考时钟一样，星形触发信号是由位于外设槽的星形触发控制器将信号点对点沿着等长的信号线传送给其他外设槽，其信号抖动小于1ns，覆盖两个总线段。
对于PXI仪用模块的设计，应考虑其在综合测试系统中的应用，板至少需要一个时钟输入、一个双向触发线，结合仪器本地自洽的时钟和触发总线，方能建立一套完备的同步机制。
3.1 PXI仪用模块精密时基的设计
通常一个PXI仪用模块应有三个时基源： PXI_CLK10参考时钟、外部（板）10MHz参考时钟或65MHz时基、PXI_TRIG[7]或PXI_STAR提供的采样钟。模块精密时基的设计包括时基的生成和传送。由于A/D转换器的采样时钟频率为65MHz，所以模块的时基频率可以定为65MHz。如果利用10MHz参考时钟，还通过PLL进行倍频，显然倍频系数不是整数。当不同的模块利用PXI_CLK1065MHz采样钟作为时基时，不同模块间的采样钟很难达到相位同步。为了保证所有模块，如前所述，可将这个采样钟通过PXI_TRIG[7]、PXI_STAR[0:12]传送给其他外设槽。对于多台仪器的同步应用，通过用户板由外部提供时基源。
由于有多个时基源，且通常时钟的电平是TTL电平，可采用5V耐压的电平转换多路复用/解复器进行选择。这里选用SN74CB3T3253和SN74CBT16244，其传播时延均小于0.25ns。EP1C6Q248内部有两个PLL，一个PLL用来从10MHz参考钟时基，一个用于和SDRAM控制器的80MHz时钟。精密时基的和源出电路如图3所示。时基源的选择和时基信号的源出由用户通过软件进行配置。

3.2 触发控制器的设计
除了上述的精密时基，仪器同步机制的另外一个关键是触发系统。不论是简单测试系统还是综合测试系统，一个测试系统的动作起点（epoch）依赖于一定的事件。事件有简单的，如一个信号电平的变化，较为复杂的是多个信号的组合变化，如熟知的逻辑分析仪。对于综合测试系统，激励信号和测试信号就多，而且是相互关联的，一般意义上，激励信号集和测试信号集可以用状态空间来描述和分析，而事件就是状态空间的某种迁移，单个信号的变化和数个信号的组合变化则是状态空间迁移的特例。在对同一个被测对象进行测试时，为保证仪器的某个模块上所发生的事件能同时通知到其他模块或仪器，通常采用一套硬件触发机制或精密时钟协议来实现，如新架构的LXI仪器采用PTP来实现仪器的同步。实际上硬件触发机制只有硬件延迟，而采用协议实现同步的仪器的精度很难做到ns级，如LXI的同步精度为亚微秒级，故LXI规范仍保留了硬件触发机制即A类LXI来满足对同步精度要求较高的应用。PXI是通过硬件触发机制来实现仪器同步动作的，通过PXI_STAR总线、PXI TRIG总线实现仪器系统中各模块发生的事件的相互通知。根据触发电路的实现方式不同分为PXI同步触发和PXI异步触发，同步触发的参考钟为PXI_CLK10，有一定的时序要求。
PXI仪用模块的触发源有:用于不同仪器同步的外部TTL触发源（同步触发或异步触发）、外部模拟电平变化触发源（上升沿触发源或下降沿触发源）、PXI_STAR触发源、PXI TRIG触发源、软件触发源等。多通道高速数据采集模块通过PXI_STAR总线或PXI TRIG总线传送给其他模块或通过外部双向触发信号线传送给其他仪器的触发源采用PXI同步触发，由于采样时钟频率远PXI_CLK10频率，在不违背PXI同步触发时序要求的前提下，同步触发的参考时钟可以是仪用模块的时基，这样构建的综合测试系统的同步精度可以达到理想的情况。多通道高速数据采集模块的触发结构如图4所示。终处理的触发信号送给FPGA1中的采样和存储控制模块，有选择地通过PXI触发总线送给其他PXI模块，以及通过外部触发信号送给其他仪器。

此外，根据相对于事件的同步时机的不同，触发分为负延迟触发（Pre-trigger）、零延迟触发（Post-trigger）、正延迟触发（Delay-trigger）等模式，通过硬件和软件共同实现。实测表明，当信号发生器的同一个信号输出到不同采集模块上，在不同触发模式下，其波形在时间上重合，达到了仪器的同步要求。

4 EMC设计
PXI是个仪用平台，对机箱环境已经做了充分的EMC设计，PXI底板通过PXI J1、J2连接器向PXI模块供电。PXI模块通常分为模拟和数字两个部分，模拟部分靠近板，数字部分靠近PXI连接器。为了增强PXI仪用模块的抗干扰性能并避免对其他模块的干扰，PXI模块还需要针对PXI机箱的结构特点精心设计电源，特别是参考地平面的安排。
由于仪用模块通常是模/数混合电路，将模拟地与数字地隔离，模拟地与板相连，则数字电路的电流回路通过PXI连接器回到底板地，模拟电路的电流回路只能通过板→PXI底板的金属框架（或者金属机箱）这一通路直接流回大地，有效地避免了数字电路通过电源或地对模拟电路的干扰，如图5所示。但两个地若隔离，热拔时板与PXI底板和机箱的联结将脱离，模拟电路的电流回路断开，造成静电无法释放，因此在两个地平面之间串上一个比数字地到底板地之间的阻值高得多的电阻来解决模拟电路的静电释放问题，这个电阻值通常在10Ω～100kΩ之间选择。模拟电源采用π型滤波，电感两端的解耦电容分别与数字地和模拟地相连。

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