西门子6ES7321-1FH00-0AA0支持验货

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1 引言
      机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工作或操纵工具的自动化装置。而可编程逻辑控制器(PLC)由于其具有的高性、编程方便、易于使用和修改、易于扩展和维护、环境要求低、体积小巧、安装测试方便等性能在工业控制中有着广泛的应用。根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机驱动器的特点，我们采用了日本OMRON公司生产的位置控制单元模块NC111，用来产生脉冲和方向电平，来控制机械手的运行。

2 四自由度机械手的结构及运动
四自由度机械手为圆柱坐标型，可实现X轴伸缩、Z轴升降、底盘、腕回转功能。驱动全部采用步进电机控制，夹爪采用气动方式控制。机械手主要完成从3台辊道输送带到立体仓库出货台之间的货物传递。
(1) 四自由度机械手主要性能指标
X轴:大移动距离420mm
Z轴:大移动距离420mm
底盘回转:小控制转角0.09°，大回转角小于等于300°
腕回转:小控制角0.9°，大回转角小于等于300°

图1 四自由度机械手限位开关示意图

图1为四自由度机械手的限位开关示意图，其中SQ1~SQ7为限位开关。其作用是保护运行时不会因为过限而造成机械上的损坏。
(2) 运动流程根据实际需要而定，如上升嘧笮朽逆时针旋转嘧ナ肿ソ羿下降嘤倚朽顺时针旋转嘧ナ址潘舌返回，还可以有其他工作流程。

3 机械手的工作原理
      机械手的伸缩、升降、转盘、抓手的运动是由步进电机驱动器来控制的，型号为SH-2H057。其步进电机驱动器的输入脉冲和电平信号是由PLC上的NC111模块来提供的。其电路原理图如图2所示。

图2 机械手工作的电路原理图

(1) 步进电机驱动器
本驱动器的输入信号共有3路，分别是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE。它们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入负输入端，且电路形式相同。OPTO端为3路信号的公共正端(3路光耦的正端输入)，3路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以OPTO端须接外部系统的VCC，如果VCC是+5V则可以直接接入;如果VCC不是+5V则需外部另加限流电阻R，**给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。
a) 步进脉冲信号CP
步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，也就是说,驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角，改变CP脉冲的频率,能改变步进电机的转速，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的，本驱动器的CP信号为低电平有效，要求CP信号的驱动电流为8-15mA，对CP的脉冲宽度也有一定的要求，一般不小于5μS，如图3所示。
b) 方向信号DIR
方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向。此信号为高电平时，电机正转;为低电平时，电机反转。电机要转向，在电机停止以后进行，如图4所示。

图3 CP的脉冲宽度以及高低电平方式

图4 方向信号DIR

c) 脱机电平信号FREE
当驱动器上电以后，步进电机处于锁定状态(未施加CP脉冲时)或运行状态(施加CP脉冲时)，可以用FREE信号,手动调整电机而不关闭驱动器。
(2) NC111模块的工作原理
C200-NC111是C200PC用于位置控制的智能单元。它可以为步进电机驱动器或伺服电机驱动器输出脉冲，以控制运动部件的位置和速度。
a) 性能指标
l 每个单元可以控制一个轴;
l 输出控制脉冲:-8388607~+8388606;
l 脉冲速率:1~99990个/s;
l 脉冲速率得变化:控制系统可实现阶梯式自动加减速,加速度为每毫秒1~999每秒脉冲;
l 原点搜索:可监测原点或原点信号;也可进行原点补偿0~9999个脉冲;也可高速或接近现有速度搜索原点;
l 间隙补偿:0~9999个脉冲;
l 手动操作:可高速点动，低速点动和微动;
l 多点定位:可一次定位20点，以15种速度变化;
b) 系统配置
图5为NC111的结构框图。
位控单元有自己的微处理器和存储器，还有脉冲发生器和I/O接口。位控单元既可以被PC主CPU单元控制，也可以直接由控制台的外部输入信号控制。一方面它通过总路线及接口电路与C200HPC相连，与主CPU频繁交换信息;另一方面又通过I/O连接器接收外部开关量输入及输出脉冲。位控单元根据PC发出的控制指令和接收到的

图5 NC111的结构框图

外部输入信号，由自身的CPU执行具体的定位算法，并依执行的结果控制脉冲发生器输出脉冲数及频率。位控单元减轻了主CPU的负担，它终还是作为C200HPC的一个智能接口单元，占用相应的I/O地址。NC111插入C200HPC的底板槽中，通过一条40芯插头与外部I/O连接。NC111接收外部的操作按钮、限位开关的信号，输出脉冲信号，用户通过PC向NC111设置参数及发出命令，NC111即可自动根据现场的检测信号和PC的命令来调整控制输出，达到准确定位。

4 机械手流程图及NC111模块的数据区设置
4.1 启动后机械手的流程
(1) 进行机械手的伸缩、升降、转盘和抓手的重启动和原点搜索;
(2) 机械手的伸缩臂向前，同时转盘顺时针旋转，一直分别运行到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #0中设置的输出脉冲个数时停止;
(3) 机械手下降，一直到下降到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #0中设置的输出脉冲个数时停止;
(4) 抓手电磁闸启动，抓手抓紧，抓起货物A;
(5) 机械手的升降进行原点搜索;
(6) 机械手的伸缩臂向后，同时转盘逆时针旋转，一直分别运行到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #1中设置的输出脉冲个数时停止;
(7) 机械手下降，一直到下降到NC111模块bbbbbbbbing bbbbbb #1中设置的输出脉冲个数时停止;
(8) 抓手电磁闸再次启动，抓手放松，货物A放下;
(9) 再次对机械手的升降进行原点搜索;
(10) 机械手的伸缩臂、转盘进行原点搜索，全部复位。
图6是完成用机械手把货物从辊道上运到堆垛机货台上的一个流程。其它流程与其大体相似，只是在脉冲个数上的设置有所不同。本程序已经投入使用，一切工作正常。

OmronPLCα系列努力实现生产现场的智能化
集中了“信息化对应控制器”功能的SYSMAC a系列可编程控制器

·因为不再需要设定设备和转换设备，大大节省了安装花费，空间和工作量。
·允许温度和其它模拟量输入，实现了过程值警报，变化率计算和警报。
·可以设定输出的变化率和高/低限。
·大值/小值保持功能和波峰/波谷保持功能
·在测量值的范围内实现零点调节，自动记录调整的时间和日期。可以设定有效或无效的日期，也可以在预设时间/日期到时发出告知。
·统计出设定上下限的次数并累计模拟量输入值。

·能根据应用的规模来设计系统，从只有几个回路的仪器到有上百个回路的大型系统。
· 为回路控制提供了总共70个不同类型的功能块，如PID控制，分段程序和平方根。
·用CX-Process Tool支持软件能方便地进行编程和设置。
· 你也能在CX-Process Tool中监视调节画面时改变参数。
· 通过使用的CS1D过程控制CPU单元，其中包含有双机回路控制板，能方便地实现过程控制系统冗余。
·也能使用NS系列PT的Face Plate Auto Builder来方便地创建触摸屏画面，以监控操作状态。
      ASCII 单元支持BASIC 语言编程和RS-232C 和RS422A/485 串行通信。BASIC 编程使能与任何必要的外部设备的ASCII 通信。它作为一个特殊处理单元，在不使用外部通信的情况下协助CPU 单元进行处理。
ASCII单元提供与CPU单元的共享存贮器， ASCII单元和CPU单元都能不同时地读写这个共享存贮器，提供两个单元之间的无中断高速数据交换。

1  引言
      随着PLC应用范围的不断扩大，PLC与PC之间通信技术的应用需求越来越广泛。通过PLC的编程口进行通讯不仅可以减少系统的成本及复杂性，同时可以减少PLC方面软件的复杂程度和编程量。本文根据实际工程中的经验进行总结，介绍了利用VC++中MFC实现PC与松下FP0系列PLC编程口进行串行通信的程序设计基本方法。

2  PC与FP0 PLC之间的通信协议和接口
      在一个规模较大的纺织工业控制系统中，常常有几十个、几百个甚至多的测温和控制对象。即使速度很高的系统，也很难满足要求。为了降低危险，提高性，将任务分散，而分散的设备需要通过一定的手段连接起来，其中数据通信和系统互连是该系统的关键技术之一。松下FP0系列PLC具有较强的通信功能，可以适合各种工业自动化网络的不同需要， 其中包括以太网协议及通用接口、H型链接通信系统(H-bbbb)、P型链接系统(OPTICAL bbbb)、W型链接系统(WIRE-bbbb)和C-NET链接系统，还有远程I/O通信系统(REMOTE I/O)，它们通过RS-485、RS-232或网络插座在PLC-PLC、计算机与PLC之间进行通信。但是要利用这些系统协议，采用通信单元，这势必增加系统的成本。为了节省开支，纺织工业系统可以直接采用松下电工基础的通信协议-NEWTOCOL。
      NEWTOCOL分为两部分:一是NEWTOCOL-COM，即关于计算机通信的协议;二是NEWTOCOL-DATA，即关于协议。
2.1  NEWTOCOL-COM的帧格式
(1) 命令发送帧

(2) 正确响应帧
img]周奉磊-b2.jpg border=0>
(3) 错误响应帧
img]周奉磊-b3.jpg border=0>
2.2  NEWTOCOL-DATA的帧格式
(1) 命令发送帧
img]周奉磊-b4.jpg border=0>
(2) 正确响应帧
img]周奉磊-b5.jpg border=0>
(3) 错误响应帧
img]周奉磊-b6.jpg border=0>
通过该协议可加快捷地传送系统所需的数据，设置PLC所需的参数。FP0 PLC与上位机链接通信协议如图1所示:

图1     FP0 PLC 与上位机链接通信协议

3  通信程序设计
      在PC机和松下FP0系列PLC进行串行通信时，由于PC与PLC之间的信息传送是通过PLC编程口实现的，采用的是FP0 PLC协议通信指令。因此，在PC编程方面需要严格的遵循PLC编程口通讯协议。具体实现介绍如下:
3.1  串口设备的打开
在Visual C++中，利用MFC CFile类来实现串行通讯。这种通信方式与访问磁盘普通文件没有太大不同。打开串口设备需作以下操作:
CFile file;
CFileException e
File.open(
portName,      // example "com1",com2"
CFile::modeReadWrite,
&e);
3.2  串口设备的初始化
      串行端口创建时，对其进行设置以匹配与其对话的设备。FP0系列PLC的波特率为固定的9600bps，奇偶校验采用奇校验，1位停止位，8位数据位。一般地，可用如下程序设置它们:
DCB dcb;
::GetCommState((HANDLE)file.m_hFile,&dcb);
dcb.BaudRate=9600;
dcb.StopBits=1;
dcb.ByteSize=8;
dcb.Parity=1;
::setCommState((HANDLE)file.m_hFile,&dcb);
为了好的控制端口可以利用SetCommTimeouts()函数打开或关闭串口时功能，具体程序如下:
COMMTIMEOUTS cto;
::GetCommTimeouts((HANDLE)file.m_hFile,&ct0);
cto.ReadIntervalTimeout=0;
cto.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;
cto.ReadTotalTimeoutConstant=0;
cto.WriteTotalTimeoutMultiplier=0;
cto.WriteTotalTimeoutConstant=0;
::SetCommTimeouts((HANDLE)file.m_hFile,&cto);
3.3  PC与FP0 PLC之间的通信实现
      在FX2系列PLC与PC机的通信中，数据是以帧为单位发送和接收的。其中字符ENQ(0x05)、ACK(0x06)、
和NAK(0x15)作为单个字符，可以构成单字符帧。若通讯正常，则应答字符$;若通信有错，则应答字符!。其余的字符在发送和接收时用字符%和CR分别表示该字符帧的起始标志和结束标志，否则将构成帧错。一个多字符帧由%、地址码、站号、数据、和校验以及CR五部分组成，其中和校验值是其初值为０，然后从起始符开始与该帧报文中每一字节按位进行异或运算得到。
(1) 应用MFC CFile类实现对串口设备的读、写操作的代码
//读串口
char m_Readbuff[UINT n];
uint nByte=file.read(
&m_ReadBuff,      //缓存储冲
UINT nCount //所读字节数
//写串口
char m_WriteBuff[UINT n];
file.Write(
&m_WriteBuff,     //存储缓冲
UINT nCount      //缩写字节数
);
(2) PC机实现与PLC通信的程序代码
char m_WriteBuff[10];
char m_ReadBuff[10];
     UINT nByte=0;
  m_WriteBuff[0]=0x05    //ENQ
//写串口
file.Write(
m_WriteBuff,     //存储缓冲
    //所读字节数
);
//读串口
nByte=file.Read(
m_ReadBuff,     //存储缓冲
    //所写字节数
);
switch (m_ReadBuff[0])
  {
case : 0x24    //应答$，通信正常
  //添加相关处理代码
break;
case : 0x21 
  //应答!，通讯故障
  //添加相关处理代码
 break;
  }
3.4  PC对PLC内各软设备进行读、写操作
      FP0系列PLC的所有开关量输入、输出以及各软设备对PC机都是透明的，只有当PLC的计时器和计数器的设定值采用常数时，以及文件寄存器内的数据，PC机不能对其进行读写。不论PLC处在“STOP”状态还是“RUN”状态，PC机都可以按1.1所列的命令对PLC进行读、写操作。这里仅给出PC机与PLC通信所用多字符帧的格式及简单示例，实际应用时只需将多字符帧中的字符ASCII码(十六进制)按顺序赋予相应的字符数组
m_WriteBuff，m_ReadBuff，即可实现对PLC的操作。
(1) 读操作 

img]周奉磊-b7.jpg border=0>

(2) 写操作
微机对PLC软设备进行写操作的多字符帧的编制格式如下表所示: 

img]周奉磊-b8.jpg border=0>
PLC接收到写操作多字符帧格式后，若接收到数据有效，则应答$(0x24)，该字符帧如下表所示: 
img]周奉磊-b9.jpg border=0>
若接收数据无效或和校验出错，则应答字符!(0X21)，该字符帧如下表所示: 

img]周奉磊-b10.jpg border=0>

3.5  关闭串口设备
PC机与PLC通信完毕后，PC机关闭一个已打开的串口设备只需如下一条语句即可完成。
File.Close();

4  应用实例
      以上介绍了利用MFC实现PC与FX2系列PLC串行通讯的基本方法及其关键部分程序代码。上面的程序代码为基础，不仅可以编制用于以PLC为现场主控机的监控系统软件，而且可编制出微机与其他具有串行通信能力设备的串行通信程序。本人已成功使用VC5.0实现PLC与上位机之间的通信，并应用于青岛大学纺织服装学院开发的掉毛量测试仪。该测试仪控制系统采用PLC 控制步进电机方案，有效地提高了工作效率，使操作人员通过PC的显示可以监测并控制仪器的工作。兔毛织物掉毛量测试仪已运行一年，实践证明它具有控制灵活、使用简单、功能扩充方便、抗干扰性能强的特点。没有出现任何通讯连接的问题。

1 引言
      随着国民经济的快速发展，高速列车大大提高了交通运输效率，同时也增加了对性的要求，如何在列车高速运行的情况下**铁路设备的问题也变得越发重要。以原有的人工体制**设备的，不仅费时费力，而且难以适应发展后的铁路系统的各种客观需要。根据以往我们开发工业监控系统的经验，结合铁路系统的特点，开发了适合铁路系统的微机监测系统，利用其采集大量信号，通过这些信号可以了解设备的运行状况并分析故障产生原因，它在**铁路列车运行、及时发现故障、分析故障及**铁路维修体制改革实现状态修方面发挥了不可缺少的作用。利用PLC作为微机监测系统的数据采集机可以**其高性要求。

2 需求分析
铁路系统关系到人民生命财产的，所以铁道信号微机监测系统具备以下特点:
(1) 高性
监测系统在寿命期限内能在恶劣条件下平稳运行，将故障率降至;
(2) 抗干扰性强
微机监测系统是暴露在铁路沿线运行的，所处的环境相对恶劣，为了提高数据采集和的性，避免发生错误报警，系统具有较强的抗干扰性;
(3) 可扩展性与可维护性
与铁路系统的扩建相对应，监测系统应该易于扩展和维护;
(4) 高性价比
      完成状态检修的微机监测系统作为列车的辅助设备，不应投入太多资金，应该在下操作。
根据系统要求的高性和强抗干扰性，选用PLC作为系统的采集机。系统实现要解决的关键问题就是PLC的资源较少，我们经过合理分配，有效利用有限的资源。
      以广深铁路线某站为例，需要采集1024个开关量，128路轨道电压，6路外供电压，40路转辙机电流，768路电缆绝缘值，50路电源屏电压。设计铁道信号微机监测系统时，根据铁路系统运行特点和要求，采取一些特殊的技术和方法，建立适用的反映铁路系统及设备的宏观运行状态的系统，有效的管理整个铁路系统的运行。

3 系统构成
3.1 系统总体结构
      总体上看，本论文所要介绍的GSWJ型铁道信号微机监测系统结构可分为三部分:即采集电路—前置部分;下位机—采集机;上位机—监测机三个部分。各部分的作用分析如下:
(1) 采集电路
·对所有被监测量实现保护、隔离，将隔离后的信号转换为标准电压或电流信号;
·下位机(采集机)的控制下，将所有代表被监测参数的标准电压或电流信号，分类依次送至PLC相应的数据采集口。
(2) 下位机(采集机)
依照程序或上位机发出的命令，向采集电路发出相应的控制信号，对电路送至采集口的信号进行，对采集的数据进行相应的综合，并将所采集的数据整理后存入相应的数据缓冲区，完成与上位机数据通讯。根据本站需求，本系统采用OMRON CS1系列PLC作为数据采集机;
(3) 上位机(监测机)
·通讯管理:上、下位机之间各种类型数据通讯的管理;
·数据管理:对采集的各类数据建立数据库，各种参数、图表、曲线的绘制，以及显示、查询和打印各种报警信息。
本系统中，利用Dephi语言编写上位机程序，实现通讯管理和数据管理。

3.2 系统实现的几个关键问题
      从系统的需求分析可以看出，铁道信号微机监测系统需要采集的数据量大，对性和性很高，而且需要系统在方式下运作，如何合理配置，使资源得到有效利用是设计和难点，下面阐述几个关键问题的解决方法。
(1) 系统采集方式的选择
      铁路系统中，由于监测的信息点多，且各种被监测量要求的采集周期不同，如开关量要求的采集周期为250ms，轨道电压的采集周期为2min，如果采用常规的点对点采集，会大大增加系统成本，所以系统采用分类集中的信号采集方式，将同类信号集中并作相应的保护，经过切换，利用一个A/D口输入。另外，由于本系统是用于广深铁路线上，地处南方多雷击地区，而且电气化的高速铁路本身会产生高达几万伏的冲击电压，因此监测系统**有很强的抗干扰性。系统采用欧姆龙公司的CS1系列PLC作为采集机，同时，对所有被采集的信号都作了隔离和保护。

图1 各种被监测量的并联式结构采集方框图

如图1所示，系统采用并联式结构，这样的结构方式将被采集的物理量按类集中，分为开关量和模拟量两大类，采集回路结构清晰，易于发现故障。

(2) 开关量采集方法
开关量采集回路如图2所示。

图2 开关量采集方框图

开关量采集原理: 4位开关量输出信号经过译码得到16位地址，根据地址将1024个开关量分成16组，每次采集64位，利用两块32口的开关量输入模块。

(3) 模拟量采集方法
      根据铁道部有关规程，外供电压、轨道电压、转辙机电流等模拟量要求不同的采集方式，例如外供电压和轨道电压采用巡测采集方式，即巡回采集;转辙机电流采用中断式采集方式，即当转辙机发生动作时才采集相应的数据;绝缘检测的采集方式是命令式，这是因为绝缘检测是带电检测，在**列车运行的情况下，由工作人员通过上位机发出指令采集相应的绝缘值。根据这些不同要求，系统中利用不同的模拟量采集回路实现。图3示出128路轨道电压采集回路框图。由前置电路通过隔离、滤波、保护等前置电路处理采集的模拟信号，变成1～5V标准电压信号，经过两级切换，在PLC中经A/D转换后，用0-4000的数字量线性表示。

图3 128路轨道电压采集回路框图

(4) PLC与上位机通信流程
      上位机与PLC的通信流程大致如下:
      系统监测的信息点多，方式不同，因此系统实现的另一个的难点就是对不同数据的通讯管理。系统需要采集的数据有1024个开关量，128路轨道电压信号，64路外供电信号，16路转辙机电流等，由于采用串口与上位机通讯，通讯资源有限[1]，按照铁道部有关规定，将数据的级规定为:开关量信号，外供电压信号，转辙机电流信号，轨道电压信号，对级高的数据处理，程序流程如图4所示。

图4 程序流程框图

采用这种通讯方式的特点是程序结构简单清晰，通信简单，可扩展性强，能**重要数据的传送。缺点是通讯速度较慢，在调试中发现，128路轨道电压全部传到PLC中需要大约3s，但在铁路系统中，这样的通讯速度已能满足要求。

4 程序流程分析
(1) 程序说明
      主程序给每一类被采集数据分配一个缓冲区[2]，根据级处理数据，将需要通讯的数据写入通讯缓冲区中，然后与上位机通讯。
      系统要求将变化的开关量传送到上位机进行显示，PLC程序中，给开关量分配两个存储单元D1和D2，将次采集的开关量存入D1，下一次采集到的数据存入D2，另外为开关量分配了一个环形数据缓冲区H1～H50，缓冲区中每个存储单元的存储容量为67个字，其中1024个开关量占64个字，一个标志字表示发生变化的开关量组，另外2个字用来表示开关量发生变化的时间(年，月，日，小时，分钟，秒，毫秒)。环形数据缓冲区的结构如图5所示。缓冲区作用是:将需要存储的开关量按顺序存入缓冲区，50个存储单元存满后，51个数据再存入1个存储单元，这样就将这个缓冲区循环利用，有效使用了PLC的有限资源。

图5 环形数据缓冲区的结构图

(2) 开关量采集程序流程
将次采集的开关量存入D1，下一次采集到的数据存入D2，比较D1和D2，看数据是否相等，如果相等，直接进行下一次巡视;如果不等，说明开关量发生变化，系统要求将变化的开关量送入上位机，此时将D2种的数据送入缓冲区Hi中，并设立标志，增加地址指针，同时用D2覆盖D1的数据，程序流程如图6所示:

图6 开关量采集流程框图

5 结束语
      采用OMRON CS1系列PLC作为数据采集机的GSWJ微机监测系统已经在该站投入运行，5年来，系统运行正常，**了铁路列车运行，并准确采集各项数据，及时发现故障和分析故障产生原因，另外，系统的报表输出功能减轻了值班人员人工抄表的劳动强度。总之，微机监测系统部分实现了铁路系统自动控制，从整体上提高了企业的管理水平，且各项技术指标均达到设计要求。

 引言
    莱钢轧钢厂中小型车间加热炉为步进炉，用来对连铸坯进行加热。使用燃料为高炉和焦炉混合煤气，钢坯需要经五段加热区加热到适当温度后出炉。加热炉燃烧介质各参数的稳定运行非常重要，它直接影响到烧坯的质量,并涉及着生产等重大问题。在生产过程中对加热炉炉压和温度的稳定有严格的要求，比如燃气的流量和温度等等。要想实现这些参数的稳定，并且达到较好地配比有不同的方法可以实现。炉区仪控的热工检测控制量共573点，其中模拟量输入98点，模拟量输出24点，开关量输入261点，开关量输出190点。调节回路16套，分别对加热炉的煤气、空气的流量、压力，炉内温度，换热器的保护等进行控制。
    随着微电子技术的发展，PLC产品在其功能和性能指标上都大大地丰富和完善，因此，我们就应用PLC的一些特殊功能模块和一些普通的I/O模块对加热炉的各个参数进行自动控制，包括提到的各种参数、以及通过PLC和变频器的通讯实现对变频器输出频率的控制。

2 系统构成
    本系统上选用一台上位机MASTER VIEW,一台监控站Operate Station520配以ABB ADVANT BUILD软件包，PLC部分选用ABB MASTER PIECE200/1，它具有、运行、功能较强的特点。本系统大致可以分为三个部分;
(1) 仪控系统以及PID调节部分;
(2) 双交叉限幅燃烧系统;
(3) PLC和变频器的通讯部分。
系统构成框图如图1所示。

图1 系统配置图
3 仪控系统组成及控制功能
现仪控系统16套自动调节回路中，均采用PID调节，操作方式分为自动、手动方式，执行机构有14套电动方式、2套液动方式。操作站实行对炉子的状态监控、意外事件报警等功能。

3.1 仪控系统的检测
入炉煤气、空气的流量检测由管路孔板检测差压，经差压变送器转换成标准信号(4~20mA)进PLC。入炉煤气、空气的压力从管路出压口取煤气压力与大气压力比较所得差压信号，经差压变送器转换成标准信号进PLC。炉子的炉温(S型)、换热器处温度(K型)由热电偶检测进PLC。所有信号经PLC分别计算转换后，参与控制，并可在操作站显示。

3.2 加热炉压力控制
为**助燃空气与煤气压力保持稳定、使炉内燃烧顺利进行，煤气和空气的压力进行控制。加热炉炉内压力过高，过低都不恰当，过高会使炉门喷火并损伤炉子设备，过低会使加热炉吸入冷空气，影响加热炉燃烧质量及效果，炉内压力的控制也很重要。
(1) 助燃空气压力控制
助燃空气压力的大小，是**喷嘴正常工作的重要条件。助燃空气压力调节是PID调节。如果设定值与反馈值存在偏差，PID调节开始进行，尽可能在短时间内使偏差小。当反馈值大于设定值，经PID运算后向阀门输出控制信号，使阀门关小，于是压力下降，当反馈值小于设定值，经PID运算向阀门输出信号，使阀门开大，压力升高。
(2) 煤气压力控制
煤气压力控制阀主要起保护作用，煤气和空气若是出现低压，将会出现事故。所以在煤气和空气主管道上，分别装有两个低压开关，在换热器前后也各装有一个。任意一个低压开关动作，将会使煤气主关断阀都会自动关闭，停炉，保护加热炉。
(3) 加热炉炉内压力控制
炉内压力一般要求保持微正压控制。炉压滞后大，时间常数小，因此采用前馈—负反馈调节。系统调节方块图如图2所示。

图2 系统调节方块图
3.3 换热器保护
    常温的煤气、空气通过换热器后以300-4000C进入炉内燃烧。换热器的温度不能过高，也不能过低。过高损坏设备，过低会使煤气结露，生成弱酸腐蚀换热器。

3.4 PlD调节
    PID调节部分共16路,包括预热段、加热上段、加热下段、均热上段、均热下段煤气、空气的温度、流量等参数的控制。PID控制主要通过PID控制单元，该单元主要有以下特性:
(1) l00ms高速采样周期，实现了高速PID控制;
(2) 输入信号的抗干扰
滤波器衰减输入噪音，控制输入意外干扰，使PID控制成为有效的快速响应系统;
(3) 多种输出规格可供选择;
(4) 八组数据设置;
八个数值(如设(SP)和报警设置值)可以预置在八个数据组中;
(5) 可以用数据设定器输入和显示当前值;
(6) 可以用PLC程序输入和检索数据。
同时我们通过PLC的程序实现加热炉的双交叉限幅燃烧系统控制，从而实现了加热炉的稳定运行。
    PID控制可以分为本地控制和远程控制两种模式，远程控制即通过PLC实现的控制，又有自动和手动两种方式，自动控制即由PLC进行全自动控制，不需要进行人工干预。手动控制即在上位机上给定一个阀位输出值，通过PLC对阀位进行控制。在正常情况下都是在远程控制模式下的自动状态进行，并且每个PID控制回路的SV值、PV值、OUT值都可以在上位机上用棒图显示出来，非常直观。
    同时在上位机上可以很方便地修改各燃烧介质温度、压力以及每个控制回路的PID参数，如设定值(SV)、“P”值、“I”值、“D”值，并且操作界面非常友好，操作方便。

4 双交叉限幅燃烧系统
    加热炉所用空气、煤气流量波动频繁，同时煤气的热值等因素也会影响燃烧效果。对这些不利因素，所用燃烧控制系统由温度控制和流量控制组成，在控制系统中设计了高、低选择器、系统运算单元和一些平衡换算单元，并辅有的温压补偿，加热区上下段的主副控制。

4.1 温压补偿
    在气体流量控制中,由于气体所处的温度、压力不同，需进行温压补偿。在本加热炉燃烧控制中，空气温压补偿设为K1计算公式如下:
 

按式(1)计算出的数值K1放在AOC149中，各空气流量变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。
煤气温压补偿设为K2,

按式(2)计算出的数值K2放在AOC150中，各煤气流量变送器测的实际数值乘以此稳压补偿，在参与计算与控制。
4.2 双交叉限幅燃烧控制与实现
    炉内分预热段、上加热段、下加热段、上均热段、下均热段。煤气、空气流量调节系统共有十路，由于控制原理基本相同，现仅以均热上段的燃烧控制为例进行说明。
(1) 燃烧控制系统原理
    在煤气流量调节回路中，炉温PID的输出A1与根据实测空气流量折算成需的煤气流量之后，分别乘以一个偏置系数K3，得到信号A2，乘以一个偏置系数K4得到信号A3，A1、A2、A3三者经过高低选择器比较，选中者作为煤气流量PID的设定值。空气流量调节回路中，炉温PID的输出B1，与根据实测煤气流量折算成所须空气流量之后，分别乘上一个偏置系数K1得到信号B2，乘上偏置系数K2得到信号B3，B1、B2、B3三者经高低选择器比较，选中者乘量补偿系数，送到空气PID作为设定值。
其系统组成原理图如图3所示。

图3 双交叉限幅燃烧控制原理

(2) 系统调节过程及特点
    在系统稳定状态时，温度PID的输出以A1送到煤气 流量调节回路PID作为设定值，以B1送到空气流量调节回路PID作为设定值。
    在负荷剧增(温测<温给)时,温度PID的输出剧增.对于空气流量调节回路,随着B1开始增加时,B1<B2,低选器选中B1,空气增加,当B1正跳变到B1>B2时,低选器选中B2,B1被中断,同时B3<B2,高选器选B2,B2作为该回路PID的设定值,使空气流量随着煤气的增加而增加,交叉限制作用开始,当B2增加到B2>B1时,低选器又选中B1,B1又作为该回路PID设定值,交叉限制作用结束,系统稳定。对于煤气流量调节回路,随着煤气的增加,高选器选A1,而低选器中,开始时选A1作为该回路PID的设定值,煤气增加,A1>A2时,低选气选A2,A1被中断,煤气随着空气增加而增加,交叉限制作用开始,当A2增加到A2>A1时,低选器又选A1,此时A1>A3,使交叉限制作用结束,系统恢复稳定。负荷剧减时相反。
可见负荷增加过程中，先开空气后开煤气，煤气和空气交替逐渐增加，从而**充分燃烧，不产生黑烟。负荷减少时，先关煤气后关空气，空气和煤气交替逐渐减少，**合理燃烧，不会空气过剩，带走热量。
一般取:K1/K3=0.9,K2/K4=1.1。在运行时再根据炉子结构，煤气热值加以修正。