過程控制系統精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇過程控制系統范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

控 制 統設 計

系

目錄

1．系統控制要求 ······························································································ 4 2．系統硬件設計 ······························································································ 4

2.1 方案論述····························································································· 4 2.2 主要控制器件選擇 ················································································ 6

2.2.1 PLC的選擇 ················································································· 6 2.2.2變頻器的選擇 ·············································································· 7 2.2.3溫度變送器的選擇 ········································································ 8 2.2.4流量變送器的選擇 ········································································ 9 2.2.5 壓力變送器的選擇 ······································································· 9 2.2.6液位變送器的選擇 ······································································· 10 2.2.7 觸摸屏的選擇 ············································································ 10 2.2.8 A/D模塊的選擇 ·········································································· 11 2.2.9 D/A模塊的選擇 ·········································································· 12 2.3 系統其它設備及元器件規格 ··································································· 14 2.4 系統電氣原理 ····················································································· 14 3．系統軟件設計 ····························································································· 16

3.1 變頻器配置 ························································································· 16

3.1.1 變頻器配置參數 ········································································· 16 3.1.2 FR-D700系列的操作面板 ······························································ 17 3.1.3 變頻器的運行模式 ······································································ 18 3.2 PLC程序設計 ····················································································· 19 3.3 觸摸屏界面設置 ·················································································· 20 4．安全文明規范操作 ······················································································· 26 5．系統安裝與調試 ·························································································· 26

5.1 系統安裝···························································································· 26 5.2 系統調試···························································································· 26

5.2.1 硬件調試 ·················································································· 26 5.2.2 軟件調試 ·················································································· 27

6．總結 ········································································································· 27 7．附錄 ········································································································· 28

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摘要

【摘要】隨著科技的發展社會的進步，人們對工業控制的要求越來越高。本文主要介紹了如何利用觸摸屏、變頻器、PLC 、AD 模塊、DA 模塊與各種變送器設計出過程控制系統。利用該系統來準確、及時、有效的控制溫度、壓力、流量和液位。

【關鍵詞】過程控制；觸摸屏；變頻器；PLC ；PID 運算。

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1、系統控制要求

液位、壓力、流量過程控制系統由一臺帕斯卡微泵驅動，該泵的速度利用三菱PLC 由PID 指令運算產生的數字量經D/A轉換成的模擬量控制，以實現恒液位、恒壓力、恒流量；恒溫度過程控制采用加熱棒控制。

（1）系統配置：PLC （含 D/A、A/D模塊） 、變頻器、觸摸屏、帕斯卡微泵、液位計變送器、壓力變送器、渦輪流量變送器、溫度變送器。

（2）系統連接：從工作臺的電源板用安全插線引出電源到電源端子排，變頻器連接 PLC的 D/A ，觸摸屏利用串口通訊連接 PLC ，用于參數設定及顯示，壓力、流量、液位及溫度傳感器與A/D模塊連接。

（3）觸摸屏界面編制：開關、指示燈在觸摸屏第一頁顯示，液位、流量、壓力、溫度在此頁面選擇。液位、流量、溫度、壓力頁面分別顯示每個傳感器所對應的實際值、設定值和對P 、I 、D 的設置。

2、系統硬件設計

2.1 方案論述

本系統通過PLC 、變頻器實現了對電動機的轉速控制，并通過觸摸屏實現了實際設定和實測數值的顯示。通過編寫程序使得PLC 輸出變頻器的啟動信號，同時通過PLC （A/D模塊）的運算處理把通過液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器采集的這一模擬量（電流）轉換成數字量輸入，PLC （D/A模塊）通過運算輸出啟動信號和頻率信號轉換成的模擬量（電流信號）給變頻器，變頻器按照給定的頻率信號，實時輸出不同頻率的電流從而改變電機的轉速， PLC和觸摸屏進行通訊，把傳感器讀出的這一數據量通過PLC 運算在觸摸屏上進行顯示。本系統是實時信號輸入，實時反饋信號，并且實時顯示數據值。

該系統的主要硬件配置為PLC 、變頻器、觸摸屏、SBWZP 型溫度變送器、LWGY-A 型渦輪流量傳感器、AOB-131型壓力變送器、GB2100A 型液位傳感器、加熱棒各一個和一臺三相異步電機，其框圖如圖2-1所示, 其軟件流程圖如2-2所示。

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圖2-1 系統主要硬件

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圖2-2軟件流程圖

2.2 主要控制器件選擇

2.2.1 PLC的選擇

由于此控制系統采用液位傳感器、壓力變送器、流量傳輸器、溫度變送器對水位、水壓力、水流量、水溫進行實時測量，并根據設定值計算控制電機的轉速、加熱棒加熱時間，并將此數值和溫度值反饋至觸摸屏加以顯示。因此，在選擇PLC 時，要考慮PLC 的功能是否滿足題目要求，而且在在根據實驗室的現有設備，

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本系統選擇了FX3U 系列的PLC ，FX3U 系列PLC 是FX2N 系列的升級產品，具有功能強大、速度快、容量大、性價比高等特點完全滿足此控制系統的控制要求。PLC 另外承擔的任務是通過輸出點的開關信號控制變頻器的啟停、脈沖信號控制繼電器的閉合，因此在選擇PLC 輸出點類型時，采用繼電器、晶體管輸出型均可，綜上所述，采用實驗室現有的PLC 型號：FX3U-32M 作為系統的控制器，各部位名稱如圖2-6所示。

【1】 上蓋板 【2】 電池蓋板 【3】 連接特殊適配器

用的卡扣

【11】 連接擴展設備用的連接器蓋板

【4】 功能擴展板部分的

空蓋板 【5】 RUN/STOP開關

【6】 連接外圍設備用的連接口 【7】 安裝DIN 導軌用的卡扣

【13】 顯示輸出用的LED 【12】 顯示運行狀態的LED 【9】 顯示輸入用的LED 【10】 端子排蓋板

【8】 型號顯示

圖2-6三菱FX3u 型PLC-32MR 的各部位名稱

三菱FX3u-32M 型PLC 的主要特點有可編程控制器上直接接線的輸入輸出（最大256點）和網絡（CC-Link ）上的遠程I/O（最大256點）的合計點數可以擴展到384點；輸入輸出的擴展設備可以連接FX3u 系列的輸入輸出擴展單元/模塊；可以通過內置開關進行RUN/STOP的操作，也可以從通用的輸入端子或外圍設備上發出RUN/STOP的指令；通過計算機用的編程軟件，可以在可編程控制器RUN 時更改程序。 2.2.2變頻器的選擇

變頻器在此控制系統中主要根據實際反饋的數值對三相導步電動機進行調速，根據系統設計方案中，采用變頻器的模擬量輸入功能即可滿足題目要求，對變頻器的其他功能沒有太高要求，普通變頻器即可滿足要求。因此，選擇實驗室現有的變頻器型號：FR-D700。

變頻器頻率給定通道有兩種選擇方案，一種是采用外部輸入模擬量信號給定，即通過變頻器的模擬量端子從外部輸入模擬量信號（電壓或電流）進行給定，

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并通過調節模擬量的大小來改變變頻器的輸出頻率。需要PLC 連接D/A特殊功能模塊，優點：PLC 程序編制簡單方便、工作穩定。缺點：在大規模生產線中，控制電纜較長，尤其是D/A模塊采用電壓信號輸出時，線路有較大的電壓降，影響了系統的穩定性和可靠性。另一種是采用端子脈沖給定，即通過變頻器的特定的高速開關端子從外部輸入脈沖序列信號進行頻率給定，并通過調節脈沖的頻率來改變變頻器的輸出頻率。由PLC 輸出點產生可調脈沖，要求PLC 的輸出類型為晶體管型，且輸出脈沖頻率達50KHZ 。

根據以上分析及實驗室現有條件，采用外部輸入模擬量（電流）信號作為變頻器的頻率給定通道。

變頻器與PLC 的接線如圖2-7所示，變頻器的STF 接控制電機的線圈Y6、SD 接公共端COM2，變頻器的U 、V 、W 分別接電機的三根相線，因為變頻器的模擬量輸入我們用的是電流輸入，而且是通道一，所以變頻器的4端與D/A模塊的IOUT1相接，5接公共端COM1。并且在D/A模塊和變頻器接線的時候用的線是屏蔽線，這樣能夠很好的避免電壓信號的干擾。

圖2-7 變頻器與PLC 的接線

2.2.3溫度變送器的選擇

熱電偶溫度變送器的工作原理是，兩種不同成分的導體兩端經焊接、形成

回路，當測量端和參比端存在溫差時，就會在回路中產生熱電流，接上顯示儀表，儀表上就指示出熱電偶所產生的熱電動勢的對應溫度值。

根據實際情況的設備，本文所選的溫度變送器的規格如表2-1所示。

表2-1 溫度變送器規格表

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2.2.4流量變送器的選擇

渦輪流量傳感器是一種精密流量測量儀表，與相應的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。

其工作原理：流體流經傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉，在力矩平衡后轉速穩定，在一定的條件下，轉速與流速成正比，由于葉片有導磁性，它處于信號檢測器的磁場中，旋轉的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應出電信號，此信號經過處理后，可遠傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量和累計量。

根據實際情況的設備，本文所選的溫度變送器的規格如表2-2所示。

表2-2 流量傳感器規格表

2.2.5 壓力變送器的選擇

壓力變送器主要由測壓原件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數轉變成標準的電信號（如4~20MADC等）， 以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。

工作原理:當壓力信號作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉換成電信號，經差分放大和輸出放大器放大，最后經電流轉換成與被測介質（液體）的液位壓力成線性對應關系的4-20MA 標準電流輸出信號。

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根據實際情況的設備，本文所選的溫度變送器的規格如表2-3所示。

表2-3 壓力變送器規格表

2.2.6液位變送器的選擇

S18UIA 工作原理：可分為四個區域，最小和最大工作范圍，近限和遠限設定點。

（1）檢測物體在最小和最大工作范圍內，電源指示燈變為綠色，代表物體在可工作區域內；

（2）檢測物體在近限和遠限設定點內，信號指示燈變為黃色，代表物體在 設定點范圍內，有信號輸出；

（3）檢測物體在最小和最大工作范圍外，電源指示燈變為紅色，信號指示燈變為白色，代表物體在工作范圍外，無信號輸出。

根據實際情況的設備，本文所選的液位傳感器的規格如表2-4所示。

表2-4

液位變送器規格表

2.2.7 觸摸屏的選擇

觸摸屏的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點

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坐標，再送給CPU ，它同時能接收CPU 發來的命令并加以執行。在此控制系統中，觸摸屏提供系統的啟動與停止信號并設定P 、I 、D 值和所需的數值，顯示實際中的設定值和傳感器的輸入值，因此，普通的觸摸屏便可滿足要求，選擇了實驗室內現有三菱GT15觸摸屏，該觸摸屏具有表現力豐富的字體、語言切換畫面制作簡單、支持USB 接口/FA透明傳輸等特點，并能同時讓電腦監測程序運行狀況，提高了工作效率，縮短了啟動與調試時間，完全滿足此系統的控制要求。 2.2.8 A/D模塊的選擇

A/D模塊的外部聯接則需根據外界輸入的電壓或電流量不同而有所不同，選擇分辨率為12位的A/D模塊。 由需要四路輸入方可滿足要求，因此，選擇了FX2N-2AD 作為模擬量的輸入模塊。FX2N -2AD有2個輸入通道，分別為通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以進行A/D轉換，輸入的模擬值范圍，電壓為 DC-10V ～ +10V，DC0V ～ +5V， DC-4MA ～+20MA，分辨率為2.5MV,1. 25MV ，4uA 。

D/A轉換模塊提供了12位高精度分辨率（包括符號）；2通道電壓輸入（DC0～+10V，DC0～+5V）或電流輸出（DC4～+20MA）；對每一通道，可以規定電壓或電流輸入。FX2N —2AD 模擬量輸入模塊的性能見表2-5。

表2-5 FX2N—2DA 模擬量輸入模塊的性能

A/D轉換的關系有電壓和電流輸入兩種形式，本系統設計采用電電流輸入模式。其轉換關系如圖2-8所示

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圖2-8 A/D轉換的關系

FX2N —2AD 的緩沖寄存器（BFM ）分配見表2-6

表2-6 FX2N—2AD BFM分配表

BFM#0：由BFM#17(低8位數據) 指定的通道的輸入數據當前值被存儲。當前值數據以二進制形式存儲。BFM#1：輸入數據當前值（高端4位數據）被存儲。當前值數據以二進制形式存儲。BFM#17：b0進行模擬到數字轉換的通道(CH1,CH2)被指定。當b0由10時，通道CH2A/D轉換開始。當b1由10時，通道CH1D/A轉換開始。 2.2.9 D/A模塊的選擇

D/A模塊的作用是將數字量轉換成模擬量的裝置，此模擬量作為變頻器的頻率給定，為了提高設定與運行速度曲線的平滑度和精度，選擇分辨率為12位的D/A模塊。由于只需要一路輸出便可滿足要求，因此，選擇了FX2N-2DA 作為模擬量的輸出模塊。FX2N -2DA 有2個輸出通道，分別為通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以進行D/A轉換，輸出的模擬值范圍，電壓為 DC0V ～

+10V，DC0V ～ +5V， DC4MA ～+20MA，分辨率為2.5MV ,1. 25MV，4uA 。

D/A轉換模塊提供了12位高精度分辨率（包括符號）；2通道電壓輸出（DC0 V ～+10V，DC0V ～+5V）或電流輸出（DC4 MA～+20MA）；對每一通道，可以規定電壓或電流輸出。FX2N —2DA 模擬量輸出模塊的性能見表2-7。

表2-7 FX2N—2DA 模擬量輸出模塊的性能

D/A轉換的關系有電壓和電流輸出兩種形式，系統設計采用電流輸出模式。其轉換關系如圖2-9所示，

圖2-9 D/A轉換的關系

FX2N —2DA 的緩沖寄存器（BFM ）分配見表2-8。BFM#16用于寫入由BFM#17通道指定標注位指定的通道輸出的D/A轉換數據值，數據值按二進制形式保存，這樣可以有利于保存低八位和高四位數據分兩部分保存。在BFM#17中，當b0由10時，通道CH2D/A轉換開始。當b1由10時，通道CH1D/A轉換開始。當b2由10時，D/A轉換的低八位數據保持。

表2-8 FX2N—2DA BFM分配表

2.3 系統其它設備及元器件規格

該系統除了PLC 、D/A模塊、A/D模塊、變頻器、觸摸屏、傳感器等，還用到了一些其它設備及元器件，其名稱、規格型號和數量見表2-9。

2.4 系統電氣原理

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Abstract: The so-called process control system refers to the realization of automatic control of production process of system. As stated in the introduction, in petroleum, chemical production process, generally includes the content of automatic detection, automatic protection, automatic regulation and automatic controlling. Automatic detection system can complete "understanding" production task; Signal interlocking protection system could only take safety measures when process conditions are into some kind of limit state to provent production accidents. Automatic control system can be only predefined procedures in accordance with the operation of a cyclical or regularity, only automatic adjustment system can automatically eliminate all sorts of interference factors on the influence of process parameters, that they remain in prescribed numerical to ensure production in normal or the best maintain process operation condition.

關鍵詞：過程控制；自動調節；程序控制

Key words: process control; automatic regulation; program control

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）12-0058-01

1 自動調節系統的組成

自動調節系統是在人工調節的基礎上產生和發展起來的，自動調節系統的組成包含三部分：

1.1 測量變送器 測量實際液位高度并將其轉換成統一的標準信號。

1.2 調節器 接收變送器送來的液位信號，與事先設定好的工藝希望的液位值即給定值進行比較得出偏差，然后根據一定的運算規律進行運算，然后將運算得出的調節器命令用統一標準信號發送出去。

1.3 執行器 通常指調節閥，它和普通閥的功能一樣，只不過它能自動地根據調節器送來的調節命令改變閥門的開度。

2 自動調節系統的分類

2.1 定值調節系統 所謂定值調節系統就是給定值是恒定的調節系統。在工藝生產中，如果要求調節系統的被調參數保持在一個生產指標上不變，或者說要求工藝參數的給定值不變，那么就要采用定值調節系統。在定值調節系統中，引起被調參數波動的原因是各種干擾，對于這類調節系統，設計分的重點是在存在干擾的情況下如何將被調參數控制在所希望的給定值上。石油、化工生產中大多數調節系統屬于這種類型。

2.2 隨動調節系統（或稱自動跟蹤系統） 隨動調節系統即給定值不是固定的，是隨時間不斷變化的，而且這種變化不是預先規定好的，即給定值是隨機變化的。隨動調節系統時目的就是使所控制的工藝參數準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。比如各種變送器均可看作是一個隨動調節系統，它的輸出應嚴格、及時地隨輸入而變化，再比如后面將要介紹的比值調節系統、串級調節系統中的副回路都是隨動調節系統的一些例子。

2.3 程序控制系統 這類系統的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數，即生產指標需按一定的時間程序變化。近年來，隨著微機的廣泛應用，為程序調節系統提供了良好的技術工具與有利條件。

3 自動調節系統的過渡過程

當調節系統受到外界干擾信號或給定值變化信號時，被調參數都會被迫離開原來的平衡狀態而開始變化，只有當調節作用重新找到一個合適的新數值來平衡外界干擾或給定值的變化時，此系統才可處于新的平衡狀態。因此，調節系統的過渡過程實際上是：當調節系統在外界干擾或給定干擾作用下，從一個平衡狀態過渡到另一個新的平衡狀態的過程，它是一個調節系統的調節作用不斷克服干擾影響的過程。

自動調節系統的過渡過程直接表示了調節系統質量的好壞，與生產中的安全及產品產量、質量有著密切的聯系，因此研究過渡過程具有相當重要的意義。

4 自動調節系統的靜態與動態

自動調節系統的過渡過程包括了靜態與動態。把被調參數不隨時間變化的平衡狀態稱為系統的靜態，而把被調參數隨時間變化的不平衡狀態稱為系統的動態。

當一個自動調節系統的給定和外界干擾恒定不變時，整個系統就處于一個相對的平衡狀態，系統的各個組成環節如調節器、調節閥、變送器等都暫不動作，它們的輸出信號都處于相對靜止狀態，這種狀態就是上述的靜態。注意這里所指的靜態與習慣中所講的靜態不同。習慣中所說的靜態都指靜止不動，而在自動化領域中的靜態是指各參數（或信號）的變化率為零。如果一個系統原來處于相對平衡狀態即靜態，由于干擾的作用，破壞了這種平衡。被調參數就會變化，從而使調節器等自動化裝置也就會改變調節作用以克服干擾的影響，并力求使系統恢復平衡狀態。從干擾的發生，經過調節，直到系統重新建立平衡，在這一段時間中整個系統的各個環節和參數都處于變動狀態之中，這種狀態就稱之為動態。

在研究調節系統的過渡過程時，雖然研究其靜態是重要的，但研究其動態更為重要。因為在干擾引起系統變動后，需要知道系統的動態情況，即被調參數是如何運動的，并搞清系統究竟能否建立新的平衡和怎樣去建立平衡，干擾作用總是會不斷產生，調節作用也就不斷地去克服干擾作用的影響，所以自動調節系統總是處在運動狀態之中，而靜態或平衡是暫時的，因此，研究自動調節系統，重點要研究過渡過程的動態。

5 分析自動調節系統常用的干擾形式――階躍干擾

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1引言

德龍鋼鐵850mm熱連軋廠建于2003年，水系統于2003年底正式投產，這條熱連軋生產線上的工藝設備用水較多，有電機冷卻凈環水，軋機除塵水，層流冷卻水，設備冷卻濁環水，上塔冷卻水等，由人工在四個泵房進行啟停操作，人工操作嚴重影響了生產效率，通過PCS控制系統升級改造，滿足了生產的要求。2PCS過程控制系統的概述PCS控制系統是南瑞繼保公司在總結多年過程控制研究成果及現場運行經驗的基礎上，推出的過程級控制系統，該系統由PCS－9150控制器及I/O單元組成，由PCS－Explorer2組態軟件實現工程的創建、硬件組態、算法組態、在線監視、無擾更新等功能。PCS－9150過程控制系統適用于各種工藝設備、工藝段、廠區的過程控制，涵蓋發電、鋼鐵、化工等，其特點有:⑴采用南瑞繼保公司研制的UAPC綜合保護控制平臺，采用高性能DSP進行信號處理，實現了大容量、高精度的快速、實時信息處理。⑵自主知識產權的高速背板總線HTM，帶寬可達320Mbps。⑶硬件和軟件均采用模塊化設計，靈活可配置，具有插件、軟件模塊通用，易于擴展、易于維護的特點。⑷一體化設計，機箱式結構，工業級防護外殼，抗干擾能力強。⑸無風扇，寬溫運行。⑹冗余220VAC/DC電源輸入。

2熱連軋生產線水系統的功能

德龍850mm熱連軋生產線水系統由中心泵房、層流泵房、一次池泵房、高壓水泵房組成。中心泵房常用泵組有凈環高壓泵組、濁環高壓泵組、濁環低壓泵組、上塔高壓泵組，主要供軋線直流電機冷卻使用、軋輥冷卻使用、加熱爐門冷卻、水池上塔冷卻等，層流泵房常用泵組有上箱高壓泵組、上塔高壓泵組，主要供軋線層流冷水使用及冷卻水上塔降溫，一次池泵組主要是軋線用水回收再利用，供濁環泵組使用，高壓水泵房四個泵組主要供軋線除鱗水使用。四個泵房所在位置比較分散，軋線生產時四個泵房都需要人工進行啟停操作，隨著產量的提高和生產節奏的加快，四個泵房仍由人工操作嚴重影響了生產效率，迫切需要進行電氣控制升級改造，來滿足生產的要求。

3PCS系統在熱連軋水系統改造中應用

在水系統電氣控制改造中，集中控制室內增加了HMI人機界面、中心泵房PLC柜、一次池泵房PLC柜，層流泵房和高壓水泵房分別安裝了PLC柜。中心泵房PLC柜作為主站運行，層流泵房和高壓水泵房PLC柜作為從站運行，中心泵房PLC柜內安裝DPU01和DPU02控制器，DPU01實現中心泵房和一次池各泵組的控制，DPU02通過光纖以太網實現對層流泵房和高壓水泵房各泵組的遠程控制，圖1為人機界面。本次升級改造使用的PCS－9150IO單元是與PCS－9150控制器配套的信號輸入輸出單元，IO單元采用嵌入安裝方式，固定在機柜上，控制器通過IOLINK插件與PCS－9150IO單元進行雙向實時通訊［1］。PCS－9150IO元由IO機箱、電源插件、總線接口插件、IO插件組成，插件間通過機箱背板總線進行向實時通訊，IO插件處理器采用高性能MCU，同時包含了性能高及豐富的硬件資源，包括RAM、閃存、UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用異步接收/發送裝置)、CAN、定時器、看門狗電路、DMA(直接內存訪問)和GPIO(通用輸入/輸出)，本次升級改造現場環境復雜，需要大量的數字量、模擬量輸入輸出信號，并且實現與從站遠程通訊，各類IO插件大量使用，NR1201B負責IO單元內部總線通信，NR1136D負責對控制器IOLINK的通訊，NR1301T負責控制器供電的電源插件，采用冗余方式配置，NR1425B是6通道模擬量輸入插件，NR1424A是7通道模擬量輸出插件，NR1504D是19通道開關量輸入插件，NR1521E是11通道開關量輸出插件(圖2)。編程軟件PCS－Explorer2是交直流保護控制和工業控制多領域的組態配置工具，同時也是日常運行和維護的工具［2］。軟件總體結構如圖3所示，包括菜單欄區域、管理視圖、工作區域、屬性視圖和輸出視圖五大部分。其中:⑴管理視圖，包含工程和庫兩個Tab頁?？赏ㄟ^切換打開。⑵工作區域集成了列表配置和圖形組態兩種功能，根據不同類型的組態配置自動加載生成列表或圖形。⑶屬性視圖，包含輸入、輸出和參數三個Tab頁，用于顯示元件模塊的變量。⑷輸出視圖，包含輸出、警告/錯誤、查找/替換結果和交叉引用結果四個Tab頁，用于顯示編譯配置組態結果。

篇(4)

關鍵詞：熱軋；過程控制；內存映像網絡

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0018-01

今年來國內冶金行業中，熱軋過程控制系統有了進一步發展。在鋼鐵行業中，過程控制系統（以下簡稱二級），與一級基礎自動化（以下簡稱一級）和零級傳動組成自動化控制的三個重要部分。

1 系統簡介

此系統整體結構分為非控和模型兩部分。

其中非控包括粗軋非控、精軋非控、層冷非控、數據中心；非控部分主要功能包括了粗軋、精軋、層冷控制系統間的電文的通訊；采集一級反饋的現場的實時數據，提供給模型計算，并將計算結構準確的下發給基礎自動化；根據傳感器信號跟蹤板坯號；數據中心接收并保存粗軋、精軋和層冷控制系統產生的過程數據，與三級、加熱爐二級、磨輥系統進行通訊，班次處理。

模型包括粗軋模型、精軋模型和層冷模型。三種模型根據非控跟蹤的板坯號，在不同的位置進行適當的計算和自學習，為一級提供設定依據。

系統硬件分別由粗軋服務器、精軋服務器、層冷服務器和數據中心服務器組成，分別部署了粗軋二級、精軋二級、層冷二級和數據中心，由一臺以太網交換機相連，用于過程控制系統間通訊，又通過一臺內存映象網交換機與一級相連，用于二級與一級之間的通訊。

2 非控部分

2.1 網絡結構

此熱軋生產線二級分三個網絡段。

第一個網絡為Level2內部網絡，由一臺以太網交換機為樞紐，將粗軋二級（RMC）、精軋二級（FMC）、層冷二級（CTC）、數據中心（DCC）、加熱爐二級、運輸鏈二級聯系起來，組成Level2內部網絡。用于各控制服務器間傳送數據；通過此網絡粗軋二級接收加熱爐二級發送過來的初始基礎數據，精軋二級將跟蹤數據發送給運輸鏈二級。

第二個網絡為實績數據傳輸網絡，由一臺以太網交換機連接數據中心（DCC）、MES、軋輥間（RS），數據中心按要求向MES發送板坯的軋制數據，在粗軋機、精軋機換輥期間數據中心向軋輥間發送舊輥軋制數據，接收軋輥間新輥數據并發送給粗軋二級或精軋二級。

第三個網絡為內存映像網絡，是一種用于高速數據傳輸的網絡。此網絡上的設備包括粗軋過二級、精軋二級、層冷二級、畫面服務器以及一級的控制器。

2.2 軋件跟蹤

系統引進“跟蹤共享區”概念，將共享區分成90個區域，可以存放90塊鋼的數據。循環使用1～86號共享區；按照實際出爐的順序，將板坯初始信息、計算結果存放在此共享區，然后根據軋線中多個關鍵的傳感器信號，來進行板坯跟蹤。

2.3 人機交互界面（HMI）

HMI包括軋線跟蹤、粗軋設定、精軋設定、層冷設定四個主要頁面。方便操作人員和調試人員查看板坯狀態。

3 模型部分

模型分為粗軋模型、精軋模型和層冷模型。

3.1 粗軋模型

粗軋平輥模型根據PDI數據和加熱爐實時數據進行計算，主要計算出粗軋各道次的軋制溫度、相對壓下率，軋制速度。粗軋立輥模型實現目標寬度控制、中間坯寬度控制、板坯頭尾短行程寬度控制、板坯頭部縮頸補償控制。帶鋼經過精軋出口時，精軋二級系統將實際測量的帶鋼出口寬度和實際厚度反送給粗軋模型。模型通過對控制目標寬度和實測寬度進行比對，修正精軋出口寬度自學習參數，從而修正中間坯的控制寬度，提高寬度控制精度。

3.2 精軋模型

精軋設定模型根帶鋼的目標厚度和中間坯的厚度，確定各機架出口厚度；末架的穿帶速度可采用查表法或者利用終軋溫度與末架穿帶速度的經驗公式來確定；結合各機架的前滑值，求出各機架的穿帶速度。利用溫度模型預報精軋入口和出口以及各機架的溫度，計算各機架軋制力，然后完成輥縫設定計算。

精軋模型自學習的過程：根據實測數據計算模型自學習所需的導出變量；通過軋制過程模型求逆反算模型自學習參數；更新設定模型自學習系數，以便用于隨后的軋制，以提高模型預報精度。

3.3 層冷模型

CTC是一個以前饋為主，反饋為輔，不斷進行自學習的閉環控制系統。將板帶從頭部到尾部進行物理分段（以下稱為樣本），對每一段分別進行信號檢測，并根據目標溫度分別進行模型計算，求出各樣本的集管組態，對其實施分段控制。

4 結語

本系統經過在生產線部署后的不斷調試，目前已經能夠滿足生產線的要求，厚度控制穩定，卷取溫度基本合格，凸度和表面質量能控制在目標范圍內，整體效果較好。系統整體運行穩定，維護方便，是國內自主集成熱軋生產線中較先進的二級系統。

參考文獻

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關鍵詞:Web;Socket;遠程監控

中圖分類號:TP311.52文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 11-0000-02

Web-based Software Design of Process Control SystemWang Hongmeng(Sixth Design and Research Institute of Machinery Industry,Zhengzhou450007,China)

Abstract:Web technology rapid development,to provide a new way of thinking for remote monitoring system,this article from the perspective of system integration,to explore the Web technology for real-time remote monitoring and control system implementation and software design.

Keywords:Web;Socket;Remote monitoring

一、引言

網絡技術和Web技術的飛速發展、Internet的迅速普及與它的開放性密切相關,而正是基于Web的B/S結構實現了這種特性,此項技術目前在電子商務、辦公信息系統等領域已得到廣泛的應用。目前,Intranet企業網中的信息網絡已較好地實現了開放性策略,控制網絡體系結構正沿著開放性方向發展,這些都為信息網絡和控制網絡的集成提供了有力的支持。采用何種集成技術方便地將企業內部的信息網絡層和控制網絡層集成起來實現信息的溝通匯集與數據共享已成為當今控制系統集成發展方向。隨著Internet/Intranet向社會各個領域迅速滲透發展,給人們提供了一個基于Web的信息平臺,于是人們將目光投向了構建Internet的Web技術。將實時監視與控制系統構筑于Internet之上,通過Internet實現對工業生產過程的實時遠程監控、遠程設備調試、遠程實驗、遠程設備故障診斷,將實時生產數據、實驗數據與ERP系統以及實時的用戶需求結合起來,使生產不只是面向定單的生產,而是直接面向市場的“電子制造”,從而使企業能夠適應經濟全球化的要求,基于Web的遠程網絡監控就是在這樣的背景下提出的。

本文以過程控制系統中經常需要控制的液位信號為例從系統集成與實現角度來研究基于Web的過程控制系統的軟件設計。

二、基于Web的過程控制系統的組成

基于Web的過程控制系統設計采用了多層結構,各部分的功能如下:

(一)設備服務器模塊

設備服務器即現場監控站,接受來自網絡服務器驗證的遠方客戶端請求,并且負責執行遠方用戶的操作請求,并且把工業現場數據歷史數據存儲到數據庫中,允許遠方用戶通過動態網頁查詢歷史數據。由于設備服務器直接與現場實驗裝置相連,所以在網絡通信穩定的基礎上,要求實現對現場裝置控制的高效性和安全性。

(二)網絡服務器模塊

管理登錄用戶,負責對現場數據進行更新。

(三)遠程用戶模塊

遠程用戶模塊采用ActiveX或Java Applet嵌入到網頁中的形式,實現遠程用戶同工業現場信息的交互,所有的用戶操作都將在這個模塊中完成,通過與設備服務器的通信實現實驗過程,同時與網絡服務器通過動態網頁交互實現用戶注冊、登錄。

三、基于Web的過程控制系統的軟件設計

在遠程網絡監控軟件系統設計中,應用層數據傳輸協議的設計是一項很重要的工作。只有采用統一的數據傳輸協議,遠程客戶端和本地監控站才能“理解”對方發送數據的含義,從而進行有效的數據傳輸。對于監控程序而言,主要是設備狀態數據傳輸的設計。

(一)設備狀態數據傳輸的設計

設備狀態數據傳輸主要是指把設備狀態數據信息以何種數據形式發送給遠程客戶端使其能夠識別不同設備的工作狀況。

設備狀態數據傳輸在設計時應盡量滿足如下要求:

準確性:在掃描到設備的狀態信息,必須能夠準確的將這些設備狀態參數準確地傳輸到監控端。

完整性:掃描的狀態數據能夠提供足夠的信息,使遠方用戶對設備有一個充分了解,這樣才能使遠方用戶對設備工況作出正確判斷。

簡單性:設備狀態數據結構不應太復雜,這樣在遠程監控程序中比較容易實現數據封裝,以及遠程客戶端程序的解封裝。

(二)設備服務器模塊的軟件設計

設備服務器模塊的軟件設計主要包括三部分內容:設備服務器與PLC站的通信、遠程監控設計。

本地水位監控系統采用Omron公司的C200HG系列的PLC為下位機,用RS-232型電纜將HOST LINK模塊直接連到作為設備服務器的計算機串口上。在此我們采用C++Builder6.0作為開發設備服務器與PLC的串口通信程序。編程時采用Visual Basic提供的MSComm32控件來實現。本文不再贅述。

遠程監控程序是實現遠程客戶和現場設備進行信息交換的“橋梁”,遠程監控程序跟遠方客戶的通信采用Socket技術來實現,監控程序作為Socket的服務器端,通過與遠程Socket客戶端的通信,實現在Internet上傳輸數據。同時把用戶設定的操作參數和現場實時數據存入數據庫中,供用戶進行本地和遠方查詢。

實現Socket的服務器端主要是利用C++Bulider提供的TServerSocket組件,采用非阻塞模式進行通信,當客戶端進行讀寫時,服務器端就會得到通知。

…

ServerSocket1->Port=1024;//確定Socket服務器的監視端口

ServerSocket1->ThreadCacheSize=5;//確定創建服務器線程的最大數目

ServerSocket1->ServerType=stNonBlocking;

//采用非阻塞模式進行通信,當客戶端進行讀寫時,服務器端就會得到通知

ServerSocket1->Active=true;//服務器端進入偵聽狀態

ServerSocket1->Socket->Connections[0]->SendText(s);//s為發送給客戶端的信息

本地監控站主監控界面如圖1所示。

圖1本地監控站主監控界面

(三)基于Web的遠程客戶端模塊的設計

遠程客戶端模塊的軟件設計通過嵌入在Web頁面中的ActiveX或Java Applet提供HMI實現遠程HMI與現場設備的交互,客戶端程序的設計包括控制數據傳輸的設計、采用Socket客戶端實現與監控程序通信的設計、HMI界面的設計、用戶管理的設計。

我們在設計中采用C++Builder開發ActiveX Form,C++Builder將會自動生成一個ActiveForm的模板程序。該模板程序經過編譯后將成為一個.OCX形式的控件,可以嵌入到Web網頁中。

ActiveForm主要實現Socket客戶端和遠程監控界面,監控界面的設計同開發普通的Windows應用程序類似,下面主要討論Socket客戶端的實現。

實現Socket的客戶端主要是利用C++Bulider提供的TClientSocket組件,首先對TClientSocket對象進行初始化,其部分源程序如下:Socket客戶端接向遠程監控發送控制指令的程序如下:

ClientSocket1->Socket->SendText(s);

當遠程監控程序發送控制系統狀態信息給Socket客戶端時將響應OnRead事件,我們在此事件中對控制系統狀態信息進行讀取。

void__fastcall TLabClientX::ClientSocket1Read

(TObject*Sender,TCustomWinSocket*Socket)

{…

ReceiveServerData=Socket->ReceiveText();

…}

以ActiveX控件形式的遠程客戶端Web網頁如圖2所示。

圖2以ActiveX控件形式的遠程客戶端Web網頁

四、總結

遠程監控技術是一門綜合性技術,涉及控制、網絡、計算機、數據庫等多個領域,本文從系統集成的角度深入研究了基于Web的遠程監控系統設計中的軟件設計,在企業要求各個生產部門信息共享的今天,將現場監控級的數據以B/S方式傳送到企業信息層具有一定的指導意義。

參考文獻:

[1]唐鴻儒.基于Internet的遠程監控系統開發技術研究[J].測控技術,2003

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關鍵詞：過程控制系統；A3000；教學改革

作者簡介：商志根（1979-），男，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，講師。（江蘇 鹽城 224051）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0095-02

“過程控制系統”是自動化專業的重要課程，其先修課程包括自動控制原理、傳感器及檢測技術、可編程控制器等，在專業培養方案中起加強學生專業知識學習的作用。[1]“過程控制系統”作為一門綜合性很強的課程，學生通過對該課程的學習，掌握過程控制系統的基本概念、基本組成環節和基本控制規律及自動控制系統中調節器的工程設計方法，應對控制理論在實際過程控制系統的運行和設計中的應用有較全面的認識了解，培養學生利用過程控制課程所學知識，從事電力、冶金石化、輕紡及其它工業企業生產過程自動化裝置的研究、設計和開發的能力。如果課程教學僅以理論推導和證明為主，不與實際對象聯系，會使學生出現厭學情緒。針對上述問題，結合筆者的教學體會，利用A3000仿真平成專家PID控制算法設計、[2]預測控制算法[3]等，擴寬學生的理論深度，激發學生的學習興趣。在課堂上講解復雜控制原理，豐富學生知識，鼓勵學生通過實驗來驗證算法的效果。

一、A3000的應用實例

A3000過程控制系統仿真平臺總體物理系統如圖1所示（控制系統有30多種，現場系統具有現場總線）。在此平臺上，學生可完成單閉環流量控制、單容和雙容液位定制控制、鍋爐水溫定值控制等簡單實驗，也可完成閉環雙水箱液位串級控制、專家PID液位控制、管道壓力和流量解耦控制等復雜實驗。A3000過程控制系統可幫助學生熟悉過程控制對象。

1.實例要求

以基于可編程控制器（PLC）和變頻器的下水箱液位控制為例，在已利用組態王建立下水箱液位控制工程的基礎上，引導學生在組態王的應用程序命令語言中實現專家PID控制，即依據誤差和誤差的變化趨勢實時改變PID的三個參數。此實例的難度在于變頻器使用、PLC程序編程和專家PID規則的實現。

所用到的變頻器為三菱變頻器，它具有幾種不同的工作模式，它可以實現對電機的啟停以及調速控制。而控制變頻器的是PLC，系統中所使用的是S7-200系列PLC具體型號為S7-200 CPU222N。PLC的主要工作是完成數據采集并控制變頻器，從而控制電機的運行。對PLC進行編程的軟件為STEP7 Micro/WIN，該軟件可直接在計算機上使用。

2.組態王與PID

組態軟件選擇組態王（Kingview），以此在計算機上實時顯示運行參數。組態王是一個具有開放、易用等特征的通用組態軟件。使用組態王，學生可將注意力集中在控制對象的分析。在課時數有限的情況下，組態王使得學生實現更復雜的控制算法成為可能。

可編程控制器和變頻器的相關知識都已通過過程控制系統的先修課程掌握，學生可快速完成編寫PLC的PID控制算法程序。

在組態王中編寫應用程序之前，需使用臨界比例度法進行PID參數整定，并得到PID的三個參數為：Kp=20、TI=17、TD=4。普通PID控制器的運行結果如圖2所示。

3.專家PID及其運行

對實時改變PID參數的專家經驗不做過多介紹，僅以其中一條規則做詳細說明。當且時，其中表示離散化的當前采樣時刻的誤差值；和分別表示上個和上上個時刻采樣的誤差值，說明此時誤差處于極值狀態，并將此條件再分為兩種情況：若，也就是誤差的絕對值比較大，要加強控制作用，PID的三個參數變為、、；若，也就是誤差的絕對值比較小，要減弱控制作用，PID的三個參數變為、、。

設計與此規則對應的組態王的應用程序命令，得到程序：

if （（＼＼本站點＼errk*＼＼本站點＼deltaerrk）

{if（Abs（ ＼＼本站點＼errk ）>15）

{＼＼本站點＼S7200P=20*1.2；

＼＼本站點＼S7200I=9999；

＼＼本站點＼S7200D=0；}

else

{＼＼本站點＼S7200P=20*0.8；

＼＼本站點＼S7200I=9999；

＼＼本站點＼S7200D=0；}}

學生可依據上述程序寫出整個專家PID控制的應用程序命令，通過A3000仿真平臺，得到專家PID控制的液位控制運行結果，如圖3所示。由圖2和圖3可知，與普通PID相比較，專家PID的控制更精確、更快速，在設計中采用專家PID控制可改善控制效果。在實現專家PID控制過程中，無需掌握被控對象的數學模型，只需實時計算誤差和誤差的變化趨勢。通過此例，學生可理解專家PID控制算法的原理，并掌握如何實現專家PID控制算法，可提高學生的理論分析能力和實踐能力。

二、A3000和MATLAB相結合的應用實例

在組態王的應用程序命令語言中，可實現簡單的編程，但對于復雜的控制算法，這種實現方式明顯運算能力不足。MATLAB是一個高精度的科學計算語言，運算能力強大，[4]可彌補組態王運算能力不足的缺點。利用MATLAB可方便實現矩陣運算等任務，可較為容易地實現復雜的控制算法。

1.實例要求

本實例要求學生在A3000過程控制實驗系統的基礎上，設計溫度預測控制系統。利用組態王、MATLAB等相關軟件的功能，建立起組態王與MATLAB之間的DDE通信，并將建立起的工程在A3000平臺上運行調試，從而完成溫度預測控制系統的設計。預測控制的算法有很多種，本實例采用預測控制算法中的動態矩陣控制方法。被控的鍋爐溫度即是一個漸近穩定的對象。預測控制具有多步測試、滾動優化和反饋校正等特征，這些優點使得預測控制在實際應用中能夠產生很好的控制效果和魯棒性，對于一些相對復雜的工業生產過程，預測控制也能起到比較理想的控制作用。掌握預測控制原理，可拓寬學生知識面，幫助學生熟悉過程控制的新技術。

MATLAB是一個優秀的數學軟件，其版本的不斷升級加強和完善了其強大的功能。在數值運算中，數值的穩定性和運算的可靠性要好于其他高級語言。許多在其他高級語言中復雜的編程問題在MATLAB語言編程中，有時只需一條專用的指令就可實現。許多MATLAB指令都以應用為目的設計出來的，從而使得面向對象的計算機程序思想變得很具體。對于自動化專業的學生，MATLAB是其必須掌握的仿真工具，控制系統仿真訓練等課程已使其掌握了MATLAB的基本應用能力。

因為使用的是動態矩陣控制方法，故預測控制的內部模型即溫度的階躍響應。因為學生利用MATLAB可以方便地實現矩陣等運算，并且通過工控機等相關課程的學習，對DDE通信的概念已較為熟悉，所以在學生理解動態矩陣控制算法的基礎上，讓學生編寫算法的MATLAB程序是可行的。

2.DDE通信與預測控制

在工業監控系統中，工控組態軟件通過驅動程序來從工業現場設備中采集數據，然后傳送給MATLAB進行復雜的運算處理，再將結果傳送到組態軟件，最后由組態軟件將數據輸出到工業現場設備上進行控制。組態軟件和MATLAB都可以作為服務器和客戶應用程序，這里MATLAB作為客戶應用程序，組態王充當MATLAB的服務器，同時作為設備驅動程序的客戶。當組態王采集的數據發生變化，希望直接傳給MATLAB進行處理時，雙方動態數據交換以熱鏈的方式完成。

在課堂上完成動態矩陣控制的相關原理的講解，并分析控制算法的MATLAB程序。在講解過程中，突出預測控制的三個基本特征：預測模型、滾動優化和優化控制與反饋。對于預測模型，使學生清楚一些非參數模型，諸如脈沖響應或者階躍響應之類，只要是屬于線性穩定的對象，通常也是能夠用來作為預測模型。對于滾動優化，要讓學生清楚優化性能指標在每一個采樣時刻只會涉及到未來的有限時間，當到達下一個采樣時刻的時候，這一優化時域同時也會向前推移。所以無論在哪一個時刻，預測控制都會有與此時刻相對應的優化功能指標。對于優化控制與反饋，讓學生明白在預測控制中，反饋不但沒有被拋棄，反而得到了更充分的運用。盡管預測控制得到的是全局次優解，但是其優化始終建立在實際的基礎上的，其控制效果可達到實際上的最優。

3.預測控制運行

學生需完成組態王界面制作、變量定義、動畫連接、MATLAB程序編寫等工作。組態王軟件負責從下位機采集數據與向上位機輸出數據，MATLAB負責后臺計算。結合組態王和MATLAB的長處使得動態矩陣控制算法便于應用到實際控制系統中。圖4為學生通過實驗得到的預測控制運行結果。雖然此實例有一定難度，但對于自動化專業的學生而言，本實例設計是可完成的，并且可激發學生的學習興趣。

三、結束語

在A3000控制系統仿真平臺的基礎上設計專家PID液位控制和溫度預測控制等復雜控制。在課程的理論教學中，講解復雜控制的相關原理，拓寬學生的知識面，提高學生在復雜控制方面的理論層次。在實踐教學中，要求學生實現復雜控制算法以驗證其優越性，并要求學生掌握復雜控制算法的多種實現方式，提高學生對過程控制系統課程的興趣，進而提高該課程的理論教學和實踐教學的質量。

參考文獻：

[1]邵裕森，戴先中.過程控制工程[M].第二版.北京：機械工業出版社，2011.

[2]劉金琨.智能控制[M].北京：電子工業出版社，2005.

[3]丁寶蒼.預測控制的理論與方法[M].北京：機械工業出版社，

篇(7)

投資成本。

關鍵詞：煙氣脫硫 S7-300 軟冗余 PROFIBUS總線

1、引言

由于我國絕大多數火電廠采用的燃料是煤，其帶來的嚴重后果是大量so2氣體對外排放，造成對環境的嚴重污染。根據《國務院關于酸雨控制區和二氧化硫污染控制區有關問題的批復》，對火電廠二氧化硫排放提出了明確要求，即要求“兩控區”的火電廠做到，對煙氣脫硫工藝過程控制系統的研究成為我國當前一個緊迫和重要的問題。

2、系統工藝

此脫硫系統采用濕法強制氧化、石灰石-石膏回收工藝（FGD裝置），為二爐一塔制，吸收塔的類型采用先進的逆流式旋切噴淋塔。整個FGD工藝系統分為7個子系統：煙氣系統、吸收塔系統、石膏脫水系統、回流水系統、石灰漿液配制系統、工藝水和電氣系統及儀控系統。

由鍋爐引風機排出的原煙氣經左右分布對稱的2臺增壓風機增壓后進入煙道，在吸收塔入口初步降溫后從塔體的下部旋切進入吸收塔，經過兩層旋流板噴淋層，在旋流板上均勻分布了16只托盤旋切裝置使煙氣加速旋轉，每個托盤旋切裝置上部對應布置一個空心噴嘴，由循環泵送來的漿液經過噴嘴霧化噴出與高速旋轉的煙氣充分混合、攪拌，從而與煙氣中有害成分（主要為S O2、HC l、H F和飛灰）發生充分的物理和化學反應，將煙氣中有害成分S O2吸附生成硫酸鈣，經氧化風機強制氧化生成硫酸鈣的沉淀，再經過渣漿泵、真空過濾機脫干至石膏房。凈化后的煙氣繼續向上流經布置在塔頂的除霧器（M E），凈煙氣夾帶的液滴在除霧器中被除去。離開除霧器后的凈煙氣經凈煙氣擋板由煙道進入煙囪排向大氣。

3、控制系統設計

3.1 系統硬件設計

電廠輔機連續可靠工作對電廠安全運行具有重要意義，因此，用戶要求該段處理控制器、控制電源及控制網絡實施冗余配置。我們知道，搭建什么類型什么品牌的冗余系統依賴于被控對象的工藝以及用戶需求，也直接決定了項目成本的高低。硬冗余切換速度快，可達毫秒級，但造價高；軟冗余切換速度在秒級，造價低。決定采用性價比較高的西門子公司S7-300 軟冗余控制系統。

S7-300 軟冗余CPU 模塊須集成有Profibus-DP 通訊接口，輸入輸出模塊均為S7-300 通用模塊（本系統I /O 不冗余），共用I /O 模板安裝在標準遠程從站ET200M 上， 特殊的是ET200M 需采用有源總線模塊及專用安裝板。

S7-300 軟冗余系統網絡冗余有三種方式可選， 分別是：MPI（Siemens 多點通訊接口），Profibus，Ethernet。區別是數據傳輸速率不同，MPI 方式周期最長，Profibus 方式適中，Ethernet方式最快。此處選用Profibus方式。

3.2 冗余軟件編程

西門子提供了軟冗余軟件光盤（須單獨訂購），其中包括了冗余功能程序塊庫、不同系統結構的例子程序和軟冗余使用手冊。光盤安裝后，相應的功能塊就會加載到Step7 Manager 的庫文件中。與S7-300 Profibus冗余相關的主要有功能塊FC100-“SWR_Start”（軟冗余初始化），FC102-“SWR_DIAG”（軟冗余診斷）， 功能塊FB101 -“SWR_ZYK” （ 軟冗余功能程序），FB103-“SWR_SFCCOM”（軟冗余數據傳送）。

在Step7 中分別創建主站Smatic300（A）和備用站Simatic300（B），從“Library”的“SWR_LIB”中將FC100 分別置于兩站的組織塊OB100 中進行初始化，FB103 為FB101 隱含調用，FB101 置于OB1 頭尾重復調用，以便主站和備用站在程序掃描時同步交換數據。其中，FC100 的設置十分關鍵，對其每一參數都應搞清楚。特別幾個參數要注意，“MPI_ADR”是指對方站的MPI 站地址，采用MPI網絡進行數據同步時才有意義?！癓ADDR”是CP 通訊處理器組態的硬件地址。“DB_COM_NO”應為系統中未使用過的數據塊，建議采用默認的DB5。具體以設置A 站為例：

在組織塊OB1 中進行冗余的編程操作，分四步：

1）啟動系統的冗余數據同步功能，調用FB101。

2）根據狀態字判斷是否為主系統，為主系統時執行第三步，

否則跳到第四步。

3）執行需冗余的程序段。

4）調用FB101，停止系統的冗余數據同步。

通過上述步驟并結合例子程序，編譯無誤后下載到PLC，就

可以實行包括斷電、停機、故障等在內的冗余功能了。誰是主站、DP 從站連接是否正常等冗余信息可以從相關狀態字讀出

3.3 S7-300軟冗余與WINCC的連接

西門子為WinCC 連接軟冗余系統只需一個連接一套變量提供了解決方案。按如下步驟操作：

1）在WinCC S7 協議組件中，建立一個到2#站的Profibus連接，可命名為“SW_REDUNDANZ”。

2）在WinCC 中建立一個結構變量用于反映、控制冗余主站和備用站的切換。該結構變量包含：①冗余狀態字（字無偏移），②主備切換操作位（偏移2 位0），③切換使能位（偏移2 位9），④切換禁止位（偏移2 位8）。

3）第一步的“SW_REDUNDANZ”連接下，定義結構變量元素在PLC 數據塊中的真實地址，冗余狀態字對應DB 中冗余狀態字，其它三個位變量對應DB 控制字中的位。

4）在WinCC 編輯畫面“對象選項板”的“控件”中，鼠標右鍵點擊空白處，尋找添加控件“WinCC.SWRedundanz″，雙擊該控件添加在編輯畫面中。

5）在“WinCC.SWRedundanz″控件屬性的相應位置動態連接上述結構變量， 這樣控制器冗余控制和狀態部分的工作就算設置完成了。

6）在WinCC 編輯畫面動態向導中，進行“建立冗余連接”向導設置，完成后系統會自動生成全局動作，這樣，WinCC 就可以現通過一套IO變量對冗余PLC 數據交換了。