加热炉计算机控制系统的设计与实现硕士学位

分类号：____________ 密　　级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________ 安徽工业大学 硕士学位论文 论文题目：加热炉计算机控制系统的设计与实现 安徽工业大学硕士学位论文 论文题目： 　　　　 Design and Application of Computer Control Systems for Reheating Furnace 作 者： 学院： 指 导 教 师： 单位： 协助指导教师： 单位：中冶华天工程技术有限公司 　　　　　　　 单位： 论文提交日期：2010年 05 月 28日 学位授予单位：安 徽 工 业 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：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作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 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 色卡电子版电子版送货单模板电子版会议记录模板家谱电子版模板doc电子版工资表模板 ，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位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。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 独　创　性　说　明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名 日期：____________ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,保密的论文在解密后应遵循此规定。 签名 导师签名 日期：____________ 摘　　要 加热炉是轧钢生产线上的最重要的设备之一，其控制目标是满足开轧所要求的钢坯温度分布，实现钢坯表面最小氧化烧损，达到最少能耗的经济指标目的。因此，提高加热炉的热效率、降低能耗，对减少冶金工业能耗有积极的意义。 加热炉计算机控制系统主要包括基础自动化控制系统（LEVLEL1）和过程自动化控制系统（LEVEL2），其中LEVEL1控制系统包括燃烧控制系统和顺序控制系统，LEVEL2系统由板坯物料跟踪模型、板坯温度预报模型和通讯三部分构成。 燃烧控制系统主要包括空煤气的双交叉限幅比例控制、炉膛压力控制、热风自动放散控制、热风压力控制和煤气自动切断保护控制，我们通过研究开发了“炉温模糊自动控制器”，从而实现了炉温的快速响应。 顺控系统主要包括装钢机的控制、步进梁控制、出钢机控制以及液压系统的控制。 物料跟踪系统主要是坯料的入炉侧辊道跟踪，炉内跟踪，以及出炉辊道的跟踪。 钢坯温度预报模型主要包括装炉温度计算模型，炉内温度周期计算模型和出炉温度计算模型，本文主要提出了基于分段BP神经网络的钢坯温度预报模型，并进行了离线仿真。 其中通讯主要由LEVLE2系统与LEVEL1系统之间的温度数据采集、装出钢机设定、步进梁设定、坯料的辊道跟踪；与轧线计算机的通讯和与MES系统的通讯等组成，本文详细研究了TCP/IP SOCKET的通讯编程方法。 最后，以板坯生产过程为研究对象，开发了基于SIEMENS S7-400PLC和WINCC软件的基础自动化系统。在此基础上，结合板坯的物料跟踪模型、钢坯温度预测模型和通讯，实现对各种钢种和厚度板坯的加热质量控制，预测板坯三层温度并传送给轧机，实现加热炉的全自动生产控制。 关键词：加热炉；计算机控制系统；温度控制；模型 Abstract Reheating furnace is the most important one of the equipment of steel rolling production line, the control objective is to meet the required open-rolled temperature distribution under the premise, achieving economic indicators of the minimum billet surface burning and minimal energy consumption. Therefore, improving furnace thermal efficiency, reduce energy consumption, to reduce industrial energy consumption has a positive meaning. Reheating furnace computer control system including basic automation system (LEVEL1) and process automaiton system(LEVEL2). LEVEL1 control system includes heating control system and sequence control system. LEVEL2 includes slab tracking model, temperature prediction model and communication. Heating control system include double cross limited control of air and gas, hearth pressure control, hot air exhaust control and hot air pressure control and gas automatic cut-off control, development “FUZZY controler” realized fast response of furnace temperature. Sequence system includes charging machine control, walking beam control, discharging machine control and hydraulic system control. Slab tracking system completes roll table tracking of charge side and discharge side, inside furnace tracking. Slab temperature prediction model include charge slab temperature calculation, cycle temperature calculation model of inside furnace and discharging slab temperature calculation model, proposed slab temperature prediction model based on furnace zone BP netural network and carried out off-line simulation. Communication including: temperature data sample, charging machine and discharging machine set, walking beam set, slab tracking between LEVEL2 system and LEVEL1 system, communication with Mill LEVEL2 computer and MES system, detail research communication method of TCP/IP SOCKET. Finally, slab production process as the research object, developed based automation systems based on the SIEMENS S7-400PLC and WINCC. On this basis, combined with slab material tracking model, billet temperature prediction model and communication to achieve a variety of steel grades and thickness of slab heating quality control, forecasting three level temperatures transmitted to mill, realize the furnace automatic production control. Key words：reheating furnace; computer control system; temperature control; model 目　　录 1加热炉计算机控制系统的设计与实现 1摘　　要 2Abstract 1引　　言 2第一章 文献综述 21.1 加热炉计算机控制概述 21.1.1 顺序控制系统和物料跟踪 31.1.2 钢坯温度预报模型 41.1.3 炉温优化设定模型 51.2 国内外研究现状及发展趋势 61.3 课题背景 71.4 本论文的研究内容及意义 8第二章 加热炉工艺流程及结构简介 82.1 加热炉区工艺流程 82.2 加热炉基本尺寸和参数 82.2.1 加热炉基本尺寸 92.2.2 加热炉基本参数 102.3 炉型结构特点 11第三章 加热炉基础自动化控制系统 123.1 双交叉限幅燃烧控制系统 133.2 炉温模糊控制系统 133.2.1 模糊控制器结构 143.2.2炉温模糊控制器的设计 163.2.3 实际应用及效果 163.3 步进梁速度优化控制 163.3.1 速度曲线控制原理 173.3.2 速度曲线优化控制及分析 193.3.3实际应用 20第四章 加热炉数学模型的研究与仿真 204.1 数学模型概述 204.2 模型参数的建立 204.2.1沿炉长方向炉温的线性插值 214.2.2比热和热传导系数的线性插值计算 224.3基理温度预报模型 224.3.1 三维导热数学模型 234.3.2 温度预报模型的工程考虑 234.3.3温度预报模型的边界条件 244.3.4模型验证 254.4 分段BP神经网络钢温预测和仿真 254.4.1 三层BP网络结构的建立 254.4.2 神经网络输入输出量的确定 264.4.3 神经网络隐层神经元的确定 274.4.4 隐层及输出层的权值调整 284.4.5 仿真研究 30第五章 计算机控制系统网络和通讯开发 305.1 网络结构及配置 305.1.1 LEVEL1级网络结构 325.1.2 LEVEL1级硬件配置 325.1.3 LEVEL2级网络结构 335.1.4 LEVEL2级硬件配置 335.2 网络通讯电文内容 335.2.1 与MES管理计算机的通信 345.2.2 与轧线过程计算机通信 345.2.3 与基础自动化通信 355.3 LEVEL1级通讯程序的开发 355.3.1 WINCC和PLC以太网通讯开发 365.3.2 PLC和PLC以太网通讯开发 365.4 LEVEL2级TCP/IP通讯程序开发 365.4.1 TCP/IP SOCKET基本概念 375.4.2 客户/服务器模式 385.4.3 TCP/IP套接字系统调用及方法 405.4 通讯网络的具体IP地址和端口规划 42第六章 加热炉计算机控制系统的应用 426.1 LEVEL1级控制系统开发 436.1.1系统软件 456.1.2 顺控软件开发 476.1.3 燃控软件开发 506.1.4 监控软件介绍 526.1.5 监控软件开发 556.2 LEVEL2级软件功能描述 556.2.1 建立板坯数据信息 566.2.2 板坯温度计算的热工模型 566.2.3 轧制温度反馈控制 566.2.4 主要画面简介 60结　　论 61参考文献： 1附件1：附图清单 2附件2：附表清单 2在学研究成果 3致　　谢 引　　言 2007年，我国钢产量已经达到4.89亿吨，已是多年保持世界第一产钢大国的地位。我国钢铁工业的发展速度是世界钢铁工业发展最快的国家，所取得的成就是世界公认的。但是，我国钢铁工业技术经济指标(包括能源消耗、劳动生产率、设备寿命及设备作业率等)、对环境的污染等方面与世界先进水平相比较，差距仍很大。要实现从钢铁大国到达钢铁强国，这是摆在钢铁研究工作者面前的艰巨任务。 加热炉的计算机控制系统通常被分为一级（LEVEL1）和二级（LEVEL2）控制系统。 LEVEL1系统包括燃烧控制系统和顺序控制系统。燃控系统的主要功能是根据钢坯钢种和规格的需要，控制各个区域的温度，实现钢坯的理想升温曲线控制。同时实现相应的安全连锁和设备保护。顺控系统的主要功能是完成整个加热炉区域的设备动作控制，实现钢坯的装料，步进和出料控制，以及相应的辅助设备的动作控制。LEVEL1是LEVEL2级控制的基础。 LEVEL2系统主要分为应用部分和模型部分，应用部分包括物料跟踪和通讯等，模型部分主要是钢坯的温度预测，主要包括装炉温度处理、出炉温度处理、炉温沿炉长方向的曲线拟合，周期计算等。LEVEL2负责完成整个加热炉的过程控制，实现钢坯在炉膛内的温度预报和物料跟踪，在通讯模型的支持下，完成整个加热炉区设备的全自动生产和全自动温度控制，并为轧机提供必要的信息。 本文的主要内容如下： （1）文献检索。进行了大量文献检索工作，对前人的研究工作进行总结和分析。描述了基于传热学原理的钢坯加热数学模型。 （2）设计和优化了LEVEL1级控制系统，重点研究了改进型双交叉限幅温度自动控制和炉温模糊控制器，以及步进梁的速度曲线优化控制。 （3）系统研究了钢坯传热数学模型、钢坯温度预报模型和算法，并利用炉区分段的BP神经网络进行了钢温的预测，离线仿真效果良好。 （4）开发了基于S7-400PLC和WINCC的加热炉基础自动化系统，并成功应用于生产，大大提高了炉温的控制精度，温度响应时间大大缩短，加热炉LEVEL2级计算机控制系统的投运，实现了炉内钢坯温度的预测，建立了加热炉与通讯伙伴的实时通讯，为轧机提供了必要的钢坯加热参数，实现了加热炉的全自动生产。 第1章 文献综述 加热炉是轧钢生产线关键设备之一，也是主要耗能设备，其作用是将钢坯加热后送往轧机进行轧制[1]，其中钢坯加热炉能耗就占冶金能耗的25%[2]，因此，提高加热炉的热效率，对整个冶金行业的节能降耗具有重要意义。步进梁式加热炉的功能是根据钢坯的入炉参数、生产工况和工艺指标，通过控制炉温，空气燃料流量及空燃比，空气燃料压力，烟气残氧浓度以及炉膛压力，尽可能地降低能耗，减少氧化烧损，使钢坯在炉中均匀受热，同时通过步进梁的步进运动，将钢坯从装料侧移动至出料侧，通过钢坯在炉内的运动，完成从低温段至高温段，再进入均热段的加热，达到轧钢要求的轧制温度。由于加热炉燃烧过程具有非线性、强耦合、不确定性、分布参数特性，是一个高度复杂的工业过程，加热炉计算机过程控制技术成为钢铁企业研究的重要课题之一，在国内外都得到了广泛的重视。 1.1 加热炉计算机控制概述 加热炉的计算机优化控制技术就是要在保证工艺指标的前提下实现最优的经济指标，在加热炉上开展计算机优化控制的研究已经有三十多年的历史，国际上对加热炉优化控制的研究始于20世纪70年代，国内始于80年代，主要从设备和自动控制两个方面采取措施[3]，以降低加热炉的能耗及提高产品质量，可以概括为三个方面：炉温自动控制、钢坯温度预报模型和炉温优化设定策略。 1.1.1 顺序控制系统和物料跟踪 顺控系统的主要功能是完成整个加热炉区域的设备逻辑控制，完成装料侧的辊道逻辑控制、加热炉液压站的控制、装钢机的速度曲线控制，步进梁的速度曲线控制和出钢机的控制，同时完成L1级的板坯物料跟踪，实现钢坯的装料，步进和出料控制，以及相应的辅助设备的动作控制。在LEVEL1级顺控系统的基础上，LEVEL2及系统通过以太网络和OPC方式，和LEVEL1级系统建立实时通讯，在ORACLE数据库和VISIAL.NET开发平台C#软件的强大处理功能下，完成板坯的入炉、炉内和出炉的全炉跟踪，为模型控制系统提供必要的板坯钢种、尺寸和板坯位置等信息，完成坯料的温度预测。 加热炉燃烧控制系统的基本任务是：提高加热炉各段炉温的控制精度，获得满足开轧所要求的钢坯温度，同时保证经济燃烧和安全运行。为保证稳态和动态情况下，保证空燃比在合适的范围内，通常采用交叉限幅控制方法，使系统在调节的动态过程中，保持空气、燃料的相互跟随关系，控制最佳空燃配比。目前，炉温自动控制绝大多数还是采用带交叉限幅的温度流量串级PID控制器，但控制精度差，超调严重，升降温速度慢。神经网络、模糊控制、专家系统、自适应控制等智能化技术的出现为加热炉炉温控制提供了新的方法和思路。 张晶涛等人[4]针对常规交叉限幅控制方法负荷跟踪速度低的缺点，采用了具有快速补偿响应功能和抗积分饱和功能的改进交叉限幅燃烧控制方法，针对炉温过程具有时变非线性的特性，应用了自整定PID控制算法，针对加热炉下加热段与上加热段炉温对象耦合干扰严重的现象，应用了智能解耦控制方法。从整体上提高了加热炉燃烧控制系统的控制性能。文献[5，6]提出的专家模糊温度控制器，文献[7，8]提出的加热炉神经网络燃烧控制等，还停留在理论研究和仿真研究阶段。另外，目前采用的模糊控制、专家控制最终的输出量是空气流量和煤气流量设定值，流量的闭环控制还是要依靠传统的PID控制器来实现，从而限制了炉温控制精度和实时性的提高。法国斯坦恩-霍特公司开发的数字化时序脉冲燃烧系统[9]，其温度控制是通过控制烧嘴的燃烧时间，而不是控制空气和煤气的流量，当空煤气烧嘴前的压力恒定时，通过控制空煤气切断阀的开启时间和工作周期，可以实现炉温的控制，从而克服了流量PID闭环控制的不足，达到了较好的效果。 1.1.2 钢坯温度预报模型 钢坯温度预报模型是加热炉燃烧优化控制的必要中间量，通过数学模型计算的炉内钢坯表面和核心温度，从而可以了解钢坯的加热质量，同时为进一步优化炉温设定提供依据。随着计算机技术的发展，炉内钢坯加热过程的数学模型也被广泛地应用在计算机控制上。在国外，Timothy A.Vesiock等人[10-12]根据加热炉内的热交换机理来建立实时控制模型，采用动态热传导分析的方法，通过分析钢坯各节点的热交换来对钢坯温度进行控制。这种方法目前在一些钢厂的加热炉控制还在使用，但是目前生产现场采用的基本上都是简化的一维模型，多维模型因为计算量巨大目前还不能在线应用，在一定程度上降低了模型的准确性。Y.Misaka和H.E.Pike等人[13-15]采用分布参数理论与热交换机理相结合的方法进行建模，并通过近似集中参数模型研究了加热炉的静态、动态优化问题。A.H.Work[16]基于炉内热量传导的物理机制，推导了一类时空离散化的状态空间模型。文献[17-19]从描述钢坯内部稳定导热的二维偏微分方程及相应的边界条件出发，开发出了描述钢坯被加热状态的离散状态空间模型，从本质上，这种方法是机理分析方法的延续和改进。 国内这方面的研究起步较晚，上世纪七十年代末，随着计算机控制系统的普及和自动控制技术在钢铁企业的应用日趋广泛，加热炉温度优化控制理论的研究开始日渐深入，成为自动控制技术工业应用研究的重要领域。钢坯升温模型的研究主要从两个方面入手，采用总括热吸收率法，从钢坯与炉内热交换的物理机制入手，简化了炉膛内辐射换热，寻找钢坯升温的热力学模型，文献[20-26]都涉及到了这方面的研究。炉内钢坯温升数学模型大体上分为用于加热炉在线控制的一维稳态导热数学模型，以及用于加热炉离线计算机模拟的三维稳态导热数学模型。低维导热数学模型形式简单、计算机求解方便，与三维模型相比，虽然在精度上有所不足，但在加热炉加热过程计算机在线控制方面，可以满足现场的工艺要求。三维导热数学模型计算结果精度高，真实反映了钢坯在加热过程中的瞬时温度分布和变化，但由于数值计算求解过程计算工作量大，目前还很难将其应用到加热炉在线控制系统中，主要应用于实验室理论计算和分析。 为了进行数学模型的计算机移植以及实现控制的可行性和方便性，离散状态空间方法也是钢坯升温模型的研究重点和热点，在这方面文献[27-29]工作颇具代表性，这些文献都是把炉内的钢坯考虑为一股被加热的物料流，并按几何位置分解为一系列相互关联的子系统，不仅得出了炉内钢坯加热的全系统模型，而且给出了单独钢坯的跟踪热模型，为实时计算机控制奠定了理论基础。 近年来随着计算机技术和智能控制理论的迅速发展，智能控制得到了广泛应用。智能技术不仅为传统控制理论和方法带来了新的生机，而且为解决轧钢领域内的控制难题，摆脱常规数学模型的困境，突破现有控制理论的局限性，开辟了一条新的道路。智能技术在钢铁冶金工业中的应用主要包括将专家系统与传统的控制方法相结合的专家控制方法；将人工神经网络应用于建模的神经网络控制方法；将模糊集合结合模糊推理决策进行控制的模糊控制方法；将神经网络和模糊控制相结合的智能控制方法等。 神经网络技术因其具有较快的学习能力和逼近任意非线性映射的能力而被广泛用于系统建模的研究中。在加热炉对象的建模中，应用最为广泛的是BP神经网络[30, 31]，它有结构简单、抑制样本噪声等优点，但也有学习速度较慢、容易陷入局部极小点等缺点，因此，近年来也出现了一些改进的神经网络模型，如RBF网络模型仅在输入空间的局部范围内非零(即只有当输入落入输入空间的一个很小的局部范围时，基函数才产生一个有效的非零响应)，其参数调整律可采用线性调整技术，因而有更快的学习速度，逼近能力很强，在钢坯温度预报方面得到了很好的应用[32, 33]。 1.1.3 炉温优化设定模型 柴天佑，王中杰，沈子瞻等[34, 35]人对步进式加热炉的建模、控制、优化做了很多研究，提出了一种基于生产目标的加热炉优化设定控制方法。该方法采用前馈、反馈、自适应、智能及软测量等多种先进控制技术和建模方法实现了生产过程的建模与控制一体化，并通过多级闭环实现了生产过程的滚动优化，解决了基于DCS的加热炉各回路的优化设定问题。 根据连续加热炉温分段可控性和钢温的变化滞后于炉温变化的特点，文献[36, 37]运用一种新的炉温决策方法。该法以控制段(加热段或均热段)内的某处钢坯的平均温度和表面温度与设定值的偏差最小为控制目标，决策出优化的炉温设定值。开发合理的在线数学模型，为轧制生产服务，具有一定的效果。 安月明，温治[38]系统总结了炉温优化设定时各种优化目标函数的进展，对加热炉优化控制领域中目标函数的选取、约束条件的确定、寻优方法的选取进行了详细的分析和综述，评价了各类目标函数的优点和不足。从发展来看，综合型的优化目标将会得到更大的应用，但在权重系数选取的研究上、寻优算法适合在线应用的问题上还值得进一步深入研究。炉温优化设定的智能控制技术也在快速发展，模糊逻辑控制技术能够有效地利用人工控制所取得的操作经验，把人工经验变换成模糊控制规则，在加热炉这样非线性、大惯性、纯滞后、耦合严重的复杂系统的控制中获得了很多应用[39]。但是模糊控制方法本身还存在着一些缺点，比如模糊控制是一种基于模糊规则的控制器，这些模糊控制规则是对受控过程认识的归纳与控制经验的总结，模糊规则通常情况下是固定不变的，本身缺乏学习能力，不能够自动修改，因而当系统有变动的时候，难以动态修正模糊控制规则，从而影响了控制效果。在实际应用当中，将模糊控制同其它控制技术相结合，对炉温进行控制的情况也比较普遍，如将模糊控制同比例控制、PID控制相结合的分区控制策略，以模糊规则实时调节PID参数的模糊PID控制技术等。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 多年来，国内外都有大量的专业化公司和自动化工作者致力于加热炉二级控制系统设计及燃烧优化控制方面的研究开发工作。国外学者对加热炉二级控制系统的研究始于上世纪70年代中后期，随之，国内学者对加热炉数学模型及相应的优化控制策略的研究也日益活跃。80年代末期，在工业发达的国家已普遍实现了加热炉的计算机控制。1981年9月，意大利Italimpianti公司首次在意大利的Acciarierie di Piombino S.P.A工厂棒材生产线加热方坯的110t/h步进炉上使用在线数模控制系统。该公司至今已为100多座炉子提供在线数模控制。意大利Italimpianti公司(目前为意大利Techint＜德兴＞公司的子公司）成功开发的“灵活技术”（FlexyTech）的加热炉，其核心技术就是计算机二级控制系统。法国STEIN HEURTEY公司1981年在Foss/Mer工厂的3座热轧带钢加热炉上进行在线数模控制工业性应用，并在1982年得以验证，至今已为130多座炉子提供在线数模控制系统，国内的南京钢铁公司炉卷轧机加热炉使用了该公司的产品。SIEMENS VAI公司的加热炉二级系统也被广泛地使用在国内马钢2250、酒钢1800不锈钢炉卷轧钢厂等企业。 国内的专业软件公司和钢铁设计院也开发了多座加热炉二级控制系统，主要包括：宝信软件公司开发的基于iPLATURE中间件平台的二级控制系统，在宝钢1780热轧和2050上应用，上海迈思公司开发的加热炉二级系统被应用在宝钢不锈钢分公司等企业，重庆钢铁设计院开发的二级系统被应用在沙钢5米宽厚板加热炉。虽然国内外有不少公司都开发了基于数学模型的加热炉二级控制系统，但大多只能提供一些钢坯的温度预测，出炉时间等信息，在炉温的优化设定上不能投入自动运行，仅停留在炉温的操作指导层，炉温设定值大多还是操作技术人员根据经验人工给定。 从目前的发展状况来看，其发展趋势可概述如下： 1) 结合智能控制理论的发展，利用先进的控制理论，提高模型预测的准确性； 2) 为燃烧自动化系统提供最佳的温度设定参数； 3) 实时准确地优化各操作参数，提供合理的炉内温热 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ，使之获得最优的生产指标。在满足轧机轧制能力的条件下，保证工艺和技术经济指标的先进性，节能降耗，创造良好的经济效益。 1.3 课题背景 加热炉的钢坯温度预测和炉温优化控制一直是控制理论界的一个研究热点。由于加热炉具有以下特点：1)大滞后特性；2)过程机理反应复杂；3)生产工艺目标不能直接控制(如钢坯表面温度)。这些特点决定了钢坯加热炉是一个具有多变量、时变、非线性、耦合等特点的复杂工业工程，边界条件剧烈变化，炉内钢坯表面温度不能直接连续测量，导致加热炉动态模型复杂。 建立实用的加热炉计算机控制系统，在实现温度自动控制和全自动生产的前提下，提高炉温控制精度，钢坯温度预测的准确性，是目前冶金自动化工程师必须面对和解决的问题，本文结合实际设计和调试的大型板坯步进梁式加热炉的经验，分别从燃烧控制系统的FUZZY-PID双交叉限幅炉温控制、顺序控制系统的步进梁速度曲线优化控制和加热炉的通讯，跟踪和坯料温度预测模型三个方面，系统总结了加热炉两级计算机控制系统的研究和应用。为国内类似的大型步进梁式板坯加热炉积累大量的经验，为下一步优化炉温设定奠定了基础。 1.4 本论文的研究内容及意义 本论文以某5M宽厚板轧钢厂的两座250t/h步进梁式加热炉的设计和调试为研究对象，在完成加热炉基础自动化系统LEVEL1的顺控和燃控系统调试后，又成功地实现了加热炉的LEVEL2级物料跟踪、通讯和板坯温度预测，真正实现了加热炉的两级计算机过程控制。 在燃控系统上，提出了FUZZY-PID双交叉限幅温度PID控制算法，优化了燃控系统的温度控制算法，保证了加热炉各温控区的炉温控制精度和响应速度。 在顺控系统上，研究和开发了基于混合网络的加热炉顺控系统，并优化了加热炉的步进梁速度曲线控制。 在LEVEL2级控制系统上，在燃控LEVEL1和顺控LEVLE1级控制系统的支持下，基于传热学的基本原理，建立了板坯的炉内温度预报系统，同时在温度计算模型中使用了优化算法，提高了钢坯温度预测的精度。 本文的主要内容： 本章首先进行了文献检索，总结了加热炉计算机控制系统的现状和发展趋势。 第二章介绍了加热炉的工艺流程、结构和性能参数。 第三章介绍了加热炉基础自动化系统，包括燃烧系统和顺控系统，并对交叉限幅串级温度控制系统进行了改进，提出了FUZZY-PID温度控制系统，开发了具有通用性的步进梁速度曲线控制模块，并对速度曲线进行了优化，取得了良好的使用效果。 第四章建立炉内钢坯的传热过程的机理数学模型，并从工程角度进行简化，给出了一维的导热模型和总括热吸收率算法。以此为理论基础开发的钢温预报模型程序，预测的钢温和实测数据基本吻合，数据令人满意。同时结合智能控制理论，提出了基于炉区分段的BP神经网络钢坯温度预报模型，并进行了仿真研究。 第五章主要描述了加热炉计算机控制系统的网络和通讯设计，主要包括WINCC和PLC的通讯、PLC和PLC的通讯以及TCP/IP SOCKET通讯。 第六章阐述了西门子PLC控制系统的特点及其在大型轧钢步进梁式加热炉LEVEL1系统上的应用，并给出了基于visual.net平台的C#软件和ORACLE数据库平台开发的加热炉二级控制系统的实现。 第二章 加热炉工艺流程及结构简介 2.1 加热炉区工艺流程 加热炉用板坯从板坯库经上料辊道输送到炉前，按预定的计划分别进行冷装、热装或混装。加热炉额定产量为250t/H，燃料为焦炉煤气，采用空气单预热的步进梁式板坯加热炉。 板坯在炉前辊道上经过称量、测长、核对、测温，按布料图进行定位。在确定炉内有空位后，装料炉门打开，装钢机开始动作：装钢机前移，将板坯拨正，经测宽后送入炉内，在与前一块坯料间隔50~100mm处停止。然后，装钢机快速退回原位，准备重复送钢动作。同时装料炉门关闭。 炉内板坯通过步进梁的运动，经过炉子的热回收段、预热段、一加热段、二加热段和均热段充分加热，达到轧制要求温度后，运行至出料端激光检测处并完成最后一次步进运动后停止，经激光检测器检测及步进梁行程控制系统和炉内坯料跟踪系统计算，钢坯在炉内准确位置的信号被送往出钢机，出钢机接到指令后开始动作，从低位运行进炉内，根据钢坯位置定位，托起钢坯出炉，准确将钢坯放在出料辊道上，再由出炉辊道输送到轧机轧制，同时出料炉门关闭。 为了使加热炉的操作更灵活，适应坯料规格（主要是长度和厚度）的频繁变化和冷热坯装炉切换，最大限度地发挥加热炉效率，一座加热炉装备了两套独立运行的步进机械；按炉宽方向，步进框架（平移框架和升降框架）均分为左右两个框架，分别由两套步进机械单独传动。 2.2 加热炉基本尺寸和参数 加热炉有效长度52600mm，内宽10700mm，燃料为焦炉煤气。加热炉示意图如图2.1。 2.2.1 加热炉基本尺寸 辊道上表面标高： +900 mm 加热炉基础面标高： －8100 mm 装出料辊道中心距： 60500 mm 加热炉砌体全长： 54000 mm 加热炉有效长度： 52600 mm 加热炉砌体宽度： 11572 mm 加热炉内宽： 10700 mm 烟囱高度： 80m 烟囱出口直径： Ф3.6m 图2.1加热炉示意图 2.2.2 加热炉基本参数 a) 坯料规格 连铸坯： 厚度：200mm、220mm、300mm 宽度： 对220mm坯料　　　　　 1800～2600mm 对250、320mm坯料　　 1800～2600mm 长度：2600～4800mm 标准板坯规格220×2200×3600mm 标准板坯质量13.6t b) 加热钢种 碳素结构钢板、低合金结构钢板、建筑结构板、耐大气腐蚀钢板、桥梁钢板、造船钢板、管线钢板、锅炉钢板、压力容器钢板、机械工程用钢板等。 c) 坯料入炉温度 冷坯：室温（以20℃计）。 热坯：400～700℃；热装比：40～50%。 d) 坯料出炉温度：1050～1250℃。 e) 炉子座数：2座 f) 炉子小时产量：220t/h(额定) 280t/h(最大) g) 年加热量：～200万t； h) 燃料种类：焦炉煤气，其低发热值为4000×4.18kJ/m3。 2.3 炉型结构特点 加热炉采用端部装钢机上料和端部出钢机出料方式，加热炉上部采用平焰烧嘴和侧向烧嘴相结合的供热形式；下部全部采用侧向供热方式。加热炉共设置八个炉温自动控制段。炉型采用上、下供热滚轮斜台面全液压驱动的步进梁式加热炉。 加热炉的结构： 一座炉子配备两台装钢机，两台装钢机可以同时运行（不要求同步）。 一座炉子配备两台出钢机，两台出钢机可以同时运行（不要求同步）。 为适应双排装料，加热炉设置两套步进机械，双升降框架和平移框架，配备各自的传动机构，提高加热炉的操作灵活性。 加热炉设八个供热段，八段炉温自动控制，通过设定各部分加热的温度值，控制各段燃料量的输入，保证出钢温度及温度的均匀性。 加热炉配置的烧嘴调节比大，可灵活调节供热量。烧嘴的供热能力是通过热工计算确定的，在确定各烧嘴的供热能力时考虑一定的富裕能力，便于各段炉温制度的调节。 烧嘴的型式及供热能力见表2-1。 表2-1 加热炉烧嘴型式及能力配置 部 位 上部加热段 下部加热段 各 段 名 称 预热段 加热1 加热2 均热段 预热段 加热1 加热2 均热段 供热比例（%） 8.8 14.6 14.0 7.8 9.3 16.9 16.7 11.9 烧嘴个数 6 10 36 30 6 10 12 8 烧嘴型式 侧烧嘴 侧烧嘴 平焰 平焰 侧烧嘴 侧烧嘴 侧烧嘴 侧烧嘴 为了适应热坯加热和冷热坯交替装入时的加热要求，以及炉子小时产量变化大（177～300t/h）和加热温度变化大（1050～1250℃）的加热要求，采用多区供热的箱型结构，便于分区控制各段温度；各供热段用隔墙适当分隔，预热段和一加热段设有开关式烧嘴，在热装时可以根据需要关闭预热段和一加热段烧嘴，独立地进行流量调节和温度控制。多区分段控制能很好地适应低温加热与控制轧制，同时适应加热炉产量的变化。 第三章 加热炉基础自动化控制系统 随着冶金生产技术和工艺设备的不断发展，以及计算机和可编程控制器的出现，加热炉的的计算机控制系统也得到了日益广泛的应用，基础自动化系统的组成主要是PLC+HMI系统组成了监视和控制系统，通过工业以太网和现场总线网络，实现HMI和PLC以及PLC和现场级控制设备的通讯和控制。 基础自动化系统包括燃控系统和顺控系统，它们的功能介绍如下： 燃控系统主要功能： （1）每段炉温自动控制、 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 、联锁报警； （2）每段煤气流量控制、记录、联锁报警； （3）每段空气流量控制、记录、联锁报警； （4）炉压控制、记录、联锁报警； （5）炉内含O2量检测控制； （6）炉尾炉温测量、指示； （7）换热器前后烟温测量、指示、联锁报警； （8）换热器烟温保护控制、记录、联锁控制； （9）燃烧空气压力控制、记录、联锁控制； （10）煤气总管压力控制、记录、联锁控制。 顺控系统的主要功能： （1）板坯在板坯库辊道、装炉辊道上定位； （2）称重机控制； （3）板坯测长，测宽； （4）推钢机位置及行程控制； （5）装出炉辊道的控制； （6）加热炉装出料侧的炉门控制； （7）步进机械控制； （8）板坯在炉区辊道上的位置跟踪； （9）液压站设备控制。 以下重点分析本项目中采用的双交叉限幅温度控制系统和模糊控制器的设计，以及步进梁的速度曲线优化策略。 3.1 双交叉限幅燃烧控制系统 目前最常用的控制方式为串级双交叉限幅空燃比控制，其系统如图3.1所示 图3.1 双交叉限幅温度控制系统 TPV、SPt—炉温的测量值和设定值 PVf、SPf—燃料流量的测量值和设定值 PVa、SPa—空气流量的测量值和设定值 HS、LS—高值和低值选择器 TC、FfC、FaC—分别为温度、燃料流量、空气流量调节器 x、1/x—乘法器和除法器 b1、b2、b3、b4—偏置系数 HL、LL—高频和低频滤波器 TPV—炉温 MVt—温度调节器输出(燃料目标流量) 目前，维持确定空燃比的炉温控制算法已经逐渐成熟，在双交叉限幅的基础上，又开发了变增益交叉限幅、串级比值等新的控制策略。炉温调节除普通的串级PID外，也出现了改进型的二自由度PID、I－PD等类型。 交叉限幅控制的特点是采用一个最大选择器和一个最小选择器，其目的是保证当炉温低于设定值，需要增加燃料流量时空气先行；而当炉温高于设定值，需要减少燃料流量时燃料先行，以防止冒黑烟。该方法已经广泛应用于工业燃烧控制中，它能在动态过程中保证空燃比在规定范围内，从而使燃烧过程最佳，节约能量，减少环境污染。 通过双交叉限幅控制系统的投用，使得在整个自动燃烧的过程中，动态空燃比始终保持在3.5~4.3之间，在生产节奏发生变化时，空煤气流量发生较大变化时，空燃比始终能保持动态的跟踪，没有出现冒黑烟现象，氧化烧损也较理想，实现了空燃比的自动控制。 3.2 炉温模糊控制系统 串级双交叉限幅控制系统实现了空气和燃料比例控制和动态条件下的空燃比控制，较好地解决了燃料的不完全燃烧的现象，但无法实现炉温的快速响应控制，传统的PID控制系统能实现很小的稳态误差，但温度偏差大时的快速温度控制也难以实现，本文结合近年来广泛应用的智能控制理论：模糊控制算法，提出了FUZZY-PID控制算法，在温度偏差大和温度偏差的速率大时，采用模糊控制算法，用模糊控制器代替串级温度控制中的温度调节器Tc，将模糊控器的输出送至双交叉限幅运算器，经双交叉限幅计算后送至空煤气调节器，使空煤气调节阀能较快地响应，实现温度快速响应，在稳态误差较小时，恢复到串级控制，采用温度调节器和流量调节器的串级PID控制系统，实现高精度的温度控制。 与传统控制方法相比，模糊控制的优点主要体现在以下两个方面。首先，模糊控制不需要控制系统的精确数学模型。第二，在工程实际中，可以根据经验建立较好的模糊控制器。区别于传统控制器设计方法，模糊控制系统设计不需要精确的数学模型。即模糊规则、模糊逻辑运算和模糊集隐含地包括了系统模型。模糊规则将描述系统状态变量的模糊集与模糊控制器的输出联系起来。模糊控制将模糊建模任务和系统控制任务结合在一个任务中，通过避免分别的建模任务，通常可以更有效和高效地解决控制问题。现今，模糊控制器和控制系统的广泛应用证明了这点。 3.2.1 模糊控制器结构 模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制，它模仿人的模糊推理和决策过程。首先，将操作人员或专家经验编成模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，进行模糊推理，将推理后得到的输出量送到执行器或者下一级控制系统中。 模糊控制器的基本结构如图3.2所示，由四部分组成。其中 为系统的给定值， 是系统偏差、 是偏差的变化率(也可以是偏差的积分)， 为系统输出。 和 是模糊控制器的输入， 为控制器的输出。 、 、 分别是 、 和 的模糊量。 图3.2 基本模糊控制器的结构 1)模糊化：主要作用是将真实世界的确定量输入转换为一个模糊矢量。 2)规则库：规则库中包含了具体应用领域中的规则和控制目标。它通常由数据表和模糊控制规则两部分组成。 3)模糊推理：模糊推理是模糊控制器的核心，它具基于模糊概念的有模拟人的推理能力。该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行的。 4)清晰化：清晰化也是反模糊化，是将模糊推理得到的控制量(模糊量)变化为实际用于控制的精确量。 3.2.2炉温模糊控制器的设计 炉温的控制，最终是通过控制空气和煤气调节阀的开度变化，改变进入炉膛燃烧的煤气量来实现温度控制的。炉温的模糊控制和串级PID控制的自动切换，是根据温度的偏差大小来自动实现的，当温度偏差较大时，为使温度能快速地响应，从而用模糊控制方法，当温度的偏差值进入一定的区间时，则自动转换为PID控制，实现较小稳态误差控制。 炉膛温度 为被控制量，煤气流量为控制量，根据实际控制要求，本模糊控制器温度值与给定值的偏差E的语言变量值取(负大，负中，负小，零，正小，正中，正大)，偏差的变化率EC及煤气流量的增量 的语言变量值取(负大，负中，负小，零，正小，正中，正大)，量化等级都取{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+l，+2，+3，+4，+5，+6}，各模糊子集的隶属函数取三角型函数。 由于在不同的温度下，系统要求的工作状态是不同的，对误差及误差变化率的加权值应有所不同，当温度误差E比较大时，模糊控制器的主要任务是快速地消除误差，因此应该取较大的 值，即加强误差E的权值，以加速系统的响应速度。反之，当温度误差E较小时，控制器的主要任务是使系统尽快趋于稳定，应取较小的α值，既加强误差变化率EC的权值，以提高系统的稳定性。为了满足系统在不同的状态下对修正因子 的不同要求，引入了2个修正因子 和 。表达式如下： (3.1) 其中 ， 为0到1之间的实数，且 。 通常情况下，选取 。本系统中选取 ， ，并建立模糊控制查询表3.1。 表3.1 模糊控制查询表 在已知E和EC的条件下，可以通过表来求得煤气流量的增量 ，再按最大隶属度原则解模糊，选择隶属度最大的元素为精确控制信号，即为实际煤气流量的增量。所以煤气流量的实际输出信号为： (3.2) 此值作为煤气调节器的输入值，同时在双交叉限幅模块的计算下，空气调节器的输入值也被更新，在空煤气调节器的调节下，空煤气阀门快速动作，从而达到快速控制炉温的目的。 3.2.3 实际应用及效果 根据实际的调试结果，我们把炉膛温度T的误差信号 的实际论域定为[-60,+60]℃，误差的变化量 实际论域定为[-3,+3]℃/min，为了表述方便，我们把 和 的论域按比例变换到[-6，+6]。当温度的实际值和设定值的偏差大于20℃时，模糊控制器的输出被送到空煤气PID调节器，当温度的偏差值小于20℃时，温度调节器的输出被送到空煤气调节器，为了减小两种控制器切换时炉温的较大波动，两组控制器的切换设计了无扰切换功能，实际应用表明，基于模糊控制理论和传统串级温度控制回路结合的FUZZY-PID调节器，能较好地解决温度偏差大时，温度控制的动态响应速度。 3.3 步进梁速度优化控制 3.3.1 速度曲线控制原理 步进梁式加热炉通过上升-前进-下降-后退的周期运动，将装料侧的钢坯一步一步地向出料侧移动，在步进运动中，整个步进机械的平移框架、升降框架、水梁和炉膛内的所有板坯都随步进机械做整体的步进运动，以本项目为例，整体步进的设备和板坯总重量达500吨以上。因而，在步进梁周期运动的过程中，必须实现曲线运动，在动梁上升和下降到和固定梁同一标高时，必须实现低速运动，同时在启动和停止的过程也必须按一定的加减速度实现启动和停止，在动梁平移的过程中，启动和停止的过程也要遵循一定的加减速度，这样才能实现步进机械的平稳运行，减小板坯对梁的冲击。但为了保证加热炉的产量，使板坯在规定的加热时间内到达出料侧，步进机械在其它阶段必须要高速运动。因此，这个矛盾的存在，就需要通过步进梁的曲线运动，来实现步进梁的平稳运行的同时，保证步进的周期。 步进梁的速度控制方法为通过PLC的AO输出，将电压或电流信号送至液压比例阀的信号输入端，通过调节控制比例阀的开度，从而控制进入步进梁的升降和平移油缸的进出油量来实现对步进梁的速度控制。也就是说，通过控制加到比例阀的电流或电压信号的大小，控制油缸的进出油量，来实现步进机械的速度控制。 步进梁的速度曲线控制是步进梁式加热炉顺控的重点和难点，典型的速度曲线如图3.3所示。 图3.3 典型步进梁速度曲线 从图3.3可以发现，在步进梁上升的过程中，有两次加速和减速过程，这是为了实现步进梁在向上运动到和固定梁同一高度时，速度较低，使钢坯抬起的速度较小，这样钢坯对动梁的冲击较小，实现轻抬。在步进梁下降的过程中，同样有两次加速和减速，这是为了将钢坯从动梁放到固定梁时的速度较低，同样减小钢坯对梁的冲击，延长梁的寿命，实现轻放。在前进和后退时，只有一次加速和减速过程，实现动梁平移的平稳启动和准确停止，实现步距的精确控制。 速度控制可以使步进梁运动平稳，钢坯在运动过程中轻抬轻放，使步进梁在运动过程中冲击大大减小，但是速度控制使步进周期延长，加热炉的小时产量受到影响，因而如何在步进梁运行稳定的条件下，缩短步进周期，步距准确，同时使PLC控制程序又具有通用性，可以适应各种步进梁的速度控制，是十分必要的。 3.3.2 速度曲线优化控制及分析 由于不同的加热炉，在步进机械的大小和重量，满载时钢坯的重量，液压油泵的工作压力和流量，比例阀的选型等等方面，都存在差异，因而步进梁的速度控制程序的参数就需要根据上述条件在现场调试的时候进行调整，根据现场实际运行的状况，找到最佳的速度曲线，实现稳准快的控制。 因此，在开发控制程序时，就要针对上述条件，开发具有变参数功能的通用程序块，以适应不同的加热炉实际。这样在现场调试的过程中，只需要根据具体加热炉的类型来调整各个参数，即可实现快速的调试，大大加快了加热炉的调试进度，缩短了调试的周期。同时，随着设备运行时间的加长，各种设备的性能均会发生变化，开发了具有可调参数的速度控制功能块后，可以在以后的生产维护过程中及时调整参数，使步进机械始终工作在较好的状态。 图3.4为优化后的步进梁的位移--速度曲线。 图3.4 优化的步进梁速度曲线 现对典型的速度控制曲线和优化后的曲线进行对比分析，说明如下： 1）在图3.4中，Y为前进（升降）速度控制变量；BY为后退时的速度控制变量；X为前进（升降）时的位移控制变量；BX为后退时的位移控制变量。这种编程方式，可以在HMI画面中在线修改背景数据块中的速度位移曲线各坐标点，从而使程序具有通用性，可以用在各种类型的步进梁速度控制中。 2）观察图3.4可以发现：升降曲线以位移轴为中心对称布置，这说明步进梁在上升和下降过程中的速度－位移曲线是对称的，而优化前后的前进和后退曲线是不对称的，这种不对称曲线的优点有：步进梁在前进过程中为重载运行，减速位移值(X4-X3)显著大于加速位移值（X2-X1），这样减速的时间变长，可以提高步进梁步距控制的准确性和稳定性，步进梁运行平稳冲击小。而后退的过程为轻载运行，加速位移值(BX4-BX3)和减速位移值（BX2-BX1）近似相等，高速运行段（BX3-BX2）较大，使得后退时间缩短，在获得步进梁运行稳定性的同时，缩短了步进梁的步进周期。 3.3.3实际应用 本项目中，调试结束时，优化后的步进梁速度曲线各参数的值如表3.2所示。 表3.2 速度控制曲线参数表 升降控制参数 平移控制参数 变量名称 实际数值 变量名称 实际数值 （X1，Y1） （2mm，30%） （X1，Y1） （3mm，25%） （X2，Y2） （10mm，80%） （X2，Y2） （40mm，70%） （X3，Y3） （80mm，80%） （X3，Y3） （250mm，70%） （X4，Y4） （90mm，40%） （X4，Y4） （317mm，25%） （X5，Y5） （110mm，40%） （BX1，BY1） （3mm，25%） （X6，Y6） （120mm，80%） （BX2，BY2） （50mm，70%） （X7，Y7） （190mm，80%） （BX3，BY3） （285mm，70%） （X8，Y8） （198mm，30%） （BX4，BY4） （317mm，25%） 项目在实施过程中，我们通过WINCC的监控软件，通过一定的授权，工程师可以在画面上在线修改上表中的数据，大大方便了工程调试。 改进后的速度控制曲线，步进梁运行更加稳定，步距控制更加准确，上升时间12S，下降时间11S，前进时间7S，后退时间6S，整个步进周期缩短了4秒，比设计的步进周期缩短了10%。大大提高了加热炉的小时产量。 第4章 加热炉数学模型的研究与仿真 4.1 数学模型概述 所谓加热炉数学模型，实际上是对加热炉加热过程的数学描述，它可以揭示加热炉内所发生的热过程的基本规律，确定炉内热过程各参数间的定量关系。数学模型可以用于炉子热工理论研究、炉子优化设计及其热工过程的优化控制。 在轧钢生产中，为了满足钢坯加热质量和产量的要求，需要建立能够直接监控钢坯温度的准确可靠的自动控制系统。由于钢坯内部温度分布至今无法实现实时在线检测，就必须借助于钢坯加热过程数学模型来实现钢温的估计，进而实现钢坯温度的优化控制。 机理建模方法是以过程的物理和化学基本定律、定理为基础，通过分析和演义推导出过程的物料和能量平衡的关系式，形成模型的结构而建立过程模型。常用的机理建模方法有微分方程、传递函数、状态空间、以及Petri网络模型法等等。机理建模的优点是，建立的模型有很强的理论基础，能较为准确地表达过程各要素之间的关系，模型具有普遍性。缺点是，建模难度相当大，需要全面准确的理论支撑，而且模型需要不断地完善和改进。 4.2 模型参数的建立 数学模型直接从钢坯升温过程热传导机理出发，考虑了炉气、炉壁对钢坯的辐射传热，高温炉气对钢坯的对流传热，以及钢坯内部的热量传导。为了提高钢坯温度的预测计算精度，现在实际使用的加热炉在线数学模型通常考虑了钢坯的比热和热传导随温度变化的特性。钢温预报数学模型表达了钢坯升温过程与钢坯上下方炉温的内在规律，在模型计算之前需要知道炉温沿炉长的分布曲线，在线模型通常是根据LEVEL1级燃控系统实测的热电偶位置和温度值进行炉温沿炉长方向的修正，结合这些模型参数，钢坯温度预报模型对炉内每一块加热的钢坯进行在线计算。 4.2.1沿炉长方向炉温的线性插值 工程上假设各段之间的炉温满足分段线性化。以钢坯上方炉温计算为例，下方计算方法相同。沿炉长方向的炉温的计算分以下几种情况[39]： 1) 当钢坯位于两个加热区之间的鼻部位置时 (4.1) 其中 为钢坯上方炉温，即沿炉长方向炉温的线性差值， 表示钢坯沿炉长方向中心处实际位置， ， 表示沿炉长方向钢坯相邻的两个加热区热电偶沿炉宽方向的线性插值， 表示沿炉长方向钢坯相邻的两个加热区热电偶实际位置。 2) 当钢坯位于各加热区非鼻部位置时 （4.2） 其中 为钢坯上方炉温， 表示沿炉宽方向钢坯所处位置炉温的线性插值。 3） 当钢坯在装钢炉门和预热段热电偶之间时 （4.3） 其中 为钢坯上方炉温， 表示沿炉宽方向钢坯所处位置炉温的线性插值， 表示钢坯沿炉长方向中心处实际位置， 表示装钢炉门与预热段热电偶之间的距离， 表示预热段热电偶与装钢炉门处的温差。 4） 当钢坯在均热段热电偶和出钢炉门之间时，计算方法与（4.3）相同。 4.2.2比热和热传导系数的线性插值计算 在实际的工程中，需要将每一钢种的各种温度下的比热及热传导值存储在数据库中，然后根据预报模型的实时计算值，通过查表的方法计算此刻钢坯各层的比热及热传导。计算如下： 1) 比热 当 (4.4) 当 (4.5) 当 (k=1 to 27) (4.6) 其中 表示钢坯第p层温度， 表示第p层的比热，kcal/kg℃， 至 表示比热常数表，k表示常数表索引。 2) 热传导 当 （4.7） 当 （4.8） 当 (k=1 to 27) （4.9） 其中 表示钢坯第p层温度， 表示第p层热传导，kcal/m·hr·℃， 至人 表示热传导常数表，k表示常数表索引。 4.3基理温度预报模型 4.3.1 三维导热数学模型 以傅立叶定律和能量守恒定律为基础，采用数学分析的方法确定钢坯内部各点的温度与传递的热量之间的内在规律，建立多维温度场 的导热微分方程式。假设以加热炉内任一块钢坯为计算对象，在三维空间内对其进行网格划分，定义一个微元网格体，各边长 ，如图4.1所示。 建立了用于钢坯温度预测的三维导热数学模型，其控制方程如式(4.10)[40]： (4.10) 式中，λ为导热系数，单位是W/(m2·℃)；Cp为比热，单位是J/(m3·℃)；t为板坯温度，单位是℃。 图4.1 微元网格体热量传递示意图 4.3.2 温度预报模型的工程考虑 当钢坯形状规则时，在实际工程中，可以考虑三维模型简化成一维状态空间钢温预报模型。模型中考虑了钢坯比热及热传导随温度变化的特性。在不影响问题解的情况下，有必要根据工艺做一些假设，以减小计算的复杂性。当加热钢坯为板坯时，通常认为钢坯的导热是沿钢坯厚度方向的一维空间进行的。假设如下： 1) 炉温为沿炉长x方向的一维分段线性函数； 2) 钢坯传热的端部效应忽略不计； 3) 对于任一块钢坯，其沿x，y方向的温差较小，故可认为其传热仅沿钢坯厚度z方向进行； 4) 钢坯上下表面均匀加热。 则在以上假设的条件下，钢坯升温过程三维导热数学模型(4.10)简化成如下形式 (4.11) 温度预报模型在上述工程考虑的情况下，被简化为沿厚度方向一维状态空间模型，使模型运算得到了很大简化。 4.3.3温度预报模型的边界条件 求一维导热数学模型的关键所在是计算钢坯上下表面的热流密度。热流密度是指在单位时间内流过物体单位面积的热量。热流密度的大小与钢坯种类、钢坯在炉内的温度、炉温等关系密切。总括热吸收率法[41, 42]是计算炉膛传热过程的一种简化方法。为了解决加热炉内复杂的热交换和复杂的机理模型，大幅度降低了描述边界条件的复杂程度。它将被加热物体的表面辐射热流密度描述为炉气（或热电偶）温度与被加热物体表面温度的黑体辐射之差乘以总括热吸收率的形式。这种方法计算量小且精度能够满足生产要求，其中计算总括热吸收率的准确性是决定软测量模型成败的关键。 其边界条件可由下式给出[43]： (4.12) 式中： qs：表面辐射热流密度，W/m2； σ：Steafan-Boltzman常数； ￠：炉膛总括热吸收率； Tf：板坯所在处的炉温，K； Ts：板坯的表面温度，K； 也就是说，板坯的外部传热除了受到炉气温度的影响外，主要取决于总括热吸收率，而且在炉子的各种操作状态下，总括热吸收率在炉子的给定位置上基本保持不变。 4.3.4模型验证 基于上述机理模型开发的加热炉LEVEL2系统，在实际工程应用中能实时预测入炉后的板坯的三层温度，但由于在炉膛内实测板坯温度有一定困难，本次模型的验证是通过模型预测的出炉温度和实测板坯出炉温度的方法实现，数据对比见表4.1所示。 表4.1 钢坯表面温度数学模型计算值与实测值比较 红外测温实际数据（℃） 模型 计算值 绝对误差 相对误差 1 2 3 4 均值 板坯1出炉温度 1200 1205 1210 1197 1203 1187 16 1.3％ 板坯2出炉温度 1192 1208 1220 1199 1205 1185 20 1.6% 板坯3出炉温度 1225 1216 1209 1215 1216 1193 23 1.9% 板坯4出炉温度 1198 1187 1190 1202 1194 1179 15 13% 板坯5出炉温度 1189 1198 1187 1197 1193 1168 25 2.1% 模型对比试验中，在板坯出炉辊道旁安装了高温型红外测温仪，用于测量板坯出炉第一时刻的温度，同时将模型预测的出炉温度加以记录，根据数据对比可以看出，数学模型的计算结果与实测值基本吻合，可以说明，建立的数学模型是合理的，具有一定的工程使用价值。 4.4 分段BP神经网络钢温预测和仿真 利用神经网络有较强的学习能力以及能够逼近任意的非线性系统的特性，考虑钢坯的边界热流系数和热传导系数、比热、重度等物理参数都是随温度变化的函数的特点，按加热炉的分区采用多个BP神经网络进行分段预测，以适应钢坯的物理参数的变化，建立了基于分段BP神经网络的加热炉钢坯温度预报模型，并进行了离线仿真。 4.4.1 三层BP网络结构的建立 在进行BP网络设计时，一般应从网络的层数、每层神经元的个数、隐层变换函数、学习速率等方面进行考虑。增加隐层数可以提高训练的精度，但是网络会变得更加复杂，并且训练时间会大大增加，误差的精度同样可以通过增加隐层神经元个数来获得。为了简化模型，本文在一个隐层可以完成训练和传递的前提下，选择1个隐层的3层结构网络模型。本文MATLAB仿真所用的神经网络就是上述网络结构。 4.4.2 神经网络输入输出量的确定 对于被加热的钢坯来说，其在 时刻的温度值取决于 时刻的钢坯自身温度及 时刻钢坯所在位置的炉气温度。当采用神经网络辨识时，钢坯在 时刻的温度分布可以表示为[6]： （4.13） 其中 为 时刻钢坯的温度分布， 为 时刻钢坯所在位置的炉气温度，由于钢坯温度分布是沿炉长方向满足一定规律的，我们所关心的并不是整块钢坯的温度分布，只是钢坯上下表面温度和中心温度，故不妨取： （4.14） 其中 为 时刻钢坯的温度分布， 为钢坯的上表面温度， 为钢坯中心温度， 为钢坯的下表面温度。由式（4.13）和（4.14）可以得出：神经网络输入量为当前时刻的炉气温度，钢坯上下表面温度以及钢坯中心温度。神经网络的输出量为下一时刻的钢坯上下表面温度以及钢坯中心温度。 为了让网络能够更好地搜索，加速网络的收敛，将样本进行归一化处理，归一化的数据分布在 区间内，将归一化的数据作为BP网络训练的样本。归一化公式为： （4.15） 预测值的计算公式为： (4.16) 式中， 为归一化后的样本值； 为观测值中的最大值； 为观测值中的最小值； 为观测值； 为预测返回值； 为网络预测值。 4.4.3 神经网络隐层神经元的确定 隐层节点数的选择是一个十分复杂的问题，到现在还没有一个理论能够精确给出隐层节点数的计算公式。隐层节点数与输入输出单元的多少有直接关系；网络的训练精度、容错性要求隐层节点数不能太少；隐层节点数也不能太多，这会使训练的时间过长，误差也不一定是最小的；本文根据高大启所提出的网络隐层节点数的经验公式确定了最佳隐层数，经验公式为： ， 其中： 为隐层数， 为输入节点数， 为输出节点数。由于本文网络结构为4输入3输出，即： ， ，可算出： 。 建立如下的BP网络，其中i=4，j=5，l=3。如图4.2所示。 其中，网络的输入分别是上一时刻的板坯上、下表面温度、中心温度和炉气温度，网络的输出是下一时刻板坯的上、下表面温度和中心温度。 图4.2 BP神经网络结构 4.4.4 隐层及输出层的权值调整 隐层神经元的输入为所有的输入加权之和，即： （4.17） 隐层神经元的输出 采用 函数激发 ，得隐层输出 为： （4.18） 输出层的神经元输出为 （4.19） 网络输出与理想输出之间的误差为： （4.20） 误差性能指标函数为： (4.21) 采用 学习算法，调整各层间的权值，学习算法如下： （4.22） （4.23） 其中： 为学习速率。 为了避免权值的学习过程中发生振荡、收敛速度慢，引入动量因子 ， 时刻网络权值为： （4.24） （4.25） 4.4.5 仿真研究 利用MATLAB语言进行仿真。 1）不分段网络结构为4输入3输出，隐层神经元个数为5的三层BP神经网络。 2）分段网络按炉区数分为5段，网络结构均为4输入3输出，隐层神经元个数为5的三层BP神经网络，其中：将上一段BP网络的最后输出值作为下一段网络的初始值。 本仿真研究的训练样本为钢种为Q235的一组黑匣子实验数据，首先利用黑匣子数据的其中一组进行网络训练，计算权值。再用其它组的数据进行模型验证。网络训练样本数据见附件3，仿真结果如下： 图4.3（a） 未分段BP网络上表面温度曲线 图4.3（b） 未分段BP网络中心温度曲线 图4.4（a） 分段BP网络上表面温度曲线 图4.4（b） 分段BP网络中心温度曲线 图4.4中，横坐标是时间（min），从入炉时刻起到出炉时刻止，每分钟一次的采样，实验坯在炉内的总时间是200min，由于实验板坯近似在炉内做固定节奏的运动，因此，横坐标也和炉长成线性关系。纵坐标的单位是温度（℃）。 仿真结果表明：用分段BP神经网络对加热炉内钢坯加热过程进行建模，取得了更好的仿真结果，模型预测最大误差小于30℃，而不分段BP网络的最大误差小于40℃，分段BP网络提高了钢坯温度的预测精度。 第五章 计算机控制系统网络和通讯开发 前三章分别对加热炉生产工艺进行介绍，对加热炉燃烧控制和顺序控制系统进行了优化，对加热炉钢坯温升数学模型进行了理论研究，为了实现上述各项控制功能，将计算机控制系统的各个部件有机地结合起来，解决LEVEL1、LEVEL2级系统以及其它系统之间的实时数据交换，提出了对整个控制系统的组网 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，构建、配置了网络化控制系统。在此基础上应用西门子STEP7和WinCC软件和微软公司的VISUAL.NET2005开发平台，实现了各个系统间的实时数据通讯。主要包括WINCC监控网络、工业以太网络、PROFIBUS-DP网络，以及PLC与上位机、PLC与PLC、LEVEL2与LEVEL1系统之间的TCP/IP通信。 PROFIBUS-DP是目前广泛应用的现场总线。它顺应信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，为形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统奠定了基础。现场总线的本质是信息处理现场化，可以大量减少电缆的铺设量，并能在现场级控制设备和PLC控制器间精确地传送信号和控制指令。 工业以太网，是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。随着以太网技术的发展，特别是交换技术和全双工高速数据交换等新技术的出现，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能，使得早期各种自动化网络孤岛的互相通讯变得简单。 工业自动化网络目前的主流解决方案就是工业以太网和现场总线相结合，在过程监控和控制器层采用Ethernet，而在实时性要求高的现场级控制层采用PROFIBUS总线，通过两种混合网络的灵活使用，完成了对加热炉计算机控制系统的网络设计。 5.1 网络结构及配置 5.1.1 LEVEL1级网络结构 工业以太网是一种开放的标准，可以通过各种方式，如OPC，TCP/IP等，实现基础自动化系统与过程控制级（LEVEL2）、MES(企业制造执行系统)和ERP（企业资源管理系统）的无缝集成，为企业的网络系统升级改造预留通讯接口。本系统在上位机监控级和控制器层，采用工业以太网络，TCP/IP通讯 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，完成WINCC软件对PLC数据的采集和监控，同时在顺控PLC、仪控PLC，以及轧线PLC之间通过工业以太网络，实现数据的实时交换。 在现场级，采用目前非常通用的PROFIBUS现场总线网络，在各个现场信号较集中的区域，安装具有PROFIBUS接口的ET200M远程分布式I/O站，采集现场的各种数据，并通过PROFIBUS总线和I/O映像区，将数据实时传送给CPU，大量减少了控制电缆和信号电缆的铺设量，缩短了施工周期，提高了信号远距离输送的精度和可靠性。在PLC控制器和全数字交流传动装置间，由于距离远，干扰强，因而采用PROFIBUS光纤通讯网络，PLC将控制字和速度指令通过网络实时传送给变频器，同时变频器将状态字和速度反馈值和其它数据（如：变频器输出电流，输出电压等）传送给PLC，实现交流传动装置的启停和正反转控制，控制精度高，响应速度快。系统的网络结构如图5.1所示。 上部为工业以太网络，完成过程监控软件和PLC、L1服务器和客户端以及L1网络和L2网络间的数据通讯。 下部为PROFIBUS网络，完成PLC和ET200M远程站，PLC和变频驱动装置的通讯。 图5.1 LEVEL1级网络结构图 5.1.2 LEVEL1级硬件配置 根据系统设计的网络结构和生产工艺对控制系统实时性和响应速度的要求，本套控制系统的硬件配置方案如下： ⑴ 2台CPU各选用SIEMENS公司的S7-400系列的CPU416-2，在主机架上还安装了CP443-1以太网通讯模块。 ⑵ 远程I/O选用SIEMENS公司的ET200M远程站。 ⑶ 工业以太网交换机选用SIEMENS公司的SCALANCE X208工业以太网交换机。 ⑷ HMI站选用SIEMENS公司的机架式PC IL43。 这种配置的优点有： ① CPU416-2自身集成了一个MPI接口和一个PROFIBUS接口，便于和现场ET200M远程站和传动装置通讯，其每个二进制指令的执行时间为0.03微秒，配有2.8MB的程序存储器和数据存储器，是S7-400系列中的高性能处理器，能满足大型控制系统的要求。 ② 以太网通讯模块便于实现HMI站和PLC间的TCP/IP通讯，同时通过软件编程的方式进行顺控，仪控，轧机PLC间的以太网数据交换。 ③ 选用了高可靠性的SIEMENS工业以太网设备和工业控制计算机，大大提高整个系统的可靠性。 ④ 变频器的控制采用PROFIBUS通讯方式，控制方式灵活，精度高。并在距离远，干扰强的区域采用PROFIBUS光纤网络，大大提高了系统的可靠性。 5.1.3 LEVEL2级网络结构 整个二级网络全部采用工业以太网络，网络结构图如5.2所示。整个通讯网络中L2服务器是系统的核心，其完成和L1服务器、轧线L2服务器、MES通讯服务器以及L2的客户端之间的通讯任务。具体的通讯方式如表5.1所示。 表5.1 LEVEL2级网络通讯方式 序号 通讯伙伴1 通讯伙伴2 通讯方式 1 L2服务器 轧线L2服务器 TCP/IP SOCKET 静态通讯 2 L2服务器 MES服务器 TCP/IP SOCKET 静态通讯 3 L2服务器 L1服务器 OPC 通讯 4 L2服务器 L2客户端 共享数据库 通讯 图5.2 LEVEL2级网络结构图 5.1.4 LEVEL2级硬件配置 主要硬件设备： a) PC服务器1台 型号：DL580G4 配置：四核Xeon7120 3.0GHz，内存 4GB，硬盘 2×146G，显示器 TFT 17’’，网卡：3×100/1000 Ethernet网卡。 b) 工程师站2台，操作终端3台，采用PC，各台配置如下： 型号：DELL 360 配置：Pentium4 3.4GHz，内存 1G，硬盘 120G，显示器 TFT 19’’，网卡：100/1000 Ethernet网卡 c) 打印机 A4激光打印机：1台； d) 网络系统 8口光纤交换机，2套； 5.2 网络通讯电文内容 5.2.1 与MES管理计算机的通信 加热炉过程控制计算机从L3接收下列信息： 1) 轧制计划信息 2) 板坯原始数据信息 3) 轧制计划改变信息 4) 原始数据删除信息 5) 轧制顺序改变信息等 加热炉过程控制计算机传送给L3下列信息： 1） 板坯吊销信息 2） 板坯入炉信息 3） 板坯出炉信息 5.2.2 与轧线过程计算机通信 加热炉过程控制计算机接收轧线过程计算机下列信息： · 粗轧出口温度实际值信息 · 中间坯返回信息 · 装炉板坯预轧制时间 · 下一块板坯出炉信息 加热炉过程控制计算机传送给轧线过程计算机下列信息： · 装炉板坯信息 · 出炉板坯信息 · 停止出炉信息 · 板坯吊销信息等 5.2.3 与基础自动化通信 加热炉过程控制计算机传送给L1下列设定值或控制信息： 1） 板坯核对设定信息 2） 装钢机设定信息 3） 步进梁设定信息 4） 出钢机设定信息 5） 加热炉炉温设定信息等 加热炉过程控制计算机接收L1下列控制信号及测量值信息： 1） 板坯长度 2） 板坯入炉温度 3） 加热炉炉温 4） 燃料流量 5） 入炉辊道印象信息 6） 出炉辊道印象信息 7） 装钢机动作完成信息 8） 出钢机动作完成信息。 9） 步进梁动作完成信息。 5.3 LEVEL1级通讯程序的开发 5.3.1 WINCC和PLC以太网通讯开发 加热炉基础自动化系统采用西门子WinCC作为上位机监控系统的开发工具，WinCC提供了基于以太网的S7通信驱动程序和对应的通道单元，系统选择Ethernet通道单元，以此建立和下位PLC的逻辑连接；具体的通信原理如图5.3所示：WinCC应用程序以变量的形式从变量管理器中请求数据，此数据由变量管理器进行管理，它的任务是从PLC中取出所需的变量值，而这个过程是通过集成在WinCC项目中的通信驱动程序程序来完成，通信驱动程序利用其选择的通道单元(Ethernet)构成WinCC与过程处理之间的接口。 图5.3 PLC与WinCC以太网通信原理图 通讯参数设置画面如图5.4所示。计算机侧硬件需要CP1613以太网卡或者普通的以太网卡，而PLC侧则需要CP443-1以太网通信处理器，以完成上下位机的通信链接。 图5.4 PLC与WinCC以太网参数配置 在图5.4中设置的步骤是： 在TAG MANAGEMENT中找到WINCC自带的S7通讯协议，找到TCP/IP通道，建立通道名称PLC12，在PLC12的参数配置中输入CP443-1的以太网地址，同时输入CPU所在的槽号，即可建立WINCC和PLC间的通讯。WINCC与PLC间的通讯不需要编写任何代码，只需要正确地设定参数和配置变量（TAG）的地址即可建立通讯连接。 5.3.2 PLC和PLC以太网通讯开发 PLC与PLC间的以太网通讯，是通过STEP7软件提供的通讯功能FC20(AG-SEND)和FC21(AG-RECEIVE)系统功能块完成的，具体的原理和程序在6.1章节，LEVEL1级控制系统开发中详细介绍。 5.4 LEVEL2级TCP/IP通讯程序开发 在LEVEL2级系统和MES系统和轧线系统间，通讯程序的开发是基于TCP/IP的静态SOCKET端口实现的通讯，下面结合TCP/IP SOCKET程序的开发，介绍其概念和具体的编程方法。 5.4.1 TCP/IP SOCKET基本概念 TCP/IP通讯是进程间的通讯，进程通信的概念最初来源于单机系统。由于每个进程都在自己的地址范围内运行，为保证两个相互通信的进程之间既互不干扰又协调一致工作，操作系统为进程通信提供了对应的措施。为此，首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上，不同进程可用进程号（process ID）唯一标识。但在网络环境下，各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。其次，操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此，网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。 为了解决上述问题，TCP/IP协议引入了协议、本地地址、本地端口号、远地地址、远地端口号几个概念。 1）网络端口：网络中可以被命名和寻址的通信端口，是操作系统可分配的一种资源。 按照OSI七层协议的描述，传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能力。从这个意义上讲，网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了，还包括可以描述进程的某种标识符。为此，TCP/IP协议提出了协议端口（protocol port，简称端口）的概念，用于标识通信的进程。端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序（即进程）通过系统调用与某端口建立连接（binding）后，传输层传给该端口的数据都被相应进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。 类似于文件的描述符，每个端口都拥有一个叫端口号（port number）的整数型标识符，用于区别不同端口。 2）网络地址 网络通信中通信的两个进程分别运行在不同的机器上。网络上每一台主机应有其唯一的地址；通常主机地址由网络ID和主机ID组成，在TCP/IP协议中用32位整数值表示； 一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一端用TCP协议，而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要（通讯协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号）来标识。 5.4.2 客户/服务器模式 在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式（Client/Server model），即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。客户/服务器模式操过程中采取的是主动请求方式。 首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应服务： 1）打开一通信通道（端口）并告知本地主机，它愿意在某一地址上（也就是端口）接收客户请求； 2）等待客户请求到达该端口； 3）接收到服务请求，处理该请求并发送应答信号。如果接收到并发服务请求，要激活另一新进程来处理这个客户请求。新进程处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止。 4）返回第二步，等待另一客户请求。 5）通讯结束时，关闭服务器。 客户方： 1) 打开一通信通道（端口），并连接（CONNECT）到服务器所在主机的特定端口； 2) 向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求； 3) 请求结束后关闭通信通道并终止。 5.4.3 TCP/IP套接字系统调用及方法 1）创建套接字──socket() 应用程序在使用套接字前，首先必须拥有一个套接字，系统调用socket()向应用程序提供创建套接字的手段，其调用格式如下： SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol)； 该调用要接收三个参数：af、type、protocol。参数af指定通信发生的区域。参数type描述要建立的套接字的类型。参数protocol说明该套接字使用的特定协议，如果调用者不希望特别指定使用的协议，则置为0，使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字，并将相应的资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。因此，socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。本项目的开发使用了TCP/IP的静态SOCKET通讯协议。 2）指定本地地址──bind() 当一个套接字用socket()创建后，存在一个名字空间(地址族)，但它没有被命名。bind()将套接字地址（包括本地主机地址和本地端口地址）与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字。其调用格式如下： int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen)； 参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数name是赋给套接字s的本地地址（名字），其长度可变，结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。 如果没有错误发生，bind()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。 地址在建立套接字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认识。 3）建立套接字连接──connect()与accept() 这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中connect()用于建立连接。而accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。 connect()的调用格式如下： int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen)； 参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。如果没有错误发生connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中，该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。 accept()的调用格式如下： SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR * addr, int FAR * addrlen)； 参数s为本地套接字描述符，在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr指向客户方套接字地址结构的指针，用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen为客户方套接字地址的长度（字节数）。如果没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。 accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前，参数addr指向一个初始值为空的地址结构，而addrlen的初始值为0；调用accept()后，服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求，而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr和addrlen，并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。 SOCKET通讯结构框图如图5.5所示。 整个通讯过程描述如下： 服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。当采用静态SOCKET通讯时，客户端连接到服务端后，就一直保持连接，而且在服务端的端口是始终唯一的，只有当客户端与服务端的连接中断后，客户端再次连接服务端时，客户端的端口号由系统随机分配产生。 图5.5 SOCKET通讯结构图 5.4 通讯网络的具体IP地址和端口规划 针对以上描述的整个加热炉系统的网络通讯结构和各个通讯伙伴间采用的不同的通讯方式，我们规划了如表5.2所示的IP地址和端口规划。其中，L1和PLC间采用的是WINCC软件自带的S7 通讯协议，采用TCP/IP通讯，在IP地址的规划上，必须将L1SERVER和PLC的IP地址规划在一个网段内，设好子网掩码即可，而不需要网关和端口号，根据需要在WNCC软件的通讯设置中进行适当的参数设置和变量建立，即可实现相互的通讯。 在L2SERVER和MES(三级)和MILL_L2之间，采用的是TCP/IP的静态SOCKET通讯，需要建立五元组，即协议，本机地址，本机端口，远端主机地址和远端端口，在L2SERVER端，网卡的地址为10.41.0.25，而端口号有2个，分别是8087和20021，这两个端口号都是L2SERVER服务端（SERVER）的端口号，当MES和MILL_L2需要与L2SERVER建立连接时，MES和MILL_L2是客户端(CLIENT)，需要它们主动和服务端建立连接，而客户端的端口号是由系统随机分配的。表中给出的MES和MILL_L2的端口号也同样是它们作为服务端的端口号，是L2SERVER作为客户端时主动去连接的端口，在L2SERVER端作为客户端时，其端口号同样是由系统自动分配的。 由于L2SERVER，MES，MILL_L2它们的IP地址不在一个网段，所以在它们间建立通讯连接需要一个网关，网关的配置是在具有路由功能的交换机上设置和建立的。 表5.2 IP地址和端口规划 序号 名称 IP地址 子网掩码 网关 端口 1 L2 SERVER 10.41.0.25 255.255.255.0 10.41.0.1 8087/20021 2 PLC主站 10.41.0.1~2 255.255.255.0 无 无 3 L1SERVER 10.41.0.30 255.255.255.0 无 无 4 MILL_L2 10.41.1.140 255.255.255.0 10.41.1.1 20022 5 MES 172.16.0.7 255.255.255.0 172.16.0.19 8086 第六章 加热炉计算机控制系统的应用 加热炉计算机控制系统包括LEVEL1级和LEVEL2级，其中LEVEL1级控制系统采用SIEMENS公司的SIMATIC PCS7系统。其核心就是由S7-400系列PLC和WINCC组态软件组成的监控系统。LEVEL2级控制系统采用VISUAL.NET平台开发，ORACLE数据库，LEVEL1和LEVEL2服务器的操作系统全部采用WINDOWS 2003 SERVER操作系统，硬件采用PC服务器，大大提高了系统的可靠性和可用性，整套控制系统自投产以来，控制系统安全可靠，操作灵活，完全满足了加热炉全自动化生产的要求。 6.1 LEVEL1级控制系统开发 SIMATIC PCS 7是具有卓越系统特性和独特可升级结构的通用过程控制系统，它将灵活的模块化冗余技术以及统一的数据管理、通讯和组态等强大的性能组合在一起，是以经济、高效的方式组建和运行控制技术工厂的理想基础。 SIMATIC PCS 7还具有常规过程控制系统所不具备的优点。它具有灵活的系统结构，可以随时根据要求通过无缝集成附加功能的方式扩展控制技术功能，例如可用于批次过程自动化、物料传送控制、资产管理、安全应用、过程数据分析/管理或MES任务。SIMATIC PCS 7的优势体现在： 1）可通过集成方式降低总运行成本（总拥有成本） 2）具有卓越的性能与品质，可进行高效工程，同时具有极高的可靠性和可用性 3）具有灵活性和可升级性——从小型实验室系统，直至大型工厂网络均可使用 4）可以对自有系统和第三方系统逐步进行现代化改造，因此可保护投资安全 5）安全和防范——集成安全技术以及丰富的IT安全功能，使人身、环境、过程以及工厂的安全得到可靠保护 6）持续不断的技术创新——源自全球居于领先地位的自动化技术供应商 7）遍布全球的专家网络——可通过遍布全球的专家与授权合作伙伴网络提供本地化服务和技术支持 8）采用工业以太网和PROFIBUS结合的混合网络，网络组态和通讯开发易于实现。 PCS7 系统典型结构如图6.1所示： 其中OS为操作员站，ES为工程师站，AS为自动化站。 图6.1 PCS7系统典型结构图 6.1.1系统软件 PCS7系统采用统一的开发平台：SIMATIC MANAGER软件，其中包括硬件组态（hardware configuration）、网络配置（NETPRO）和软件编程，同时将WINCC组态软件集成在SIMANTIC MANAGER的统一平台下。SIMANTIC MANAGER的主界面如图6.2所示。 图6.2 SIMATIC MANAGER主界面 SIMANTIC MANAGER的硬件组态界面如图6.3所示。 图6.3 SIMATIC MANAGER硬件组态界面 SIMANTIC MANAGER的网络组态界面如图6.4所示。 图6.4 SIMATIC MANAGER网络组态界面 SIEMENS公司的SIMATIC MANAGER软件为S7-400PLC提供了很多编程语言，如梯形图（LAD），功能表（FBD），语句表（STL）和图形化编程语言(GRAPH和CFC)以及结构化编程语言SCL。这些语言各有优点和特色，在具体的开发中，要灵活掌握，发挥各自的优点，可以大大提高程序开发的速度和效率。下面介绍顺控和燃烧控制软件的开发和具体功能。 6.1.2 顺控软件开发 步进梁式加热炉的顺控PLC核心程序按控制功能可以分为：顺控程序功能块、步进梁速度曲线功能块，物料跟踪系统功能块，通讯程序功能块，传动装置控制功能块。编程软件为Step7 V5.4，并集成了SCL（结构化编程语言），GRAPH（顺序控制功能图表）和PLCSIM（PLC程序模拟调试器），这三种工具可以简化顺控程序的编制，提高复杂算法和算数函数的编程效率，缩短程序的开发和调试周期，图6.5为软件结构图。 结合图6.5，现对各程序功能块作设计说明： ⑴ 顺序控制：顺序控制程序在OB1中循环调用，采用S7-GRAPH语言编程，S7-GRAPH软件用于具有分支或并行程序的过程，比LAD、FBD和STL具有更多的优点：LAD、FBD和STL重点集中在逻辑控制上，而S7-GRAPH更关注过程顺序。通过使用GRAPH编程语言，以图形方式清晰地表示过程，而且在需要时可方便地维护和修改/调整程序。使用集成诊断功能进行过程故障诊断，可以将生产过程中停机时间带来的损失降至最低。 图6.5 顺控程序结构图 S7-GRAPH编程语言的特点是采用图形化编程方法，系统具有初始化，判断，转移，条件选择，程序分支等多种顺控程序所必须的编程元素，在条件转移程序中，可以嵌入LAD（梯形图）编程语句，在程序的执行代码段中，可以对PLC的内存数据块，I/O数据块和DB数据块等进行置位，复位等操作，使用GRAPH开发顺控程序，可以非常直观地观察各步的执行状态和当前步序，本程序中FB61，FB62，FB63，FB64，FB65均采用S7-GRAPH语言开发。 ⑵ 步进梁速度曲线控制：步进梁的速度曲线控制是步进梁式加热炉顺控的重点和难点，其控制方法为通过PLC的AO输出，将电压或电流信号送至液压比例阀的信号输入端，控制比例阀的开度实现步进梁的速度控制。S7-SCL尤其适用于复杂算法和算术函数的编程。通过使用高效的语言结构（如IF...THEN...ELSE），可以实现简便、快速和低错误的编程。采用SCL语言开发的步进梁的速度和位移控制程序，可以精确地控制步进梁在平移和升降过程中的速度，实现钢坯的轻抬轻放。 ⑶ 传动控制：辊道传动装置为SIEMENS公司的6SE70工程型矢量变频器，配有CBP2通讯卡，在完成PLC的硬件组态和变频器的参数设置后，直接调用STEP 7编程软件的系统功能SFC14(DPRD_DAT)，SFC15(DPWR_DAT)来实现。主要程序代码如下： CALL SFC 14 //变频器 －> PLC LADDR :=W#16#230 //通讯地址：为硬件组态的起始地址， RET_VAL:=DB15.DBW24 //错误代码 RECORD :=P#DB15.DBX0.0 BYTE 12 //接收数据的起始地址及长度 CALL SFC 15 //PLC－>变频器 LADDR :=W#16#230 //通讯地址：为硬件组态的起始地址 RECORD :=P#DB15.DBX12.0 BYTE 12 //传送数据的起始地址及长度 RET_VAL:=DB15.DBW26 //错误代码 PLC将控制字和速度设定值发送给变频器，变频器将状态字和速度，电流等反馈值送至PLC。通过改变控制字可以实现变频器的正反转和停止控制，而判断状态字的各位状态，可以知道变频器的当前状态。 ⑷ 数据通讯：为保证顺控、仪控PLC的以太网数据交换的实时性，在定时中断组织块OB34中调用STEP7的功能块FC50(AG_SEND)和FC60(AG_RECV)，同样应在通讯伙伴（仪控PLC）中编写对应的通讯程序，通过调用SIEMENS公司提供的专门用于CP443-1的通讯系统块，可以很方便地建立PLC间的通讯连接，而不需要太多的关注通讯的底层协议。 由于炉膛温度热电偶信号全部接入仪控PLC系统，而电机等设备的启停则属于电控PLC，因此，电仪控系统主要的通讯数据是将换热器前的烟气温度值送到电控PLC系统，以便在热风温度超过800℃时，自动启动掺冷风机，向换热器前掺入冷风，保护换热器，在温度低于700℃时，自动停运掺冷风机，保证冷空气的预热温度。现以顺控PLC的通讯程序为例，介绍通讯编程方法： 首先，需要在如图6.4 SIMATIC MANAGER网络组态界面中，在通讯双方的PLC中加入通讯伙伴的IP地址和编号，建立两套PLC系统的物理连接。其中记住LADDR地址和ID号。这两个数据需要填写在通讯程序中。 其次，在PLC程序中建立一个通讯的DB块，本项目使用的是DB120和DB121，大小均为100个字节，其中DB120为发送数据缓冲区，这100个字节的数据会循环地从顺控PLC发送到仪控PLC，而DB121则是接受缓冲区，当通讯建立时，会自动接受从仪控PLC发送来的数据。用户可以根据需要，规定这100个字节的具体内容，以便在程序中编程使用。 下面就是用STL语言编写的顺控侧通讯程序，在OB34中定时调用，完成两台PLC的周期通讯。 CALL "AG_SEND" //顺控PLC －> 仪控PLC ACT : =M32.0 ID : =1 LADDR :=W#16#1FFD //通讯地址：为硬件组态的地址， SEND :=DB120.DBX0.0 //待发送的数据块地址 LEN :=100 DONE :=M32.1 ERROR :=M32.2 STATUS:=MW33 CALL "AG_RECV" //仪控PLC －> 顺控PLC ID :=1 LADDR :=W#16#1FFD 通讯地址：为硬件组态的地址， RECV :=DB121.DBX0.0 //接收到的数据块存放地址 NDR :=M35.0 ERROR :=M35.6 STATUS:=MW36 LEN :=MW38 6.1.3 燃控软件开发 加热炉的燃控PLC核心程序按控制功能可以分为：模拟量数据转换功能块、温度控制功能块、安全和连锁功能块、通讯程序功能块、模糊控制功能块。图6.6为软件结构图： 结合图6.6，现对各程序功能块作设计说明： 图6.6 仪控程序结构图 ⑴ 模拟量数据处理：采用LAD编程语言，将所有的压力、温度、流量信号从标准的满量程27654转换为对应刻度的值，进行标准化处理，便于系统显示，报警和后续计算。同时进行信号的故障报警和限幅等处理。图6.7是开发出的模拟量处理功能块，用于对炉膛压力进行标准化处理和报警。表6.1给出了此功能块的输入和输出管脚的名称和功能如下： 表6.1 模拟量数据处理功能块管脚功能 序号 输入管脚 功能 输出管脚 功能 1 Analog_input 模拟数据输入 0~27648 Analog_output 实际输出值 2 Range_up 实际值上限 Alarm_high 高报警输出端 3 Range_down 实际值下限 Alarm_low 低报警输出端 4 Alarm_up 报警值上限 5 Alarm_down 报警值下限 在实际的数据处理中，如炉膛压力变送器的测量范围为-50~+50Pa，对应4~20mA信号，而PLC模块即将4~20mA转换为0~27648的范围，这时我们只需要调用此功能块，并输入实际值上下限和报警上下限及报警点地址，即可自动转换4~20mA信号为真实的炉膛压力值，同时实现报警功能。 图6.7 模拟量处理功能块 ⑵ 双交叉限幅温度控制：在温度控制器和两个流量控制器组合的串级温度控制之间，引入双交叉限幅，对数据进行交叉限幅处理，可以使空煤气流量变化的过程中，始终保持空燃比的较好配比，减少温度调节过程中的冒黑烟或空气过剩问题，保证在炉温变化的过程中，能较好地实现空燃比控制。 图6.8为开发的双交叉限幅功能块，其中管脚的名称和功能如表6.2所示。 表6.2 双交叉限幅功能块管脚功能 序号 输入管脚 功能 输出管脚 功能 1 Tout 温度调节器的输出 SPgas 煤气调节器输入 2 PVgas 煤气流量实际值 SPair 空气调节器输入 3 PVair 空气流量实际值 4 MAX1 上限值 5 MIN1 下限值 6 ADD1 参数1 7 ADD2 参数2 8 SUB1 参数3 9 SUB2 参数4 温度调节器的输出值Tout被输入双交叉限幅模块，同时被实时输入的还有当前的煤气流量和空气流量实际值，与双交叉限幅参数进行实时计算，经过高选和低选后，送入空煤气调节器，实现空煤气的比例控制。 图6.8 双交叉限幅功能块 ⑶ 安全和连锁控制：煤气快切阀在煤气压力低、助燃空气压力低和压缩空气压力低时快速切断，保护设备安全。同时在热风温度低时，自动开启热风放散阀进行放散，降低换热器出口温度。在换热器入口烟温高时，自动启动掺冷风机，降低烟温，保护换热器，这些保护功能全部通过编程实现，报警点可以在线修改，用户使用非常方便。 ⑷ 模糊控制功能：在温差大或者温度的变化率大时，将串级控制的温度控制器退出控制，而采用模糊控制器来实现温度的快速响应，当温差和温度的变化率进入一个合理的区间时，PID温度调节器又重新无扰地切换回来，提高稳态时温度的控制精度。详细的模糊控制原理和实现已在本文3.2章节进行了详细介绍，这里不再重复。 6.1.4 监控软件介绍 本项目LEVEL1级控制系统的监控软件，采用了SIEMENS公司的WINCC软件，WinCC是SIMATIC PCS 7过程控制系统中的人机界面组件。其内部集成了所有的SCADA软件的功能，其特点和功能非常强大，在各行各业得到了广泛的应用，其主要功能包括： 1）集成用户管理 使用WinCC用户管理器，可以分配和控制组态和运行时的访问权限。还可作为系统管理员，随时(包括在运行时)建立最多128个用户组(每组最多包含128个单独的用户)，并为它们分配相应的访问WinCC功能的权限。 2）图形系统 WinCC的图形系统可处理运行时在屏幕上的所有输入和输出。可使用WinCC图形设计器来生成用于工厂可视化和操作的图形。不管是少而简单的操作和监视任务，还是复杂的管理任务，利用WinCC标准，可为任何应用生成个性化组态的用户界面，以期实现安全的过程控制和整个生产过程的优化。 3）操作和监视 通过锁定未经授权的访问，可保护过程、归档和WinCC避免未经授权的操作员输入。WinCC可记录各种变量输入，并带有日期、时钟时间、用户名以及新、旧值之间的比较。系统可为此提供各种对象：从图形对象，按钮、柱状图和控件，直到每个用户对象。 4）消息系统 借助报警和消息，使停机时间最短。SIMATIC WinCC不仅可以获取过程消息和本地事件，而且还能将这些消息和本地事件，将这些信息存储在循环归档系统中，然后在需要时，通过过滤或分类加以利用。 5）归档系统 将已经获得的值保存在过程值归档中。除了过程值外，WinCC还能对消息进行归档。归档是在高性能的Microsoft SQL Server 2000数据库内完成的。 6）报表和记录系统 WinCC有一个集成的记录系统，可用它打印来自WinCC或其它应用程序的数据。该系统还可打印运行时获得的数据，这些数据的布局可以组态。可使用不同的记录类型：从消息序列记录、系统消息记录和操作员记录，直至用户报表。 7）开放，易于集成 WinCC还可以接收来自数据库的数据和CSV格式的外部数据(可以是表格数据或曲线数据)，为了以表格或图形方式显示从其它应用程序来的数据。 WINCC系统开发主画面如图6.9所示。 图6.9 WINCC软件开发主画面 6.1.5 监控软件开发 1）燃烧控制系统的主画面如图6.10所示。 燃烧控制系统主画面主要完成炉内各温控段的温度控制，实时显示炉内各个热电偶的温度值，各段的空煤气流量值，炉膛压力，热风温度、压力，炉尾温度等状态显示。在各段的弹出式窗口中，可是实现温度的手自动切换，温度调节器的PID参数设定等。同时在系统报警窗口，可是显示系统的当前报警数据。在各个温度流量参数出现异常值时，可以用声光的方式提示操作工，及时调整控制参数或采用手动的方式来实现温度控制。 主要完成的功能包括： 系统参数的显示，如：温度，压力和流量的实时显示； 各段温度控制器PID的参数设定和修改； 系统参数的修改和设定。 图6.10 燃控系统主监控画面 2）顺控系统的主画面如图6.11所示。 图6.11 顺控系统主监控画面 顺控系统主画面的显示信息非常多，主要功能包括： 炉前炉后辊道的状态显示和控制，报警复位，速度显示等； 辊道上板坯的跟踪和板坯号显示及修正功能； 装出钢机的状态显示和控制，行程和位移的显示； 炉内步进梁的状态显示和控制，步进梁正循环和逆循环一周的控制； 与通讯伙伴的通讯状态显示 顺控系统的操作过程为：经过测长、称重和测宽后的合格板坯，在LEVEL2级系统自动分配的装炉列号后，自动运送到炉前，并完成钢坯的自动定位。自动定位完成后，计算机系统根据炉内板坯位置跟踪的信息，判断炉内是否有装钢空位，当满足装钢条件时，LEVEL2级系统给相应的装钢机下达装钢指令，同时下发装钢机的行程，完成装钢动作后，系统自动跟踪入炉后的板坯位置，并建立跟踪数据。之后，当出钢侧的钢坯出炉后，步进梁具备了正循环的条件，步进梁开始向前做正循环运动，直到有新的板坯到达出钢检测器位置，步进梁完成最后一个周期的运动后，等待出钢。当接收到轧线的要钢请求信号后，出钢机根据最前一块板坯和激光检测器的相对位置，控制出钢机的行程开始出钢，板坯被运送到出炉辊道后，被辊道运送给轧机，完成整个步进梁加热炉的全自动生产。 3）步进梁的参数设置画面如图6.12所示。 图6.12 步进梁参数设置画面 步进梁的参数设置功能在3.3节做了详细的介绍，具体的参数设定值可参见3.3节。 本画面的主要功能包括： 速度曲线X，Y坐标点的设置； 步距补偿参数的设定； 步进梁平移和升降极限保护值的设定。 6.2 LEVEL2级软件功能描述 加热炉过程控制计算机系统(L2级)的主要任务是按生产工艺要求，对加热炉内的板坯进行合理的加热，准确控制板坯的出炉温度和均匀度，降低板坯的氧化烧损，在提高加热质量及产量的前提下节省能源，并对加热炉区内的板坯进行跟踪和控制。 加热炉过程控制计算机主要完成如下功能： 1) 生产计划数据的管理 2) 板坯核对 3) 加热炉跟踪 4) 实际数据处理 5) 加热炉钢温预报模型 6) 加热炉炉温设定模型 7) 班管理 8) 操作和显示画面 9) 报表处理及事件记录 10) 数据通讯 6.2.1 建立板坯数据信息 这个功能块在板坯进入加热炉时执行，用于建立板坯信息，包括板坯的基本数据、确定用于温度计算的热工模型的温度节点和板坯的初始温度分布等。 板坯进入加热炉时，系统须获取板坯的基本数据，如坯号、板坯尺寸、重量、钢种和目标轧制温度等。 系统要用加热炉热工模型计算板坯的温度分布，因此需要确定能表征整块板坯温度分布情况的温度节点。本系统采用二维差分模型，因此在板坯上沿厚度和长度方向进行网格节点划分。考虑到水梁黑印的影响，节点划分可采用如下形式：当板坯在炉内移动到交错梁结构的位置时，其温度网格节点需要根据梁的布置重新进行计算。 6.2.2 板坯温度计算的热工模型 这个热工模型用于周期性地（如每分钟一次）计算炉内每一块板坯的温度分布，温度变化。 板坯温度计算是通过一个二元有限差分模型进行在线计算的。炉内辐射，对流和传导产生的热交换用这个模型来说明。计算是根据系统中存储的板坯的尺寸，钢种数据和板坯位置等信息来进行的。 不同钢种的热工物理特性被作为温度功能存储在系统内的钢种数据表中。对于每一节点，在线模型都运用所要求的热物理特性的合适的插入值作为当前节点温度的计算。根据加热炉水梁系统的设计，该模型根据当前板坯在炉内的位置动态地改变不同的参数因子。 6.2.3 轧制温度反馈控制 当板坯通过第一架轧机时，测得的板坯温度和轧机电流反馈回来，执行这个功能。它用来修正目标出钢温度以达到所需的轧制温度。这个反馈温度要考虑板坯从加热炉出口到轧机这个过程中的温度变化情况，也就是说需要在计算的出钢温度和测量的轧制温度之间建立一个数学关系。 初始值的建立将根据收集的数据进行分析确定。因此，反馈修正将在热交换模型、设定值算法规则之后启动和协调。 6.2.4 主要画面简介 1）轧制计划管理画面和板坯核对画面 图6.13 轧制计划管理画面 图6.14 入炉核对画面 轧制计划管理画面主要显示所有的计划板坯信息，同时可以完成计划的删除，申请和查询功能。 入炉核对画面，完成板坯在装炉前的测长，测宽和称重，同时进行板坯实际板坯号和计划板坯号的核对，核对分为正常核对、强制核对和炉前吊销功能，被正常核对和强制核对的板坯被系统自动或人工手动分配装炉列号后，由辊道自动将板坯运送到炉前并完成定位。炉前吊销的板坯则被行车吊走后，其计划数据也被自动移动到炉前吊销数据库中。 2）炉内跟踪画面 主要完成板坯从C8核对和称重辊道开始，至出炉侧D辊道的整个炉区板坯的位置跟踪信息，包括入炉侧辊道、出炉侧辊道和炉内的位置跟踪。 在画面的左侧一排按钮，设计了LEVEL2系统的手动修正功能，包括炉内板坯位置修正（单块修正和成组修正等），数据的强制入炉（当板坯已经在炉内，而板坯的数据没有入炉时），强制出炉（实际板坯已出炉而板坯的跟踪数据还在炉内时），强制出炉和手动装钢等操作。 在画面的右侧显示当前被点击的板坯的相关信息，主要包括板坯号，炉内位置，计划号，在炉时间，板坯上中下表面温度等，在右下方，显示了当前设定条件下的10块板坯出炉顺序和板坯号。 在中部的位置，是两座加热炉，炉内的红色的矩形就是炉内的各个板坯的相对位置和板坯号信息，下部还显示了炉内的板坯的数量，在两侧的装炉和出炉的按钮，可以选择装炉优先和出炉优先等运行方式，用于改变出炉顺序等，具体画面如图6.15所示。 图6.15 炉内跟踪画面 3）钢温预报模型数据表 以表格的形式显示炉内所有板坯的热跟踪计算模型值，包括水印，非水印点的上表面、下表面、中心温度以及板坯的平均温度值。如图6.16所示。 图6.16 模型跟踪数据表画面 4）炉内钢温柱状图 以柱状图的形式，用不同的颜色分别显示炉内所有板坯的各层温度计算值，可以直观地查看板坯所在位置的上下炉气温度和各层预测温度。如图6.17所示。 图6.17 模型数据柱状图 柱状图中有矩形柱显示的位置则对应炉内此位置有一块板坯，柱状图中各种颜色的高度，则对应着板坯的各层温度值，画面中可以选择显示上表面温度，下表面温度，中心温度，水印温度，平均温度和炉气温度。 结　　论 本文详细研究了加热炉的LEVEL1级基础自动化控制系统和LEVEL2级过程自动化系统。系统分析了整个加热炉计算机控制系统的理论基础，控制系统的网络构成和开发平台，并在实际的工程项目中得以成功的开发和应用。 本文的特点是，针对加热炉计算机控制系统中常见的问题和难点，进行了重点的分析，包括双交叉限幅控制器以及为提高炉温的动态响应特性而设计的模糊控制器，并在实际中得到了较好的使用。在过程控制方面，研究了目前基于传热学机理的钢温预报模型和计算方法，并提出了基于分段BP神经网路的钢温预报模型，并进行了仿真实验，仿真结果证明，分段BP网络有优于不分段BP网络的特点，提高了温度预测的精度。 在具体的系统设计过程中，进行了详细的LEVEL1级和LEVEL2级网络设计，选择了目前主流的工业以太网+PROFIBUS现场总线的混合网络解决方案，保证系统可靠稳定运行的前提下，由于现场总线的使用，大大节省了电缆的使用量和铺设，在控制方案在现场开发中，本人负责整套软件设计和现场调试工作。此控制系统的应用实现了加热炉LEVEL1级系统的自动化运行，较准确地预测了钢坯的加热过程，减轻操作人员劳动强度，提高了钢坯加热的精度。 本套系统投入运行后，实现了加热炉各段的温度自动控制，炉温的动态响应速度和稳态精度满足生产要求。正常生产过程中，只需要在LEVEL2级操作画面上进行板坯核对操作后，即可实现整个加热炉的自动装钢、步进梁步进，在轧机系统发出要钢信号时，若加热炉满足自动出钢条件，出钢机会自动出钢，出炉辊道会自动将钢坯送往轧线，同时完成整个炉区的板坯跟踪和数据管理。数学模型也实现了钢坯的三层温度预报，并通过TCP/IP方式实时发送给轧机LEVEL2系统，为轧机模型计算提供了必要的数据。本套加热炉计算机系统代表了当前大型步进梁板坯加热炉较高的自动化水平，值得在类似项目中推广。 但是，本课题的研究中也存在不足与需要完善之处。主要包括没有详细地研究炉温设定模型和优化方法，这是加热炉目前LEVEL2系统的难点，如何控制加热炉在冷热混装、钢种混装时，保证各个板坯能按照最佳的理想加热曲线实现自动烧钢，在此基础上还能达到节能的目的，是加热炉模型研究者和冶金自动化工程师需要继续努力和研究的方向。同时在待轧阶段的炉温降温模型和恢复生产后的升温模型都需要做进一步的工作。 参考文献： [1] 吕永哉. 工业过程模型化及计算机控制[M]. 北京: 化学工业出版社, 1986. 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[43] 陈海耿, 王子弟, 吴彬, 等. 连续加热炉在线控制系统的仿真研究[J]. 钢铁, 2006, 41(12): 75-78. 附件1：附图清单 序号 图/表号 名 称 页码 备注 1 图2.1 加热炉示意图 9 　 2 图3.1 双交叉限幅温度控制系统 12 　 3 图3.2 基本模糊控制器的结构 14 　 4 图3.3 典型步进梁速度曲线 17 　 5 图3.4 优化的步进梁速度曲线 18 　 6 图4.1 微元网格体热量传递示意图 23 　 7 图4.2 BP神经网络结构 27 　 8 图4.3（a） 图4.3（b） 未分段BP网络上表面温度曲线 未分段BP网络中心温度曲线 28 　 9 图4.4（a） 图4.4（b） 分段BP网络上表面温度曲线 分段BP网络中心温度曲线 29 　 10 图5.1 LEVEL1级网络结构图 31 　 11 图5.2 LEVEL2级网络结构图 33 　 12 图5.3 PLC与WinCC以太网通信原理图 35 　 13 图5.4 PLC与WinCC以太网参数配置 36 14 图5.5 SOCKET通讯结构图 40 　 15 图6.1 PCS7系统典型结构图 43 16 图6.2 SIMATIC MANAGER主界面 43 　 17 图6.3 SIMATIC MANAGER硬件组态界面 44 　 18 图6.4 SIMATIC MANAGER网络组态界面 44 　 19 图6.5 顺控程序结构图 45 20 图6.6 仪控程序结构图 48 21 图6.7 模拟量处理功能块 49 22 图6.8 双交叉限幅功能块 50 23 图6.9 WINCC软件开发主画面 52 24 图6.10 燃控系统主监控画面 53 25 图6.11 顺控系统主监控画面 53 26 图6.12 步进梁参数设置画面 54 27 图6.13 轧制计划管理画面 56 28 图6.14 入炉核对画面 57 29 图6.15 炉内跟踪画面 58 30 图6.16 模型跟踪数据表画面 58 31 图6.17 模型数据柱状图 59 附件2：附表清单 序号 图/表号 名 称 页码 备注 1 表2.1 加热炉烧嘴型式及能力配置 10 　 2 表3.1 模糊控制查询表 15 　 3 表3.2 速度控制曲线参数表 19 4 表4.1 钢坯表面温度数学模型计算值与实测值比较 24 5 表5.1 LEVEL2级网络通讯方式 32 6 表5.2 IP地址和端口规划 41 7 表6.1 模拟量数据处理功能块管脚功能 48 8 表6.2 双交叉限幅功能块管脚功能 49 附件3：网络训练样本数据 序号 中心温度（℃） 上表面（℃） 下表面（℃） 炉气温度（℃） 1 43.0 69.7 40.5 306.3 2 44.6 74.4 42.1 552.1 3 50.3 87.2 47.5 653.4 4 56.9 97.3 52.6 653.4 5 64.7 105.1 57.6 652.3 6 72.5 112.2 62.7 657.5 7 80.6 120.7 67.7 639.3 8 88.8 124.3 72.8 640.0 9 97.4 130.1 77.9 680.0 10 100.1 135.2 83.0 712.8 11 98.6 140.7 88.5 704.8 12 107.1 146.2 93.9 709.4 13 121.2 151.6 99.8 724.1 14 134.1 158.3 101.0 777.8 15 143.1 166.1 103.3 780.5 16 151.3 172.8 101.4 772.5 17 160.3 177.9 101.0 768.7 18 168.5 182.6 106.5 792.1 19 177.1 189.6 114.7 799.8 20 185.3 196.2 123.4 806.7 21 193.9 203.3 132.8 806.0 22 202.1 208.7 142.6 813.7 23 211.5 215.0 149.7 821.9 24 219.6 222.4 155.9 824.6 25 229.0 229.0 161.8 822.2 26 237.5 234.8 167.7 825.8 27 246.9 240.7 174.4 835.9 28 255.4 248.0 181.1 839.7 29 265.1 255.8 188.1 833.2 30 273.9 262.4 194.8 833.9 31 283.2 268.9 201.8 843.3 32 292.4 275.9 208.5 853.8 33 301.7 284.4 215.2 856.6 34 311.3 291.7 222.6 860.1 35 320.8 299.0 230.0 882.1 36 330.3 307.4 237.1 928.7 37 339.9 320.1 244.5 929.1 38 349.4 329.6 251.9 920.4 39 360.0 337.6 258.9 910.1 40 369.8 345.6 265.1 949.9 41 379.6 358.5 271.7 962.7 42 389.8 370.6 279.8 959.9 43 400.0 381.6 288.7 959.9 44 410.8 391.7 297.2 963.1 45 421.3 401.1 305.7 967.9 46 431.8 410.9 314.2 973.6 47 442.2 420.6 322.6 976.8 48 452.7 430.0 330.7 980.4 49 462.7 439.3 339.1 985.3 50 472.4 448.6 347.1 986.5 51 482.0 458.3 355.5 989.0 52 491.7 466.8 363.1 989.0 53 501.3 475.7 371.0 987.7 54 510.2 484.3 379.0 993.8 55 519.5 493.2 386.9 995.0 56 528.0 501.3 394.9 997.5 57 536.9 510.3 402.8 996.3 58 545.4 518.4 410.7 1000.3 59 553.5 526.5 418.6 1004.0 60 561.7 534.7 426.5 997.9 61 569.5 542.1 434.0 1005.2 62 577.3 549.5 441.5 1011.7 63 585.1 558.0 449.0 1017.0 64 592.5 566.5 456.5 1017.0 65 599.5 575.4 463.9 1007.7 66 606.6 582.9 471.0 1015.0 67 613.7 590.7 478.9 1022.3 68 620.4 598.5 485.9 1026.0 69 627.1 607.7 493.8 1026.0 70 633.8 615.6 502.3 1029.3 71 640.5 623.4 511.6 1028.9 72 646.9 630.8 520.5 1054.3 73 653.3 640.2 529.8 1056.4 74 659.2 649.5 538.4 1061.3 75 665.6 657.8 547.3 1058.9 76 671.6 665.3 555.9 1058.5 77 677.6 672.8 564.0 1070.8 78 683.3 681.1 572.3 1073.7 79 689.0 689.7 579.7 1074.2 80 694.2 697.3 587.2 1072.1 81 699.9 704.1 594.2 1077.9 82 705.2 710.9 600.6 1104.5 83 710.1 718.8 607.3 1110.0 84 715.0 726.4 614.0 1111.3 85 719.6 734.0 621.9 1114.6 86 724.2 740.5 629.8 1111.7 87 729.5 747.8 637.2 1112.5 88 733.7 754.3 644.4 1111.7 89 737.5 761.2 651.1 1115.1 90 741.7 767.3 656.8 1113.0 91 746.7 773.8 662.4 1116.8 92 752.4 780.4 668.1 1115.1 93 758.9 786.9 673.8 1111.4 94 765.4 793.1 679.4 1116.4 95 772.3 799.3 685.1 1116.4 96 780.0 804.7 690.8 1127.8 97 787.7 811.7 696.5 1128.7 98 795.1 817.9 701.8 1135.8 99 802.8 824.9 707.1 1143.0 100 810.6 832.3 713.2 1145.2 101 818.3 839.3 719.3 1149.4 102 826.9 847.2 725.0 1145.2 103 835.1 854.6 730.7 1147.4 104 843.3 862.1 735.7 1149.5 105 851.9 869.5 740.7 1155.9 106 859.7 877.0 745.7 1162.7 107 868.8 885.3 751.1 1156.3 108 878.2 892.8 755.3 1149.6 109 887.7 899.2 761.5 1149.2 110 897.2 903.9 767.6 1143.2 111 906.7 909.1 774.2 1141.2 112 916.7 913.5 780.4 1143.3 113 926.2 918.3 786.6 1145.0 114 935.4 923.1 792.8 1150.6 115 944.2 928.6 799.0 1151.4 116 952.6 933.9 805.2 1154.4 117 961.1 939.5 812.3 1156.6 118 968.8 944.3 818.9 1157.9 119 977.2 950.3 826.3 1164.7 120 984.9 956.0 833.8 1164.8 121 992.2 961.6 840.8 1166.5 122 999.6 966.8 847.9 1166.1 123 1006.9 971.7 854.6 1168.3 124 1013.4 977.0 861.7 1170.8 125 1020.4 982.2 869.2 1170.9 126 1027.4 987.5 876.0 1167.1 127 1033.5 991.6 882.7 1165.4 128 1039.3 995.7 889.5 1164.6 129 1045.5 999.8 896.2 1163.8 130 1050.9 1003.9 902.2 1164.2 131 1056.2 1008.0 909.0 1175.0 132 1061.6 1012.9 915.4 1177.6 133 1066.2 1018.2 923.0 1187.0 134 1070.4 1024.8 929.9 1190.5 135 1075.0 1030.5 937.1 1200.1 136 1079.2 1036.7 944.4 1203.6 137 1082.9 1043.7 950.8 1209.3 138 1086.7 1049.9 957.7 1224.6 139 1090.9 1057.4 964.6 1231.2 140 1094.7 1066.1 972.4 1226.4 141 1098.5 1072.3 979.3 1226.5 142 1102.8 1077.8 987.0 1230.5 143 1107.0 1084.1 995.2 1235.4 144 1110.8 1089.1 1001.3 1236.3 145 1114.2 1093.7 1007.5 1237.2 146 1118.1 1098.4 1014.5 1234.2 147 1122.3 1103.4 1021.5 1239.5 148 1126.6 1108.1 1026.9 1240.0 149 1131.3 1111.9 1032.7 1243.2 150 1135.1 1116.2 1038.5 1243.3 151 1138.6 1120.9 1043.5 1250.4 152 1142.0 1125.6 1051.0 1249.6 153 1145.5 1129.8 1056.4 1244.8 154 1149.0 1132.9 1060.6 1247.9 155 1152.4 1137.1 1065.3 1243.2 156 1155.1 1139.8 1069.1 1252.5 157 1159.0 1144.9 1074.5 1254.8 158 1161.6 1148.4 1078.4 1247.4 159 1164.7 1150.6 1081.8 1249.2 160 1167.3 1153.2 1086.0 1251.5 161 1169.5 1155.8 1089.8 1254.7 162 1170.0 1156.7 1091.1 1257.0 163 1174.0 1162.0 1097.1 1258.4 164 1175.8 1164.6 1100.1 1258.1 165 1178.4 1167.7 1104.0 1256.8 166 1180.2 1170.3 1107.4 1262.3 167 1183.3 1173.5 1111.3 1261.5 168 1185.1 1176.1 1113.9 1259.3 169 1187.8 1177.9 1116.5 1254.1 170 1189.6 1179.7 1119.6 1255.5 171 1191.9 1182.0 1122.6 1257.0 172 1193.3 1184.2 1126.5 1257.5 173 1195.1 1186.4 1129.5 1256.7 174 1196.9 1187.8 1131.3 1253.3 175 1198.7 1188.4 1132.7 1253.4 176 1200.1 1189.8 1136.6 1253.4 177 1202.0 1191.6 1139.3 1255.8 178 1202.9 1193.0 1141.9 1256.7 179 1204.8 1194.8 1144.6 1254.2 180 1205.7 1196.2 1146.3 1253.9 181 1207.1 1197.1 1149.0 1255.7 182 1208.5 1198.5 1150.8 1254.1 183 1209.9 1199.5 1153.0 1255.5 184 1211.4 1200.9 1156.1 1259.6 185 1212.7 1203.2 1158.8 1261.9 186 1213.7 1205.0 1161.5 1263.3 187 1214.7 1207.3 1163.7 1264.8 188 1215.7 1208.7 1166.4 1268.4 189 1216.6 1210.5 1168.2 1263.7 190 1218.0 1211.9 1170.0 1264.7 191 1219.0 1213.3 1171.8 1259.0 192 1220.0 1214.3 1174.1 1264.0 193 1221.4 1217.0 1175.9 1268.1 194 1221.9 1218.9 1177.3 1268.2 195 1223.3 1221.2 1180.0 1274.5 196 1224.3 1223.5 1180.5 1273.7 197 1225.3 1224.9 1182.3 1281.9 198 1226.3 1226.3 1183.3 1268.1 199 1226.8 1225.9 1194.6 1265.5 200 1227.4 1226.9 1193.8 1264.8 在学研究成果 一、在学期间发表论文： [1] 郑晗，张捍东，黄鹏程，王浩 基于炉区分段的BP神经网络钢坯温度预测 .安徽冶金科技职业学院学报，2010年 第1期，25-27 [2] 郑晗，盛国忠 基于混合网络的加热炉顺序控制系统设计及优化 .冶金能源，2009年 第5期 致　　谢 本论文是在导师张捍东教授的精心指导下完成的。在攻读工程硕士学位期间张老师不仅在论文选题、理论分析、课题进展以及论文审稿、定稿等方面给本人细致入微的指导；而且在处理工作和学习的矛盾上给了我很多关心和帮助，使我在做好本职工作的同时，挤出时间来完成学业，导师严谨的治学作风和乐观热诚的处事态度，给我留下了深刻印象，必将影响到我今后的工作和生活。在张老师的细心指导下，发现问题、分析问题和解决问题的能力得到进一步的提高，学到了很多在工作中无法得到的宝贵知识和财富，本论文得以顺利完成，凝聚着张老师辛勤汗水，在此表示诚挚的感谢。 在攻读工程硕士学位期间，得到实验室黄鹏程等同学的热情帮助和关怀，在论文检索和实验室仿真阶段，他们给了我很多无私的帮助，在此向他们深表谢意。 感谢单位的领导和同事，特别是王浩，在加热炉热工理论和模型算法上，给予我很多帮助和支持，在此表示感谢。 最后，衷心感谢我的妻子、女儿和岳父母，在攻读工程硕士学位期间是他们默默的支持，才使我在繁忙的工作之余，挤出时间利用晚上和休息日完成了课程学习和论文的撰写，他们是我永远的精神支柱和动力，感谢所有支持、关心和帮助过我的老师、同学和朋友们！ 谨以此论文奉献给所有关心和帮助我的人。 郑晗 2010.3 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 致 谢 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师刘望蜀老师、和研究生助教吴子仪老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 � EMBED AutoCAD.Drawing.16 ��� 安徽工业大学 电气信息学院 加热炉计算机控制系统的设计与实现 � EMBED Visio.Drawing.11 ��� 各段温度双交叉限幅控制 煤气快切阀连锁 换热器保护 掺冷风 FUZZY-PID控制功能块 模糊控制 功能块 压力数据转换 炉温数据转换 流量数据转换 安全和连 锁功能块 温度控制 功能块 模拟量数据处理 功能块 控制器间通讯 OB35 仪控、顺控PLC通讯程序 燃控OB1 循环执行 6SE70传动装置控制FC50 平移速度曲线控制 FB71 升降速度曲线控制FB72 步进梁速度曲线 功能块 上料顺控操作FB61 步进梁正循环FB62 步进梁逆循环FB63 步进梁踏步持平FB64 出料顺控操作FB65 传动控制 功能块 物料跟踪 功能块 顺控程序 功能块 控制器间通讯 OB35 仪控、顺控、轧机PLC通讯程序 顺控OB1 循环执行 � EMBED AutoCAD.Drawing.16 ��� � EMBED AutoCAD.Drawing.16 ��� � EMBED AutoCAD.Drawing.16 ��� 0 _1328383927.unknown _1329074903.unknown _1329077552.unknown _1329077844.unknown _1329163258.unknown _1330868137.unknown _1330868145.unknown _1336220354.vsd E EC 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -6 -6 -6 -6 -5 -5 -5 -4 -4 -4 -3 -3 -3 -6 -5 -5 -5 -4 -4 -3 -3 -3 -2 -2 -1 -1 -6 -5 -5 -4 -3 -3 -3 -2 -2 -2 -1 -1 -1 -5 -4 -4 -3 -2 -2 -2 -1 -1 1 2 2 3 -5 -4 -4 -3 -2 -2 -1 0 1 2 2 3 4 -5 -4 -3 -2 -2 -1 0 1 2 3 3 4 4 -4 -3 -2 -2 -1 0 1 2 3 3 4 4 5 -3 -2 -2 -1 1 2 3 3 4 6 1 5 5 5 5 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 5 6 1 2 2 3 3 3 4 4 5 5 6 6 6 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 5 5 4 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 _1330868115.unknown _1329077931.unknown _1329077943.unknown _1329077949.unknown _1329077967.unknown _1329077938.unknown _1329077914.unknown _1329077925.unknown _1329077919.unknown _1329077899.unknown _1329077905.unknown _1329077852.unknown _1329077587.unknown _1329077680.unknown _1329077686.unknown _1329077772.vsd . . . . . . . . . . . . 输入层节点 隐层节点 输出层节点 _1329077637.unknown _1329077574.unknown _1329077580.unknown _1329077561.unknown _1329074931.unknown _1329074955.unknown _1329074966.unknown _1329077528.unknown _1329077539.unknown _1329077513.unknown _1329077519.unknown _1329075605.unknown _1329074960.unknown _1329074942.unknown _1329074949.unknown _1329074937.unknown _1329074919.unknown _1329074924.unknown _1329074912.unknown _1329074683.unknown _1329074712.unknown _1329074890.unknown _1329074897.unknown _1329074719.unknown _1329074701.unknown _1329074707.unknown _1329074690.unknown _1329074650.unknown _1329074662.unknown _1329074673.unknown _1329074656.unknown _1328644330.unknown _1329072924.unknown _1329072940.unknown _1329074643.unknown _1329072931.unknown _1328644355.unknown _1329072910.unknown _1328644338.unknown _1328383956.unknown _1328644320.unknown _1328383944.unknown _1309095501.unknown _1328382958.unknown _1328383156.unknown _1328383255.unknown _1328383913.unknown _1328383163.unknown _1328383109.unknown _1328383131.unknown _1328383042.unknown _1328383057.unknown _1327387463.unknown _1327387529.unknown _1327387546.unknown _1328277121.unknown _1327387522.unknown _1309095604.unknown _1323629158.unknown _1324232863.dwg _1327386578.dwg _1323632506.unknown _1324228077.dwg _1312697087.unknown _1312697734.unknown _1312733300.unknown _1312697194.unknown _1309115548.unknown _1309095525.unknown _1309095603.unknown _1309095601.unknown _1309095602.unknown _1309095600.unknown _1309095512.unknown _1270977327.unknown _1270977439.unknown _1304796023.unknown _1304796892.unknown _1304796970.unknown _1308682032.unknown _1305445740.dwg _1304796969.unknown _1304796847.unknown _1304796872.unknown _1304796811.unknown _1299656894.unknown _1304766115.unknown _1270977467.unknown _1291470800.vsd 工业以太网 通讯处理器CP1512 通讯模块CP 443-1 IT WinCC通讯驱动程序 通道单元工业Ethernet WinCC变量管理器 DB数据块 或变量 WinCC应用程序 图形运行系统 变量记录 运行系统 报警记录 运行系统 可编程控制器S7-400 控制程序 140.80.0.7 140.80.0.88 上位 下位 _1270977454.unknown _1270977410.unknown _1147435246.unknown _1270977317.unknown _1265996261.unknown _1270977304.unknown _1259061873.unknown _1147434600.unknown _1147435188.unknown _1147434512.unknown