专利名称：一种轧钢加热炉集成型控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及过程控制装置，尤其涉及轧钢加热炉生产过程控制装置，并且更具体地涉及一种轧钢加热炉集成型控制装置。
背景技术：
轧钢加热炉生产过程是轧钢生产过程一个重要环节，其钢坯加热质量的好坏，直接影响钢材成材质量。由于加热炉生产过程是一个极为复杂的工业过程，一直以来，许多专家、学者和广大工程技术人员都在致力于轧钢加热炉生产过程控制的研究，以达到掌握炉况、自动控制轧钢加热炉的生产过程，提高产品质量的目的。目前轧钢加热炉控制装置多采用常规控制仪表和设备以及传统的工业控制器，这些传统的生产过程控制装置，采用常规的控制装置进行加热炉生产过程控制，由于其功能结构单一，可靠性、互换性差，维护困难，影响了生产过程的控制效果。而加热炉的温度控制模块大多采用炉温作为钢坯加热效果的衡量标准，通过炉温表示钢温，温度控制不准确，钢坯加热效果难以把握，进而影响钢坯的轧制质量，同时又根据现场操作人员的控制经验判断加热炉生产状况，无法完全有效地保障加热炉安全稳定地运行。鉴于轧钢加热炉生产程的高度复杂性，要达到轧钢加热炉生产过程的优化控制， 采用目前单一的模快信息和现有的控制机将无法达到理想的控制效果。一个有效的轧钢加热炉集成型控制装置应当集成多组不同的控制模块，从而给出最佳的操作方案，达到增产节能安全的目标。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是，针对轧钢加热炉生产过程的复杂性、不确定性等特点，及现有控制机存在的局限性，采用基于集成型的控制模块进行轧钢加热炉生产过程的控制，从而达到“优质、低耗、高产”的轧钢加热炉生产目标和“安全、稳定、均衡”的控制标准。为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于集成型的轧钢加热炉生产过程控制装置FCS，FCS装置由现场总线仪表FD、现场总线网络FNET、现场总线辅助设备和现场总线接口 FBI组成现场控制模块，由集成型控制模块SCS、监控网络SNET、计算机网关CG等组成系统监控模块，其特征在于，该装置现场总线控制系统FCS是一个分布式的网络控制装置， 它包括FD现场总线仪表和设备，包含有信号采集变送器、执行器和信号转换器，用于轧钢加热炉控制信号数据的采集、输入、输出、运算、控制和通信，并提供功能块，以便在现场总线上组成控制回路，构成一个分布式网络控制装置。(1)信号采集变送器信号采集变送器有轧钢加热炉常用的温度、压力、流量、液位等信号检测装置，由仪表圆卡和总线圆卡组成，仪表圆卡完成传感器信号放大和转换，并通过接口总线与总线圆卡交换信息。另外还有A/D转换以及接口电路，进行采集信号的模数转换，总线圆卡实现现场总线协议FF-Hl与仪表圆卡的交换信息，通过总线接口与现场总线通信，提供变换块、 资源块和功能块，采用集成电路芯片(ASIC)、CPU、总线接口电路以及与仪表圆卡组成交换信息的接口电路，通过总线圆卡内CPU软件编程来实现现场总线协议FF-Hl的应用功能，由集成电路芯片(ASIC)来实现物理层和数据链路层所需的总线信号的驱动、发送、信号的接受、传输数据的串/并或并/串转换、串行数据的编码和解码、信息帧的打包和解包、帧校验序列的产生和校验等功能。[0010](2)执行器[0011]执行器有电动调节阀和气动调节阀。由仪表圆卡和总线圆卡组成，仪表圆卡是用于信号转换和驱动，并通过接口总线与总线圆卡交换信息，D/A转换以及接口电路，进行控制信号的数模转换，总线圆卡是实现现场总线协议FF-Hl与仪表圆卡的交换信息，通过总线接口与现场总线通信，提供变换块、资源块和功能块，采用集成电路芯片(ASIC)、CPU、总线接口电路以及与仪表圆卡组成交换信息的接口电路。[0012](3)信号转换器[0013]信号转换器用于传统模拟仪表和现场总线数字仪表之间的信号的转换，主要是 a)接收4mA 20mADC电流信号，再将其转换成FF-Hl适用的信号；b)接收FF-Hl的数字信号，再将其转换成4mA 20mADC电流信号。通过转换器使传统的模拟仪表逐步向现场总线数字仪表过渡。[0014]现场总线仪表有资源模块、变换模块和功能模块，资源模块包含有设备的类型、存储器大小等特性，变换模块包含有设备的I/O特性，用于从传感器读数据或向执行器发布命令，为功能模块应用提供接口。资源模块和变换模块的参数表中有系统内含参数，无输入和输出参数，不能进行控制回路的组态。功能模块包含有输入、输出、运算和控制功能块，构成参数输入、参数输出、算法、内含参数、输入事件和输出事件，由于有输入和输出参数，可以进行轧钢加热炉生产过程控制回路的组态。[0015]现场总线控制回路的构成就是现场总线仪表内功能块之间的连接，通常用几台现场总线仪表的功能模块才能构成一个控制回路，既可以构成简单控制回路，也可以构成复杂控制回路。为此，可首先用组态软件进行功能模块之间的连接组态，形成组态文件，然后将组态文件下载到各现场总线仪表中，建立功能模块之间的连接关系；最后在现场总线上调度构成控制回路的各个功能块运行，进行功能模块之间的参数传递。[0016]现场总线辅助设备有总线电源、电源阻抗调理器、本质安全栅、终端器、中继器和网桥。[0017](1)总线电源用来为总线或现场仪表供电。[0018](2)电源阻抗调理器对数字信号呈现高阻抗，防止数字信号被总线电源短路。[0019](3)本质安全栅它是安全场所与危险场所的隔离器。[0020](4)终端器用在传输电缆的首端和末端的阻抗匹配器，终端器可以防止传输信号失真和总线两端产生信号波反射。[0021](5)中继器用来延长现场总线段。中继器是一台有源的总线供电设备或非总线供电设备。[0022](6)网桥用于连接不同传输速率的现场总线段，或将不同传输介质的网段连成网络。SCS集成型控制模块由炉况诊断模块ZD、钢坯温度控制模块WK、最佳温升模块ZJ、 常规控制模块PT组成，用来实现轧钢加热炉生产过程的故障诊断分析、钢坯温度控制、炉温温升优化控制及各种常规控制功能，各种模块之间通过监控网络SNET进行信息融合，数据库、知识库的建立、更新和维护，实现高级过程控制、系统的优化和协调控制，并可对加热炉生产过程进行炉况诊断、预报和分析，保障安全生产。FBI现场总线接口，有总线网卡和交换器，用于下接FNET现场总线、上接SNET监控网络，从而实现FNET现场总线和SNET监控网络的相互连接。FNET现场总线网络，用于下接FD现场总线仪表和设备、上接FBI现场总线接口，进行现场信号和控制信号的交换。SNET监控网络，用于联接FBI现场总线接口、SCS集成型控制模块和CG计算机网关，进行信号传输。CG计算机网关，用于连接监控网络和生产管理网络，实现它们之间的相互通信。通过网络化现场总线控制装置FCS，用以实现轧钢加热炉集成型生产过程控制。由于FCS系统是一个分布式的网络控制系统，信号传输实现了全数字化，通过现场总线，既可以共享现场总线节点内部的数据，也可以共享现场总线节点内部的功能块， 在现场总线上便于组成加热炉生产过程控制回路，实现了彻底的分散控制和现场总线的 “即接即用”及信息共享。该装置功能综合、可靠性高、互换性好、抗干扰能力强、维护容易、安装使用费用低等特点，能有效地提高轧钢加热炉生产效率，系统达到较好的控制水平。用于轧钢加热炉集成型控制系统的控制装置，由轧钢加热炉生产过程炉况诊断模块、钢坯温度控制模块、加热炉最佳温升模块多个控制模块集成而成，包括以下功能1)炉况诊断模块完成轧钢加热炉生产过程炉况诊断分析；2)钢坯温度控制模块完成钢坯温度控制模型的建立；3)加热炉最佳温升模块完成加热炉最佳温升模型的运行； 4)各种常规控制功能。本实用新型的工作原理轧钢加热炉炉况诊断推理模型是本系统重要组成部分， 只有在保证轧钢加热炉稳定的条件下才可能对轧钢加热炉过程进行优化控制。由于用于轧钢加热炉炉况诊断的许多操作经验多属因果性判断，因此轧钢加热炉炉况诊断模块主要完成模糊逻辑推理功能。我们采用基于Takagi-Sugeno模糊规则建立模糊推理模型，其优点是可以利用较少的规则来描述高度复杂的非线性系统，基于K条规则的一阶T-S模糊模型如下Ri :IF X1 is Ail And...And Xj is Aij And--And xm is Aim, Then Yi = a^+bi (1)式中 ζ = [X1, . . . , Xj, . . . , xm]T, = [an, . . . aljr . . . aim], i = 1, 2, . . . , K ; j = 1,2,...,m, Ri表示第i条规则，Xj表示第j个输入变量的模糊子集，Yi表示第i条规则的输出值，Α、、为未知参数.T-S模型的输出，即T-S模糊系统解模糊器为
权利要求1.一种轧钢加热炉集成型控制装置，包括SCS集成型控制模块(101)、CG计算机网关 (102)、SNET监控网络(103)、FBI现场总线接口(104)、FNET现场总线网络(105)、FD现场总线仪表和辅助设备(106)，其特征在于SCS集成型控制模块(101)，通过SNET监控网络(103)同其它设备相连，用于实现轧钢加热炉集成控制功能；CG计算机网关(102)，用于连接监控网络(103)和生产管理网络，实现它们之间的相互通信；SNET监控网络(103)，用于联接FBI现场总线接口(104)、SCS集成型控制模块(101)和 CG计算机网关(102)，进行信号传输；FBI现场总线接口(104)，有总线网卡和交换器，用于下接FNET现场总线网络(105)、上接SNET监控网络(103)，从而实现FNET现场总线网络(105)和SNET监控网络(103)的相互连接；FNET现场总线网络(105)，用于下接FD现场总线仪表和设备(106)、上接FBI现场总线接口(104)，进行现场信号和控制信号的交换；FD现场总线仪表和辅助设备(106)，包含有信号采集变送器、执行器和信号转换器， 用于实现轧钢加热炉控制信号数据的采集、输入、输出、运算、控制和通信，并提供功能块， 以便在现场总线上组成轧钢加热炉生产过程控制回路，构成一个分布式网络控制系统。
2.一种用于如权利要求1所述的轧钢加热炉集成型控制装置，其特征在于，SCS集成型控制模块由ZD炉况诊断模块(201)、WK钢坯温度控制模块(202 )、ZJ最佳温升模块(203 )、 PT常规控制模块(204)组成，各种模块之间通过SNET监控网络(205)连接，进行信息交换。
3.根据权利要求1所述的集成型控制装置，其特征在于控制对象为轧钢加热炉。
专利摘要本实用新型涉及一种轧钢加热炉集成型控制装置，包含SCS集成型控制模块(101)、CG计算机网关(102)、SNET监控网络(103)、FBI现场总线接口(104)、FNET现场总线网络(105)、FD现场总线仪表和辅助设备(106)，其特征在于，SCS集成型控制模块由炉况诊断模块、钢坯温度控制模块、最佳温升模块、常规控制模块组成，各种模块之间通过SNET监控网络连接，进行信息交换。根据本实用新型所提供的装置，在复杂情况下，能有效地对轧钢加热炉生产过程进行综合控制，提高了生产效率和钢坯加热质量，降低了能耗，保障加热炉安全稳定地运行，从而达到“优质、低耗、高产”的轧钢加热炉生产目标和“安全、稳定、均衡”的控制标准。
文档编号G05B19/418GK202257198SQ20112003790
公开日2012年5月30日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者严文, 刘晓鸣, 卢伟, 彭鑫, 徐辉, 李珂, 潘炼, 王薇, 罗杰, 钦小平, 陈城 申请人:武汉科技大学