某磁性材料厂辊道窑炉控制系统解决方案 控制系统工作原理

一、需求

窑炉全长34米，设计总功率为400KW，有24个温度监测点，其中15个为温区加热控制采集点，9个为温度采集显示点。温区加热部份总功率为385KW,分为15区，其中6个二相加热区和9个三相加热温区，每个控温单元分别进行可控硅温度控制。

集散控制系统可显示整个窖炉的运行状况，数据，及对窑炉的控制系统进行操作。

集散控制技术要求

l 可选择工艺设定曲线和控温调节记录曲线，通过上位机对窑炉的管理；

l 记录窑炉的报警故障点便于查询；

l 显示窑炉的用电量数据并自动存档；

二、温控系统控制方案

1、 采用我公司的KY系列一体化智能可控硅移相触发模块组合，带RS485通讯功能，作为基本功率调节单元，分别对每控温区进行温度控制，可满足0-1300℃温度范围内0.5％的控温精度。

2、 实现采用AC100-240V宽范围工作电源，使用时无须担心电源电压变化波动。

3、 每区控制电路独立控制，主电路分别由空开、快速熔断器、可控硅模块冷等组成，监测及控制电路包括热电偶、智能PID温度控制模块、可控硅触发模块、等组成。与具备同等功能的电炉控制柜相比，具有*简单的线路及模块化的结构，从维护到扩充功能都十分方便。

三、集散控制系统方案

1. 整个控制系统采用现场触摸屏加办公室电脑监控，所有功能模块均带有RS485通讯接口，能方便地与计算机联机工作。所有现场参数包括实时温度，设定温度、工作电流、工作电压、系统运行状态等均在电脑上直观地显示出来。同时各种工艺参数修改如温度设定，报警参数设定、相序设定、PID参数设定等可通过现场触摸屏修改，亦可通过电脑直接操作修改。

2. 计算机组态采用MCGS上位机组态软件，并增加一个现场MCGS触摸屏监控，通过PC机，触摸屏，下位机三者环形控制，让使用更加方便，操作更加灵活安全，数据保存更加全面。

智能水肥一体化控制系统也叫智能水肥一体化系统、水肥一体化自动控制系统。该控制系统通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌、均匀、定时、定量，浸润作物根系发育生长区域。

使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况；作物不同生长期需水，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

智能水肥一体化控制系统适宜范围

该项技术适宜于有井、水库、蓄水池等固定水源，且水质好、符合微灌要求，并已建设或有条件建设微灌设施的区域推广应用。主要适用于设施农业栽培、果园栽培和棉花等大田经济作物栽培，以及经济效益较好的其他作物。

据华南农业大学张承林教授研究，灌溉施肥体系比常规施肥节省肥料50%~70%；同时，大大降低了设施蔬菜和果园中因过量施肥而造成的水体污染问题。由于水肥一体化技术通过人为定量调控，满足作物在关健生育期“吃饱喝足”的需要，杜绝了任何缺素症状，因而在生产上可达到作物的产量和品质均良好的目标。

水肥一体化是一项综合技术，涉及到农田灌溉、作物栽培和土壤耕作等多方面，其主要技术要领须注意以下四方面

1、首先是建立一套滴灌系统。在设计方面，要根据地形、田块、单元、土壤质地、作物种植方式、水源特点等基本情况，设计管道系统的埋设深度、长度、灌区面积等。水肥一体化的灌水方式可采用管道灌溉、喷灌、微喷灌、泵加压滴灌、重力滴灌、渗灌、小管出流等。特别忌用大水漫灌，这容易造成氮素损失，同时也降低水分利用率。

2、施肥系统。在田间要设计为定量施肥，包括蓄水池和混肥池的位置、容量、出口、施肥管道、分配器阀门、水泵肥泵等。

3、选择适宜肥料种类。可选液态或固态肥料，如氨水、尿素、硫铵、硝铵、磷酸一铵、磷酸二铵、硫酸钾、硝酸钾、硝酸钙、硫酸镁等肥料；固态以粉状或小块状为先选，要求水溶性强，含杂质少，一般不应该用颗粒状复合肥（包括中外产品）；如果用沼液或腐殖酸液肥，必须经过过漏，以免堵塞管道。

智能水肥一体化控制系统这项技术的优点是灌溉施肥的肥效快，养分利用率提高。可以避免肥料施在较干的表土层易引起的挥发损失、溶解慢，*终肥效发挥慢的问题；尤其避免了铵态和尿素态氮肥施在地表挥发损失的问题，既节约氮肥又有利于环境保护。所以水肥一体化技术使肥料的利用率大幅度提高。

概览当您面对各种各样的仪器连接总线时，可能会很难为自己的应用作出*合适的选择。可以说每个总线都有各自的优势和相应的优化技术。因此，请您先问问自己如下四个问题，比较一下*常见PC总线的功能选项，即可作出决定。 • 什么总线可以用在仪器和计算机上？• 我需要什么样的总线性能？• 该仪器将要用在什么环境中？• 设置和配置总线的难易程度如何？更多关于仪器控制总线的信息• 常见总线的选择指南• 仪器控制硬件总线概述1.什么总线可以用在仪器和计算机上？一款仪器通常会提供一个或更多个总线选择，用于仪器的控制；PC通常也会为仪器控制提供多种总线选择。如果PC上没有自带连接到某种仪器的总线，您也可以通过一个插件板或者外部转换器来添加总线。用于仪器控制的总线类型很多，大体可以分为以下几类• 用于与机架式仪器连接的独立总线，包括测试与测量专用总线，如GPIB总线，以及其它PC标准总线，如串行总线（RS232）、以太网总线和USB总线。您也可以使用一些独立总线作为与其它独立总线转接的媒介，例如USB至GPIB转换器。• 内嵌于模块化仪器的接口总线包括PCI、PCI Express、VXI、和PXI。您也可以使用这些总线作为一个媒介，为不具备独立总线的PC添加独立总线，例如使用 NI PCI-GPIB控制器板卡。2. 我需要什么样的总线性能？影响总线的性能的三个主要因素包括带宽、延迟和仪器实现方式。• 带宽是数据传输的速率，它通常以百万比特每秒为单位测量。• 延迟是数据传输的时间，通常以秒为单位。例如，通过以太网传输时，大的数据块被分解为小片段，然后以多个数据包的方式发送。延迟就是其中一个数据包的传输时间。• 总线软件、固件和硬件的仪器实现方式将影响总线性能。并不是所有的仪器都是生来一致的，无论是用户定义的虚拟仪器还是厂商设计的传统仪器，在仪器具体实现过程中所采用的折中措施，都将影响仪器性能。虚拟仪器的一个好处就是*终用户作为仪器的设计者，在仪器实现的过程中，自己就可以作出*的折中决定。

图1. 比较主流测试和测量总线的理论带宽与延迟

3. 该仪器将要用在什么环境中？在开发一个仪器控制应用时，充分考虑其部署环境是很重要的。您需要考虑的主要因素包括仪器到PC之间的距离，以及接口和电缆的坚固性。这两个因素在为仪器控制系统选择总线时至关重要。仪器到PC之间的距离如果您的仪器离PC很近（小于5米），您就可以灵活地选择任意一种总线类型。如果您的仪器远离PC，例如，在另一个房间内或另一幢大楼里，那么您应该考虑分布式仪器控制系统的体系架构。分布式仪器控制系统中可能包括扩展器、中继器、LAN/LXI, 或者LAN转换器(例如，以太网至GPIB转换器)。接口和电缆的坚固性如果您的仪器处在充满噪声干扰的环境中，例如工业环境，那么您可以考虑使用提供保护的接口总线，隔离环境干扰。例如，在一个生产车间里，GPIB或者USB将是一个更加合适的选择，因为它的电缆锁定牢靠，具有坚固耐用的屏蔽指标。4. 设置和配置总线的难易程度如何？当您在选择总线接口时，请注意其设置和安装方式。某些仪器部署在有许多用户交互的地方，例如实验室中，这是就应该考虑选择SUB总线接口，使用起来非常方便，且与用户习惯一致。对于需要考虑安全性的仪器控制系统，您应该意识到信息技术部门可能会禁止使用以太网/LAN/LXI等总线。如果您确定以太网/LAN/LXI对于您的仪器控制系统来说是*总线接口，那么当您将其部署在一个需要考虑安全性的环境中时，应该在整个设计实施过程中与信息技术部门协同工作。5. 常见总线的选择指南

表1. 常见的仪器硬件总线的简要介绍

6. 仪器控制硬件总线概述GPIB

通用接口总线（GPIB）在独立仪器中是一种*常见的I/O接口。GPIB是8位并行数字通信接口，数据传输速率高达8 Mb/s。一个GPIB控制器总线可以*多连接14个仪器，并且其布线距离小于20米。但是，您可以通过使用GPIB扩展器和延长器克服这些限制。GPIB电缆和连接器种类丰富，并且是工业等级的，可以用于任何环境中。GPIB不是一个PC工业总线，很少用于PC上。但是，您可以使用一个插件板，如PCI-GPIB，或者外部转换器，如NI GPIB-USB，将GPIB仪器控制功能添加到PC上。串行总线

串行总线是主要用于老式台式机和笔记本电脑上的设备通信协议，请不要将其与USB混淆。在很多设备中，串行总线是*常见的仪器通信协议，而且很多与GPIB兼容的设备还具有EIA232端口。EIA232 和EIA485/EIA422也可以被称作RS232和RS485/RS422。串行通信的概念很简单。串行端口每次发送和接收一个比特的信息。虽然它比每次传输整个字节的并行通信慢，但是串行总线更简单，而且使用距离更长。通常情况下，工程师们使用串行接口来传输ASCII数据。他们使用三个传输线路来完成通信地线、发送线和接收线。因为串行通信是异步的，端口可以在一条线路上传输数据，而在另一条线路上接收数据。其它线路可用于信号握手，但并不是必须的。串行通信的关键指标是波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。两个串行端口若要进行通信，这些参数必须匹配。USB通用串行总线（USB）主要是用于与PC连接的外围设备，例如键盘、鼠标、扫描仪和磁盘驱动器等。在过去的几年中，支持USB连接的设备数量急剧增加。USB是一种即插即用技术，当添加一个新设备时，USB主机自动检测该设备，发出询问以识别该设备，并为其配置合适的设备驱动。USB 2.0对于低速和全速设备是完全兼容的。其高速模式的数据传输速率能够高达480 Mbit/s (60 MB/s)。*的USB3.0规范具有超高速模式，其理论数据传输速率可高达5.0Gbit/s。虽然USB总线的设计初衷是针对PC外设，但是它的速度、广泛的适用性以易用性，令其在仪器控制应用中具有很大的吸引力。而USB总线在仪器控制中也存在一些不足首先，USB线缆不是工业级标准的，可能在充满噪声的环境中导致数据丢失；另外，USB线缆没有锁紧装置，线缆可以很轻易地被拔出PC；而且，即便使用了中继器，USB线缆的*长传输距离只有30m。以太网以太网是一种成熟的技术，广泛应用于测量系统中，可以进行通用的网络连接以及远程数据存储。目前，全世界拥有超过一亿套配置以外网接口的计算机。而且，以太网还提供了用于仪器控制的功能选项。以太网是基于IEEE 802.3标准定义的，理论上可支持10Mbits/s(10 BASE-T)、100 Mbit/s (100BASE-T)和 1 Gbit/s (1000BASE-T)的数据传输速率。其中，*常见的就是100 Mbit/s (100BASE-T)以太网。基于以太网的仪器控制应用充分利用了以太网总线的特点，包括远程仪器控制、简便的仪器共享方式、以及易于使用的数据结果的发布功能等。此外，用户还可充分利用公司或者实验室中现有的以太网络。然而，对于某些公司来说，以太网的这种特点还会带来一些麻烦公司网络管理员可能需要介入到仪器应用的开发之中。基于以太网总线的仪器控制还有其它缺点，例如可能存在实际传输速率、传输确定性以及安全性方面的问题。虽然以太网总线可以实现高达1 Gbit/s的理论传输速率，但在实际使用中，由于网络同时也被其它应用占用，而且存在数据传输失效等问题，这种理论传输速率很少能够真正实现。此外，由于传输速率不稳定，以太网很难保证数据传输的确定性。*，对于一些敏感的数据，用户需要采取额外的安全措施，确保数据完整与保密。 PCIPCI总线通常不直接用于仪器控制，而是作为一种外设总线，通过连接GPIB或者串行通信总线来实现仪器控制。此外，由于其PCI总线带宽较高，常用于模块化仪器的背板总线，此时，其I/O总线内置于测量设备中。 PXI

PXI（面向仪器系统的PCI扩展）基于PCI平台，是一种用于测量和自动化系统的坚固总线。PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并添加了专门的同步总线和重要的软件特性。这些技术使得PXI总线成为测量和自动化系统的高性能、低成本部署平台，应用于诸如生产线测试、军工与航空航天、机器状态监控、汽车以及工业测试领域。PXI在1997年完成开发，并在1998年正式推出，它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。如今，PXI标准由PXI系统联盟（PXISA）所管理。该联盟由超过65家公司组成，共同推广PXI标准，确保PXI的互换性，并维护PXI规范。PXI在模块化仪器平台得到了广泛的使用，这种平台基于紧凑、高性能测量硬件，并集成了定时和同步资源，对于传统的独立仪器来说是理想的替代产品。 PCI ExpressPCI Express与PCI相似，通常不会直接用于仪器控制，而是作为一种PC外设总线， 用于连接GPIB设备进行仪器控制。但是，由于PCI Express总线速度极高，可以用作模块化仪器的背板总线。VXIVXI（面向仪器系统的VME扩展）总线是针对多厂商工业仪器标准的首次尝试。VXI*初在1987年推出，接着被定义为IEEE 1155标准。VXI总线的缺点包括缺乏软件标准，无法显著提升系统吞吐率；而且由于VXI不使用标准的商用PC技术，无法降低系统成本。