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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
为保证助燃空气与煤气压力保持稳定、使炉内燃烧顺利进行，煤气和空气的压力必须进行控制。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，是保证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安全保护作用，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。

      其中，火车模型的运行是靠两段轨道的上输出的直流电压来供电，且运行的方向和速度则是通过对输出电压的方向和大小进行无极调节和控制来实现的--这就说明了理论上在同一段轨道上，两辆火车的运行速度及其方向是完全一样的，系统中同时有两辆火车运行时，不存在碰撞或者追尾的问题。22个红外信号检测元件主要是对火车的位置实时监控，作为系统的控制信号输入到控制器上。在两个站台的出/入口和内侧轨道的一端共设有6个手动/自动叉道，通过给定的脉冲信号来选择轨道,但是要注意脉冲宽度不能太大,否则，就会损坏叉道。这样，就可以对系统的信号进行一个初步的统计:
·输入信号: 22个光电检测信号;
·输出信号: 23个数字量;
3对模拟量。
(2) 原有控制系统
基于以上的分析，我们设定在本实验系统中要实现如下基本功能:
· 站前鸣笛，以提醒工作人员接站;进站时速度减慢，直至停下。出站时也要鸣笛。
·一次只能有一辆火车停在站台，若已有火车停下，其他要进站火车只能在站外等候进站;否则须绕道(外围轨道)而行，以免发生撞车事故。
·红/绿灯作为火车能否出站的标记:绿灯即通行，红灯不通行。
为了实现上述功能，并基于上述对系统控制信号的统计，在原有控制系统中我们用了相应的I/O模块:2个ID212模块，1个OC224和1个OC225模块和1个DA004模块。

3 系统改造
      原有系统已经实现了对系统的控制。但是在以上的分析中我们可以发现系统中控制信号多为数字量，而且点数相对较多，为了充分利用实验室资源，决定将高密度I/O单元引入到系统中来，对原有系统进行改造。我们采用的高密度单元都为32点，这样原有系统的两个输入、输出模块都可以分别采用一个。具体改造如下:
(1) 输入模块改造
系统共有22点数字量输入，在此，只要采用1个32点的高密度单元就可以了。结合实验室现有状况，我们选用1个ID215模块来代替原有系统的两个ID212模块。在原系统中，ID212的COM端接地，在此，由于ID215是双向晶体管输入，即它的COM为接地或者5～24VDC均可，所以，在改造过程中不存在电路转换的问题，改造方案是可行的----将原信号线直接接到新的高密度模块上来即可。
(2) 输出模块改造
系统的输出点数也较多，共23点。我们决定采用OD215来代替原有的OD225和OD224，这里，OD215用作32点静态输出用的晶体管输出单元，其电路配置如图2所示。

      剪切系统的结构示意如图1所示。由图1可见，系统的机械部分由夹送机构和剪切机构两部分组成:夹送机构由交流伺服电机驱动旋转，上下夹送辊的加紧力调至刚好压紧板料，使板料在两辊中按设定的速度无滑动滚动;剪切机构与一般剪床同，只是剪切的驱动力来自高压气体。
      系统的电气控制部分采用日本光洋的SU系列可编程序控制器;包括SU-5M(CPU模块)，U-01SP单轴伺服定位控制摸块;U-05N16点DC12/24V输入模块;U-01T8点AC220V继电器输出模块等;人机界面为CL-02DS液晶汉字显示设定单元。伺服系统采用日本安川的交流伺服电机SGMGH-20ADA61和SGDM-20AD数字交流伺服驱动器。

3 定尺剪切控制
3.1 控制原理
      在手动状态(板料安装)时，夹送辊可作正反2个方向转动。在自动工作情况下，夹送辊的转动方向如图1所示。若确定单位脉冲的移动量和编码器每转一圈的脉冲数，当夹送辊的直径一定时，夹送辊每转一定的角度或圈数，板料的移动长度也就确定了。当PLC检测到伺服电机反馈的脉冲数达到所设定的目标值(既长度)时，PLC发出信号，交流伺服电机停止转动，同时，方向控制阀的电磁铁通电，气缸执行剪切动作。剪切机构的每一次剪切使接近开关获得1个脉冲，此脉冲即可计算剪切数量，又能作为下1个循环的开始信号。
3.2 参数设置
(1) 一般参数的设置
a) 主轴转速(自动运转时，下同)的确定:确定主轴的转速要兼顾2个方面，一是生产能力，二是转动惯性。转速不是越快越好，太快，转动惯性大，达不到停止的要求，剪切长度精度不高;当然，慢了，达不到生产力的要求。
b) 脉冲当量的确定:在本例中，之所以能进行高精度定尺剪切，实际上就是的控制夹送辊每个脉冲转动的角度(脉冲当量)。当夹送辊直径一定时，它转过一定的角度，就对应转过一定的弧长，既为板料移动的长度。从理论上说，脉冲当量越小，剪切长度精度越高，但对控制系统的要求也越高，不经济。一般情况下，脉冲当量比加工精度高一个数量级即可。
c) 脉冲编码器反馈的每转脉冲数(分周比)的确定:脉冲当量确定以后，这个参数就好确定了。设计时，夹送辊的直径已定，则其周长也已确定。只要用主动辊的周长除以脉冲当量，即为脉冲编码器反馈的每转脉冲数。该数应为整数，当得数为小数时，与脉冲当量一同作一些调整即可。应注意的是确定的脉冲编码器反馈的每转脉冲数必须在所选的脉冲编码器大的每转脉冲数范围之内。
d) 伺服驱动器工作模式:速度控制模式。
(2) 智能模块的参数选择
U-01SP智能模块的参数共有21个，主要参数有:
a) 设定的主轴转速时智能模块发出的脉冲频率FBF:U-01SP智能模块与数字式交流伺服驱动器配合使用，可以在交流伺服电机额定的转速内任意设定，这个设定值就是FBF:
FBF(kHz)=主轴转速(RPS)×脉冲编码器反馈的每转脉冲数(PPR)
该参数必须在智能模块的大FBF范围之内。
b) 主轴手动速度的确定:根据手动安装板料的需要，一般设定为主轴转速的10%~20%。
c) 加、减速时间，即主轴从0转速到额定转速(或反之)所需要的时间:主要根据剪切的板长确定，剪切的板长较短时，该时间可短些，反之，可长些。对于本例，可选500~1000ms。
d) 紧急停止时间，在自动运转时，从额定转速到停止转动的时间:当系统发生意
外时，控制系统需急停，以减少对系统和机器的损伤。该时间可少些，一般选500ms以内。
其余参数可用该模块出厂时的原设定值或根据需要设定。
3.3 程序设计
      这里使用的SU-5M型PLC与大多数型号的中型PLC在程序设计上并无大的差异，由于采用了语言编程，更接近计算机的流程图设计思路。特别需要指出的是U-01SP单轴伺服定位控制模块采用类似数控CNC系统的G语言，编程方便、功能强大。
举例:G00 X(位置值) F(速度值);代表一个典型的阶梯形定位指令。
单轴伺服定位控制模块U-01SP的控制信号通过模块所占I/O定义号对应，程序设计思路如图2所示。
      (1) PLC上电后，首先进行初始化处理:把为系统建立的参数表从CPU写入智能模块U-01SP、检查系统有无错误、数据有无错误、语法有无错误，检查结果判断为正常时，系统进入伺服准备状态，这其中包括进入到动作方式(手动、自动)选择、数据监控状态(伺服数据读出)、伺服异常(数据出错、系统出错、语法出错)处理完毕状态。
      (2) 在手动状态下，按下主轴正、反转按钮，主轴