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1　引　言
在塑料工業(yè)的造粒設(shè)備中,助劑配料系統(tǒng)大多采用振動給料和皮帶給料兩種形式。振動配料器在遇到粉粒較細(xì)、熔點(diǎn)較低的助劑料時,經(jīng)常會 出現(xiàn)堵塞的情況,迫使主生產(chǎn)流程中斷。皮帶秤配料系統(tǒng)雖能避免堵塞情況的發(fā)生,卻往往受皮帶張力變化等多方面因素影響,控制精度達(dá)不到理 想效果。在某石化企業(yè)的技術(shù)改造項目中,我們結(jié)合皮帶秤配料系統(tǒng)本身的工作原理及相關(guān)物料特性,提出采用 傳統(tǒng)的PID和模糊控制算法相結(jié)合的控制策略。經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)應(yīng)用,表明該控制方案能完全滿足工藝精度需求,控制效果簡單有效。
2　系統(tǒng)介紹
該企業(yè)早期建設(shè)的造粒配料系統(tǒng)皮帶配料秤采用德國申克公司生產(chǎn)的計量秤,原內(nèi)部集成MULTICONT控制系統(tǒng)。因為開放性差,在系統(tǒng)異常時 維護(hù)困難,決定進(jìn)行技術(shù)改造,以性能可靠的PLC控制系統(tǒng)取而代之。系統(tǒng)運(yùn)行時,由給料裝置使物料隨皮帶傳動下料,卸料口的擋板設(shè)計,保證了落到單位長度皮帶上的物料厚度不變。料倉下方的稱重傳感 器實時地將稱重信號傳送到控制器SIMATICS72300PLC。通過計算前后兩次采樣的稱重值差,控制器實現(xiàn)對流量的計算v=Δm/t(kg/h)。獲得 的實時流量與給定值比較后,控制器調(diào)節(jié)輸出到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻器電流i,從而使下料速度穩(wěn)定在設(shè)定值上。
3　系統(tǒng)控制實現(xiàn)
常規(guī)PID控制器是一種應(yīng)用最為廣泛的控制方式,它的最大優(yōu)點(diǎn)在于算法簡單、可靠性高,缺點(diǎn)是難以控制非線性、時變和機(jī)理復(fù)雜的過程;而 單純模糊控制器盡管能對難以建模的復(fù)雜過程進(jìn)行有效控制,但卻不能消除配料控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,容易在平衡點(diǎn)附近產(chǎn)生小幅振蕩, 影響了過程控制的效果[1]。針對本系統(tǒng),被控量i(4～20mA),控制量Δv=v-vs(vs為設(shè)定負(fù)荷),采用Fuzzy2PID復(fù)合控制策略:當(dāng)偏差較大時 采用Fuzzy控制,當(dāng)偏差減小到較小范圍時采用PID控制方式。兩種控制模式并行能使得系統(tǒng)響應(yīng)時間縮短,同時明顯地消除穩(wěn)態(tài)誤差。
3.1　控制模式選擇切換
系統(tǒng)運(yùn)行過程中控制模式的在線切換,是利用PLC程序中的軟件開關(guān)實現(xiàn)。工藝要求助劑下料控制精度達(dá)4%,結(jié)合各助劑常規(guī)負(fù)荷,令7%vs為大 小偏差分界值,設(shè)定規(guī)律如下:當(dāng)|Δv|=|v-vs|≤7%vs時,采用PID控制策略;當(dāng)|Δv|=|v-vs|≥7%vs時,采用Fuzzy控制策略。為避 免在控制策略切換時出現(xiàn)值跳變擾動,當(dāng)Fuzzy控制策略向PID控制策略切換時,調(diào)節(jié)器的輸出將保持Fuzzy控制策略下的輸出值if,直到PID控制器 輸出|ip|≤|if|;PID控制策略向Fuzzy控制策略切換時,調(diào)節(jié)器的輸出將保持PID控制策略下的輸出值ip,直到Fuzzy控制器輸出|if|≥|ip|。
3.2　PID控制器(CONT_C)設(shè)計
STEP7軟件中相關(guān)PID功能塊有3種:連續(xù)控制器(CONT_C)、開關(guān)控制器(CONT_S)和脈沖寬度調(diào)制器(PULSEGEN)。本系統(tǒng)輸入的稱重信號和輸出 的電流信號均為I/O模擬量,選擇連續(xù)控制器(CONT_C)進(jìn)行調(diào)節(jié)符合本設(shè)計的實際應(yīng)用。連續(xù)控制器內(nèi)部PID作為一種位置算法進(jìn)行控制,比例、 積分及微分運(yùn)算并行連接。PID調(diào)節(jié)控制在定時中斷OB35功能塊中完成,為避免系統(tǒng)紊亂,確保中斷間隔值比OB35中程序運(yùn)行時間長。PID控制參 數(shù)(比例系數(shù)kP、積分時間tI和微分時間tD)的整定在現(xiàn)場的反復(fù)試驗中完成:初期先關(guān)閉積分項和微分項,比例度按經(jīng)驗數(shù)據(jù)給定,根據(jù)過程值PV 的趨勢曲線整定比例系數(shù)使PV達(dá)4∶1的衰減振蕩;將比例度加至原來1.2倍后,將積分時間tI由大到小調(diào)節(jié)整定至PV曲線再次得到4∶1衰減振蕩; 將比例系數(shù)kP調(diào)回原值后,微分時間tD以(1～1)tI給定后從小到大調(diào)節(jié),直至PV曲線再43次成形。
4　總結(jié)
結(jié)合工程實際的改造后,該方案下運(yùn)行的PLC控制機(jī)構(gòu)已成功取代原設(shè)備。全系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運(yùn)行,其控制精度、性能指標(biāo)完全滿足生 產(chǎn)需要。

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