0 引 言

在冶金 、 玻璃、 水泥 、 陶瓷、 化工等部門的生產過程中 , 原料配料環節是生產的關鍵工序 , 其配料精度直接影響到產品的質量 、 能耗 、 成本等各項技術經濟指標 .近年來 , 在配料係統中采用失重秤逐漸盛行, 主要是因為該方式較之皮帶秤 、 定量鬥式秤等傳統的配料方式 , 具有計量準確、 維護簡便等優點 .但是失重秤的配料過程分喂料和卸料兩個階段 , 控製複雜, 另一方麵 , 配料效果受到物料品質的不確定性、 喂料設備與料鬥之間高度落差變化所引起的空間物料的不確定性、 執行裝置的非線性與慣性和老化所引起的動作特性的變化等影響 , 采用傳統的基於固定數字模型的控製算法, 難以實現精度、 速度的最佳結合.本文在研究失重秤工作原理的基礎上, 提出了基於模糊控製的失重秤配料過程控製策略 .應用表明該控製策略簡單、 實用 , 有效提高了配料精度和速度.

1 失重秤的工作原理

主要由計量鬥 、喂料電磁振動給料機 、 卸料電磁振動給料機、 懸吊裝置以及稱重傳感器等組成 .該秤的配料過程分為喂料和卸料兩個階段 , 配料開始後 , 首先啟動喂料電磁振動給料機, 向計量鬥喂料 , 同時, 控製器對料鬥物料重量進行檢測, 當喂料量達到配料設定的上限值時,停止喂料.在卸料階段, 控製器啟動卸料電磁振動給料機, 將計量鬥中的物料卸到下一級輸料設備送走.卸料時 , 控製器實時檢測卸料量, 當卸料量等於或接近理想下料目標值後 , 停止卸料[ 1] .

2 失重秤配料過程的模糊控製策略

由失重秤的工作原理可知 , 無論是在喂料還是在卸料階段, 秤的配料精度控製是至關重要的.一個秤的配料精度主要由稱量精度和配料速度來決定的, 這 2個參量是兩個相互矛盾的控製量, 要提高稱量精度, 希望秤體越穩定越好, 即喂料 (或卸料 )速度越慢越好, 但勢必增加配料時間 , 效率低;反之, 如果喂料 (或卸料 )速度過快 , 秤體振動大 , 精度又難以保證 , 這就需要所設計的控製算法,能夠根據配料過程狀態的變化 , 實時調整配料速度 , 使配料精度達到要求 .另一方麵, 由於物料品質的不確定性 、執行裝置的非線性與慣性和老化所引起的動作特性變化的影響, 采用傳統的基於固定數字模型的控製算法, 難以使失重秤的配料精度達到要求[ 1] .
為此, 本文設計了模糊控製算法, 能夠在線實時評判失重秤的配料狀態, 自動調整給料機的給料速度 .執行機構為電磁振動給料機 ;為了實現自動調整給料機的給料速度,驅動裝置采用移相觸發 -可控矽半波整流電路 , 整個電路由給料速度控製電路、 移相、 脈衝形成及同步 、 脈衝輸出、 電源等部分組成, 其中 , 速度 控製 電路 由繼 電 器 1K,2K, 3K 等 組 成, 並 由 PLC控製[ 8 -10] .

 所示的模糊控製模型的輸入量分別為重量偏差 E和偏差變化率EC, 輸出量為電磁振動給料機的給料速度 .給料速度劃分為 7擋, 其調整方案是:在配料過程中 , 實際稱料量與設定值的偏差大於 90%時, 電磁振動給料機按最大速度給料 , 以保證配料速度 .當實際稱料量與設定值 的偏差小於 90%時, 係統轉入模糊控製模型, 根據重量偏差 E和偏差變化率 EC的值, 通過模糊推理 , 按6個擋位自動選擇與調整給料機的給料速度 , 保證配料控製精度.為了提高控製實時性 , 減少 PLC運算量和程序的占有量 , 模糊推理采用查表法[ 4] .

2.1 輸入、 輸出量的模糊化處理

本係統隻在偏差小於 90%時 ,采用模糊控製 , 因此僅對偏差小於90%後的稱量偏差 E、 偏差變化率EC和控製輸出量 N進行量化 .量化的離散論域均定為 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6等 7擋 .輸入、 輸出量離散化後, 每一檔對應一個模糊子集 , 再進行模糊處理 .本項目將 7檔模糊子集[ 6]定義為 :Z, SS, SB, MS, M, BS和 B.“零” (Z)— 取零附近;“小小” (SS)— 取 1附近;“小大 ” (SB)— 取 2附近 ;“中小” (MS)—取 3附近;“中” (M)—取 4附近;“大小 ” (BS)—取 5附近;“大” (B)—取 6附近 .

2.2 模糊決策規則與推理

為了實現模糊推理, 我們通過對實踐經驗總結 , 得到如表 2所示的模糊規則庫, 共 49條模糊規則 .其基本形式為[ 6]

ifEC=AiandE=BjthenN=Cij. (i=1, 2, …, 7;j=1, 2, …, 7). (1)

模糊推理是在已知輸入量模糊集合 E, EC和控製規則的基礎上, 推導出輸出量 N的模糊集合 N,其運算過程如下 .首先求出模糊關係 R的隸屬度函數:

μR(x, y, z)= ∨

i=n, j=m

i=1, j=1 μAi(x)∧ μBj(y)∧ μCij(z), (2)

式 (2)中 x EC, y E, z N.

再求 N的隸屬度函數:

μN(z)= ∨

x EC;y E μR(x, y, z)∧ μA(x)∧ μB(y). (3)

2.3 模糊量轉換為精確量

通過模糊推理所得到的是模糊量 , 而實際控製需要的是精確量 , 因此需要將模糊量轉換為精確量 .本文采用最大隸屬度法將模糊量轉換為精確量[ 5], 該方法為 :選擇輸出模糊集 N中隸屬度最大的那個元素作為精確量輸出, 即 Z′應滿足:μN(Z′)≥ μN(Z), (4)式 (4)中, N為模糊集;Z為精確量.當輸出量的隸屬度函數隻有 1個峰值時, 則取該峰值對應元素的平均值作為精確量.求出 Z′後再由公式 (5)得 PLC的實際輸出控製量 Nk, 得到表 3.實際運行時 , 將表 3的內容以數據塊的形式存入 FX2NPLC工作存儲區內 , 在已知 Ei和 ECi的情況下 , 通過查詢該表得到 Nk, 再通過 PLC節點輸出.又有 :Nk =kZ, (5)式 (5)中, k為比例係數 .

3 應用實例與效果

上述的基於模糊控製的失重秤配料過程控製策略, 已應用於 WJPL微機配料控製係統[ 7] .該係統實現了 8台以上失重秤的控製, 已在陶瓷 、 玻璃、 水泥 、 黃磷等生產企業推廣應用, 創造了顯著的經濟效益 .如某玻璃生產有限公司使用該係統後 , 使原料配料誤差小於 0.5‰, 每班配料的合格率由原來的 86.6%提高到 99.2%, 配料量由 14 t/h提高到 18 t/h, 1a創造經濟效益達 3 000多萬元 

4 結 論

玻璃、 水泥 、 黃磷和陶瓷等生產企業的生產過程是連續作業過程 , 原材料的配比對產品質量影響顯著, 為了在保證產品質量的前提下 , 盡量提高生產效率, 采用科學合理先進的配料工序, 就顯得尤為重要 .對於以失重秤為核心裝置的配料係統 , 采用以物料重量偏差和偏差變化率為輸入量, 電磁振動給料機的給料速度為輸出量 , 綜合考慮稱量精度和配料速度, 采用模糊決策, 根據配料狀態的變化 , 實時調整配料速度, 能夠使配料精度和配料速度均達到生產要求 , 有效提高配料精度和配料速度 , 使企業獲得良好技術經濟效益.

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