1　引　言
在塑料工業的造粒設備中,助劑配料係統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、熔點較低的助劑料時,經常會出現堵塞的情況,迫使主生產流程中斷。皮帶秤配料係統雖能避免堵塞情況的發生,卻往往受皮帶張力變化等多方麵因素影響,控製精度達不到理想效果。在某石化企業的技術改造項目中,我們結合皮帶秤配料係統本身的工作原理及相關物料特性,提出采用傳統的PID和模糊控製算法相結合的控製策略。經過一段時間的生產應用,表明該控製方案能完全滿足工藝精度需求,控製效果簡單有效。
2　係統介紹
該企業早期建設的造粒配料係統皮帶配料秤采用德國申克公司生產的計量秤,原內部集成MULTICONT控製係統。因為開放性差,在係統異常時維護困難,決定進行技術改造,以性能可靠的PLC控製係統取而代之。
係統運行時,由給料裝置使物料隨皮帶傳動下料,卸料口的擋板設計,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製器SIMATICS72300PLC。通過計算前後兩次采樣的稱重值差,控製器實現對K8凯发登录入口的計算v=Δm/t(kg/h)。獲得的實時K8凯发登录入口與給定值比較後,控製器調節輸出到控製電機轉速的變頻器電流i,從而使下料速度穩定在設定值上。
3　係統控製實現
常規PID控製器是一種應用最為廣泛的控製方式,它的最大優點在於算法簡單、可靠性高,缺點是難以控製非線性、時變和機理複雜的過程;而單純模糊控製器盡管能對難以建模的複雜過程進行有效控製,但卻不能消除配料控製係統的穩態誤差,容易在平衡點附近產生小幅振蕩,影響了過程控製的效果[1]。針對本係統,被控量i(4～20mA),控製量Δv=v-vs(vs為設定負荷),采用Fuzzy2PID複合控製策略:當偏差較大時采用Fuzzy控製,當偏差減小到較小範圍時采用PID控製方式。兩種控製模式並行能使得係統響應時間縮短,同時明顯地消除穩態誤差。
3.1　控製模式選擇切換

係統運行過程中控製模式的在線切換,是利用PLC程序中的軟件開關實現。工藝要求助劑下料控製精度達4%,結合各助劑常規負荷,令7%vs為大小偏差分界值,設定規律如下:當|Δv|=|v-vs|≤7%vs時,采用PID控製策略;當|Δv|=|v-vs|≥7%vs時,采用Fuzzy控製策略。為避免在控製策略切換時出現值跳變擾動,當Fuzzy控製策略向PID控製策略切換時,調節器的輸出將保持Fuzzy控製策略下的輸出值if,直到PID控製器輸出|ip|≤|if|;PID控製策略向Fuzzy控製策略切換時,調節器的輸出將保持PID控製策略下的輸出值ip,直到Fuzzy控製器輸出|if|≥|ip|。
3.2　PID控製器(CONT_C)設計
STEP7軟件中相關PID功能塊有3種:連續控製器(CONT_C)、開關控製器(CONT_S)和脈衝寬度調製器(PULSEGEN)。本係統輸入的稱重信號和輸出的電流信號均為I/O模擬量,選擇連續控製器(CONT_C)進行調節符合本設計的實際應用。連續控製器內部PID作為一種位置算法進行控製,比例、積分及微分運算並行連接。PID調節控製在定時中斷OB35功能塊中完成,為避免係統紊亂,確保中斷間隔值比OB35中程序運行時間長。PID控製參數(比例係數kP、積分時間tI和微分時間tD)的整定在現場的反複試驗中完成:初期先關閉積分項和微分項,比例度按經驗數據給定,根據過程值PV的趨勢曲線整定比例係數使PV達4∶1的衰減振蕩;將比例度加至原來1.2倍後,將積分時間tI由大到小調節整定至PV曲線再次得到4∶1衰減振蕩;將比例係數kP調回原值後,微分時間tD以(1～1)tI給定後從小到大調節,直至PV曲線再43次成形。
3.3　Fuzzy控製器設計
采用Mamdani推理法把對應於當前輸入值的所有有效規則推理得出的控製量的模糊子集相“並”,再根據重心法公式if=ρ[xiμN(xi)]當|Δv|=|v-vs|≥7%vs時,係統構建Fuzzy二維控製模型。精確量下料速度誤差Δv、誤差變化率c=dΔv分別在區間[-6,6]及[-6,6]中進行數dt值量化處理,得到模糊量E和C。控製器輸出語言變量為模糊電K8凯发登录入口I。對應模糊子集分為七檔:E=C=I={NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}={負大,負中,負小,零,正小,正中,正大},其論域均為:E=C={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},I={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}。決定Fuzzy控製器品質的模糊規則,是根據控製原理及現場實際經驗總結得出的。在軟件實現中用“IF……THEN……”的結構表達,條件選擇中可以ρμN(xi)對輸出控製量進行模糊判決,可以求得I[2～4]。在PLC程序中,以模糊控製量查詢表的方式實現PLC對於變頻器的智能模糊控製。
4　總結
結合工程實際的改造後,該方案下運行的PLC控製機構已成功取代原設備。全係統長時間穩定運行,其控製精度、性能指標完全滿足生產需要。
本設計有效解決了以往皮帶秤配料係統存在的係統誤差較大、動態特性不理想的問題,提高了係統的控製準確度和可靠性,為控製螺旋配料秤、圓盤配料秤等其他配料裝置探索了一種可行的方案。

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