胶槽温度的PID周期性离散控制算法.pdf

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1、232化工自动化及仪表第39卷胶槽温度的PID周期性离散控制算法戎军伟任有志姜丹丁辉(河北科技大学机械电子工程学院．石家庄050018)摘要通过分析胶槽内胶液温度变化与手模沾胶质量的关系．以及影响胶槽内胶液温度变化的因素．明确了控制对象的特性。结合生产要求。通过软件方法将PID计算输出的连续结果作离散处理，实现了以开关型阀门为执行机构，对PVC手套生产中胶槽内胶液温度的周期性调节。实际应用效果验证了PlD后续处理算法的正确性和系统方案的可行性。关键词PVC手套温度控制可编程控制器(PLC)PID中图分类号TH86文献标识码A文章编号1000．3932(2012)02旬232

2、JD4温度控制一直是工业生产中普遍存在的工程问题，根据生产工艺对温控精度的不同要求，温控系统的实现方法也不尽相同。对控制精度要求不高的系统，可以通过设置温度范围的上、下限，利用温度超限时控制器发出的开关量信号，控制开关执行机构，实现对温度的粗略控制。这类控制系统的特点是成本低、控制方法简单易行，但控制精度低、温度波动大，不适用于大惯性系统。而对控制精度要求较高的系统，大多是采用PID连续调节的方法来实现温度控制的，甚至根据被控对象的温度变化特性，在常规PID基础上融入现代化的智能控制方法，如模糊PID及神经网络PID等⋯。这类控制系统要求控制器将设定的目标值与过程值作比较，

3、实时计算并输出连续控制量，通过连续执行机构如电动调节阀实现对温度的实时调节。这类控制系统控制精度高，静、动态特性较好，但实施和维护的技术难度较大，成本很高嵋一一。笔者根据某公司对PVC手套生产中胶槽内胶液温度的控制要求(58±l℃)、被控对象的温度特性以及现有设备等因素，通过将PID计算得到的连续操作量作离散化处理，实现了对开关执行机构的周期性控制，达到了胶槽内胶液温度的控制要求。最后经过分析，说明了系统方案的控制特性，为实际生产应用提供了经济可行的控制方案。1PVC胶槽温度控制系统工艺分析由PVC手套生产工艺流程(图1)知，在PVC手套生产中，手模需要经过PVC料槽沾取胶

4、液，然后再进入烤箱烘烤成形，之后脱模获取手套。图1PVC手套生产工艺流程工艺过程中，胶液温度直接决定沾胶质量，并最终影响手套质量。如果PVC胶液温度低，则胶液粘度大，手模沾胶后表面附着的胶层厚度大，烘烤时间长，原料消耗增加。如果PVC胶液温度高，则胶液粘度小，手模沾胶后表面附着的胶层厚度小，烘烤成形后手套可承受的弹性变形量小，同时PVC溶剂油挥发加快，污染工作空间。经配料工艺预制的PVC胶液放入胶槽后，不再发生化学反应而放热或吸热，而是以热传导的方式随外界温度而变化。在手套生产中，手模沾胶后经过约200℃的烤箱，到再次沾胶时，仍然具有较高的温度，这些余热通过连续不断的沾胶过

5、程，最后扩散到PVc胶液中。余热的不断积累会使胶液温度不断上升，因此需对胶槽内的胶液进行冷却降温。如图2所示，胶槽容积约4—5m’，是带有保温套的长方体形上开口容器。当槽内胶液温度较高时。通过保温套进口阀门V-1(自动)向夹套内注入冷水，经冷水吸收热量(热传递作用)后，从出口阀门V．2(手动常开)流出，从而实现对胶液收稿日期：201l-12·18(修改稿)第2期戎军伟等．胶槽温度的PID周期性离散控制算法233温度的调节作用。图2胶槽结构示意图2硬件系统设计根据生产经验，当PVc胶液温度保持在58±l℃范围时，可满足现行的沾胶质量要求。由于控制精度要求较低，所以选择由离散信

6、号控制的开关阀门来调节胶槽夹套(即保温套)内的冷水流量。由工艺分析可知，当冷水温度恒定时，影响胶槽温度的主要因素有：进入胶槽时的手模温度和注入夹套的冷水量。其中，手模温度由红外传感器实时测定，注入夹套的冷水量可由夹套进水口阀门的开通时间决定，而阀门开通时间可由其控制信号调节。取得以上信息后，再通过热电阻Ptl00测得胶槽内的胶液温度，便可实现对胶液温度的闭环控制。控制器选用西门子s7．226紧凑型PLC及其温度扩展模块EM23lRTD，硬件控制回路如图3所示。数阀门Pll00图3硬件系统回路结构示意图3软件设计软件设计如图4所示，经PID计算得到的操作量与前馈量相互作用得到

7、连续操作量，此连续操作量经离散控制算法处理后得到离散操作量，离散操作量从控制器的DO端口输出，控制执行机构。模温设定值图4软件算法框图由于开关型阀门的动作特点，PLc的阀门动作控制程序需要将PID计算的连续结果离散化，以便实现阀门对料槽温度的周期性调节。在s7．226中，如果通过PID计算结果用4—20mA或0～lOV的模拟信号控制调节阀门，那么当PID计算结果为32000时，模拟信号满量程输出20mA或10V，对应调节阀门全开(或全关)。当PID计算结果为16000时，对应模拟量输出为12mA或5V，调节阀开度5