摘要：為了解決硅酸鈣板料漿濃度控制問題，設(shè)計(jì)了料漿濃度檢測(cè)及控制系統(tǒng)。介紹了基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)PID控制，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方法的可行性。

　　0   引言

　　在硅酸鈣板生產(chǎn)中，料漿濃度影響板坯厚度的穩(wěn)定性，影響產(chǎn)品的質(zhì)量及合格率。本文介紹了料漿濃度的PID（比例、積分、微分）控制系統(tǒng)，部分實(shí)驗(yàn)情況。

　　1   料漿濃度控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)如圖所示，儲(chǔ)漿池的料漿通過渣漿泵輸入預(yù)攪拌罐，預(yù)攪拌罐的料漿通過罐底手動(dòng)蝶閥放入流漿箱制板。由于生產(chǎn)中有回料，會(huì)造成儲(chǔ)漿池的料漿濃度不穩(wěn)定，影響制板厚度。為穩(wěn)定預(yù)攪拌罐料漿濃度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為儲(chǔ)漿池濃度配比稍高些，放入預(yù)攪拌罐。另外通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥按控制要求放入清水以調(diào)配預(yù)攪拌罐的料漿濃度，使其保持穩(wěn)定。重量傳感器或濃度計(jì)檢測(cè)到的濃度值輸入PLC的PID控制器中，該值與控制器的設(shè)定值進(jìn)行比較。比較后控制器將輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，以控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量，使預(yù)攪拌罐的料漿濃度值趨向于設(shè)定值。

控制系統(tǒng)

　　2   PLC中PID控制器的實(shí)現(xiàn)

　　下面以O(shè)MRON PLC為例，說明PID控制器的組成原理；PID控制的算法原理及控制功能的實(shí)現(xiàn)。

　　2.1  PID控制器的組成原理

　　以PLC作為控制器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2所示。圖中的虛線部分1由PLC來實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)元件將被控量實(shí)際值S測(cè)量轉(zhuǎn)換為模擬1~5V電壓信號(hào)或4mA~20mA的電流信號(hào)，該模擬信號(hào)接至PLC的AI模塊，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)用戶編寫的PID控制程序，將測(cè)量值S與給定值C比較，通過二者的偏差進(jìn)行PID算法的運(yùn)算得到輸出操作信號(hào)D，經(jīng)PLC的AO模塊進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)（1~5V電壓信號(hào)或4mA~20mA的電流信號(hào)）用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。

PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　2.2  PID控制器的算法原理

　　OMRON PLC編程軟件提供PID控制中的運(yùn)算以目標(biāo)值濾波型2自由度的控制方式進(jìn)行。[Page]

       KP：比例常數(shù)   Ti：積分時(shí)間    Td：微分時(shí)間

　　τ：取樣周期   α：2-PID參數(shù)  λ：不完全微分系數(shù)

　　 目標(biāo)值濾波型2自由度PID運(yùn)算框圖

　　在單純PID控制中，對(duì)于干擾的穩(wěn)定性則會(huì)變得遲緩，相反如果要加快對(duì)干擾的穩(wěn)定，對(duì)于目標(biāo)值的應(yīng)答就會(huì)變慢。在2自由度PID控制中，對(duì)于目標(biāo)值的應(yīng)答將變快，也可以更快實(shí)現(xiàn)對(duì)于干擾的穩(wěn)定。

　　參數(shù)說明：

　　　　2.3  PID控制器的功能說明　　

 PID控制器動(dòng)作框圖

　　2.4  方案實(shí)施

　　在實(shí)驗(yàn)室通過傳感器檢測(cè)信號(hào)（濃度值），變送成4mA~20mA的電流信號(hào)，接OMRON PLC的AI模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入到OMRON PLC中，經(jīng)輸入量程轉(zhuǎn)換為實(shí)際的濃度值顯示在觸摸屏上，該值和觸摸屏的設(shè)定值（所需要的濃度值）比較，進(jìn)行PID控制運(yùn)算得到操作量，控制輸出信號(hào)燈（對(duì)水閥門正向動(dòng)作或逆向動(dòng)作）再經(jīng)過輸出量程轉(zhuǎn)換控制信號(hào)燈（對(duì)水閥門正向動(dòng)作或逆向動(dòng)作）和D/A轉(zhuǎn)換得到4mA~20mA的電流信號(hào)去控制顯示儀表（對(duì)水調(diào)節(jié)閥開度大?。?，最終實(shí)現(xiàn)濃度的閉環(huán)控制。

　　實(shí)驗(yàn)過程是用砝碼逐漸加減載在傳感器上模擬濃度值的變化，觀察在觸摸屏上及顯示儀表數(shù)據(jù)變化，分析觸摸屏上參數(shù)曲線趨勢(shì)圖。通過在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)編程及數(shù)據(jù)處理得出本實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行速度和控制品質(zhì)是滿足預(yù)定條件的。

　　在觸摸屏上同時(shí)可顯示生產(chǎn)線所需了解的參數(shù)，如毛布速度、料坯厚度、小料層厚度、成型圈數(shù)等。

　　3結(jié)束語

　　為了解決硅酸鈣板料漿濃度控制問題，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)PID控制的可行性。在此基礎(chǔ)上將進(jìn)行生產(chǎn)線的現(xiàn)場安裝測(cè)試，以解決硅酸鈣板生產(chǎn)的板厚不穩(wěn)定問題。