楊聚慶，劉嬌月，王光民

YANG Ju-qing1,LIU Jiao-yue1,WANG Guang-min2

（1. 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南陽 473009；2. 河南紅宇企業(yè)集團有限責(zé)任公司，鄭州 451450）

0 引言

攪拌站控制系統(tǒng)設(shè)計直接關(guān)系到瀝青混凝土拌和料的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及攪拌站自動化控制和管理水平。在攪拌站配料控制過程中，由于落差及物料流不穩(wěn)定給實際控制配料精度帶來了較大的困難，動態(tài)稱量過程中“飛料”、落料對秤的沖擊等因素的影響明顯。本文基于迭代自學(xué)習(xí)控制方法設(shè)計了系統(tǒng)的補償量學(xué)習(xí)算法，根據(jù)算法程序?qū)崿F(xiàn)過程控制，提高了生產(chǎn)配料精度，降低了廢料率。

1 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

攪拌站控制系統(tǒng)采用“計算機組態(tài)控制技術(shù)+PLC控制技術(shù)+優(yōu)化控制算法＋現(xiàn)場總線技術(shù)”的控制方案，通過PROFIBUSDP總線及以太網(wǎng)通信組成分布式計算機控制系統(tǒng)，由上位機、PLC、分布式I/O單元、觸摸屏、變頻器、智能儀表等組成?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 配料控制程序

配料控制是整個控制系統(tǒng)的核心，包括配方輸入、稱量、拌合、放料等過程控制。配料的準(zhǔn)確性直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。配料控制通過PLC主站控制稱量裝置的動作來實現(xiàn)。系統(tǒng)配有石粉稱量裝置、熱骨料稱量裝置和瀝青稱量裝置，各種粒徑的石料按照一定的順序稱量而合用一臺稱量裝置，粉料用一臺稱量裝置，瀝青用一臺稱量裝置。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖

配料過程分為四個子模塊區(qū)域：骨料稱量子模塊、料稱量子模塊、瀝青稱量子模塊、配料補償子模塊。通過程序塊將用戶程序分布到不同的塊中并建立塊調(diào)用的分層結(jié)構(gòu)來組織程序。

3 配料控制補償量分析

在配料控制過程中，物料從貯料倉下落到計量斗，到達計量斗后才能通過傳感器得到實際重量信號。由于空中尚有余料，因此傳感器得到的重量信號并不能及時反映從料斗下落的實際物料重量。而且，當(dāng)料門關(guān)閉后，最后計量斗內(nèi)的物料實際重量應(yīng)包括這部分落差量（也稱“飛料”）。落差及物料流不穩(wěn)定所引起的落差隨機變化，都給配料精度的提高帶來了較大的困難。

克服因落差引起的稱量誤差唯一的辦法就是在配料過程中，提前關(guān)閉給料門，即在到達配方設(shè)定值之前就關(guān)閉給料門，切斷料流。等待落差量全部落入計量斗，最后實際配料重量為關(guān)門時的重量值和落差值之和。只要使最后實際配料重量在設(shè)定值的允許偏差范圍之內(nèi)，就完成了配料的精度控制。配料控制的補償原理如圖2所示。由于受各種因素的影響，落差值是一個隨機的變量，究竟如何確定提前量（補償量），使得恰好等于落差值，便是需要解決的問題。

圖2 配料控制的補償原理

4 自學(xué)習(xí)迭代算法設(shè)計

圖3 迭代自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的控制過程圖

由于各物料是由高處落入秤中，粒徑大小、物料位置的高度、需要量的多少，甚至稱量的順序都直接影響配料的精度。一般采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)與自學(xué)習(xí)調(diào)整相結(jié)合的方法解決落差量對配料精度的影響。以純滯后數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，利用經(jīng)驗公式，采用迭代自學(xué)習(xí)控制方法對落差進行預(yù)估及計算，實現(xiàn)落差自動修正，提高計量的準(zhǔn)確度。

在迭代自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)中，控制作用的學(xué)習(xí)是通過對以往經(jīng)驗（控制作用與誤差的加權(quán)和）的記憶實現(xiàn)的，算法的收斂性依賴于加權(quán)因子的確定。這種學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心是系統(tǒng)不變性的假設(shè)，以及基于記憶單元的間斷的重復(fù)訓(xùn)練過程。學(xué)習(xí)規(guī)律簡單可循，還可以實現(xiàn)訓(xùn)練間隙的離線計算，因而不但有較好的實時性，而且對于干擾和系統(tǒng)模型的變化具有一定的魯棒性。迭代自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的控制過程如圖3所示。

首先在第一次稱量前，根據(jù)經(jīng)驗人為設(shè)定一個補償量的初始值Wf1，

u值一般取配方值Wt的5%，第一次稱量就以配方值與它的差值作為控制值，達到WtWf1時發(fā)出關(guān)門信號提前結(jié)束稱量。此時實際稱量值W1與配方值Wt存在誤差△W1，

可以產(chǎn)生新的切換系數(shù)：

q為加權(quán)學(xué)習(xí)因子。

計算出第一次稱量的誤差，接著以初始值和實際誤差的加權(quán)值之和作為下一次的補償量，從而決定一個新的落差值，作為控制下一次稱量的依據(jù)，第二次稱量結(jié)束后，又計算出一個新的補償量，該補償量實際上是考慮了上二次的誤差后計算出來的。以此類推，以后每次都進行這樣的修正，稱量次數(shù)越多，稱量的誤差就越小。

根據(jù)補償量的學(xué)習(xí)算法，編制了配料補償子模塊，每次稱量時調(diào)用。

在編制補償量控制算法程序時，采用表1中的算法公式。

表1 配料控制的補償量修正程序表

由表1可得出：

式中：n—設(shè)定的配料次數(shù)

Wt—物料計量配方值，直接取自輸入配比

Wci—提前關(guān)門量，各次實際控制的物料計量值

W fi —各次補償量

Wi—各次實際測量值

5 結(jié)論

基于迭代自學(xué)習(xí)控制方法的補償量學(xué)習(xí)算法設(shè)計，對配料控制過程進行了補償程序控制，提高了配料和控制精度，動態(tài)稱量過程中“飛料”、落料對秤的沖擊等因素的影響明顯減小。實際使用測試，配料控制經(jīng)過4-5批次參數(shù)自動修正后計量精度能夠達到骨料≤0.5%、粉料≤0.35%、瀝青≤0.3%，混合料的油石混合比≤0.3%，達到優(yōu)等品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，取得了滿意的使用效果。目前改設(shè)計已推廣應(yīng)用到國內(nèi)大中型瀝青混凝土攪拌設(shè)備，對筑路機械的國產(chǎn)化智能控制系統(tǒng)開發(fā)具有重要意義。

[1] 馮忠緒,趙利軍. 智能化攪拌設(shè)備[J]. 長安大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版,2004,2(46)： 77-79.

[2] 楊聚慶,劉嬌月. 攪拌站電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］.電氣技術(shù),2009,4： 66-68.

[3] 林濤,王志文,王江波. LB2000型瀝青混凝土攪拌設(shè)備計算機控制系統(tǒng)[J]. 筑路機械與施工機械化,2006,2(32)：15-17.

[4] 田奇. 瀝青及混凝土攪拌站應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京： 中國建材工業(yè)出版社,2005.

[5] 陳拴發(fā),陳華鑫,鄭木蓮. 瀝青混合料設(shè)計與施工[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版,2006.