董剛

【摘要】本文主要講述利用可編程控制器（PLC），設(shè)計成本低、效率高的自動加水裝置。以 PLC 為主控制器，結(jié)合傳感技術(shù)、氣動裝置等技術(shù)，使用 PID 控制技術(shù)實現(xiàn)物料的自動加水。系統(tǒng)具有自動化程度高，運行平穩(wěn)，精度高等特點。

【關(guān)鍵詞】水份合格率；PID控制

一、現(xiàn)狀調(diào)查

煙草生產(chǎn)中引用真空回潮機工序?qū)υ掀瑹熯M行初步增溫增濕回潮，但由于原料片煙都是壓制成塊，插分后結(jié)塊依然存在，葉片干燥，水份不均勻，真空回潮機設(shè)備功能有限，真空回潮后葉片水份波動較大，這就造成松散回潮來料水份干濕不均，波動較大，葉片經(jīng)松散回潮調(diào)節(jié)水分后仍不能滿足出口水分要求的合格率，致使松散回潮后葉片水份合格率低，水份不穩(wěn)定，直接導(dǎo)致后續(xù)薄板烘絲線工序水份無法達標，嚴重影響產(chǎn)品感官質(zhì)量。

對三班連續(xù)四個月抽取了兩種煙葉水份合格率做了一個統(tǒng)計，結(jié)果樣品一水份合格率分別為85.5%，85.0%，81.8%，86.6%，而樣品一標準水份合格率達標值為90%；樣品二水份合格率分別為92.0%，93.3%，91.2%，96.5%，而樣品二標準水份合格率達標值為95%，從統(tǒng)計中可以看出松散回潮出口水分基本達不到標準合格率，造成了產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，給后續(xù)烘絲工序加工帶來了很大的弊端。

二、原因分析

松散回潮工序補償蒸汽閥門開度不能有效的控制出口水份。開度過大，葉片水份表層水較多，真正進入葉片內(nèi)部的水份很少，會影響葉片含水率的真實性；開度過小會影響葉片溫度和葉片吸水性。對于具體適合的數(shù)值，如改進使用PLC實時監(jiān)控和計算調(diào)整，則加水量根據(jù)偏差自動調(diào)節(jié)，就會達到比較滿意的合格率要求。

三、解決方案

首先，根據(jù)來料入口水分、設(shè)定出口水分和來料流量進行加水量的算法。然后由實際出口水分和設(shè)定出口水分的偏差，對加水量進行修正，算出最終加水量。其次，在管路中增加氣動薄膜閥和流量計，接入控制系統(tǒng)中。通過程序控制氣動薄膜閥的開度，使實際加水量和計算的加水量一致。

控制方法選用工控領(lǐng)域中成熟的PID調(diào)節(jié)，很好地保證了整套系統(tǒng)的控制精度。整套系統(tǒng)使用串級PID控制，分為內(nèi)環(huán)PID控制和外環(huán)PID控制，內(nèi)環(huán)控制水流量的穩(wěn)定性，外環(huán)根據(jù)水分偏差算出加水量的修正值。本文針對硬件系統(tǒng)的組態(tài)以及程序算法進行敘述。

四、實施過程

1.在加水管路中增加相應(yīng)的檢測和控制原件

在加水管路中增加流量計和氣動薄膜閥，流量計實現(xiàn)對水流量的采集，通過氣動薄膜法實現(xiàn)對水流量的自動控制。

2.在I/O分控箱中添加控制模塊并進行硬件組態(tài)

由于流量計和氣動薄膜閥分別使用模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊進行控制，我們在I/O分控箱中增加了相應(yīng)的模塊，對其進行硬件組態(tài)并分配地址，實現(xiàn)總線系統(tǒng)通訊狀態(tài)正常。

3.控制程序的調(diào)整

1）加水量的理論值

在程序中編程實現(xiàn)加水量理論值的算法，根據(jù)實際入口水分、電子秤流量以及設(shè)定出口水分計算出加水量的理論值。再根據(jù)生產(chǎn)的實際情況對公式進行調(diào)整，使理論加水值盡可能適應(yīng)滿足出口水分穩(wěn)定性的要求。

2）加水量的修正值

由于理論加水量是按照公式計算出的數(shù)值，在實際加水過程中，實際出口水分會出現(xiàn)一定偏差，在程序中需要增加一個針對這一偏差的加水量修正值，修正值由程序中PID塊計算得出，這也是串級控制中的外環(huán)。

3）加水流量的控制

上面計算出的最終加水流量的設(shè)定值，需要通過氣動薄膜閥開啟度的自動調(diào)整來控制其流量的穩(wěn)定性。氣動薄膜閥開啟度控制通過PID塊來實現(xiàn)，這也是串級控制中的內(nèi)環(huán)。

4）針對物料頭尾階段的處理

在電子秤物料剛進入滾筒時，由于滾筒出口無物料。此時外環(huán)PID塊不工作，通過公式計算出的理論加水量直接參與水流量控制，當(dāng)滾筒出口水分大于一定數(shù)值后，出口水分修正值參與計算。

當(dāng)電子秤上無物料時，經(jīng)過一定時間延時，加水系統(tǒng)自動停止運行。

5）針對PID塊中參數(shù)的調(diào)整

PID塊中關(guān)于修正值計算以及氣動薄膜閥開度的控制過程中，如果PID塊調(diào)節(jié)速度不合適，會引起控制過程的波動。針對整個自動加水控制過程來說，當(dāng)實際出口水分同設(shè)定水分出現(xiàn)較小偏差時：如果系統(tǒng)調(diào)節(jié)過快會使加水量修正值變化過快，會導(dǎo)致出口水分出現(xiàn)震蕩，整個控制過程波動較大；如果系統(tǒng)調(diào)節(jié)過慢，會使加水量修正值變化緩慢，會導(dǎo)致實際出口水分很長時間內(nèi)達不到設(shè)定值，過程控制的穩(wěn)定性也達不到要求。所以，我們需要在物料運行過程中，針對PID塊中的P參數(shù)、I參數(shù)和D參數(shù)進行仔細的摸索驗證和調(diào)整，滿足過程控制穩(wěn)定性的要求。最理想的參數(shù)是在3個振蕩周期內(nèi)實際出口水分可以達到設(shè)定值。

五、系統(tǒng)改進前后的效果驗證

通過對松散回潮滾筒相關(guān)硬件的安裝調(diào)試及控制程序的重新優(yōu)

化設(shè)計，并根據(jù)實際生產(chǎn)情況對PID控制塊中的P參數(shù)、I參數(shù)和D參數(shù)進行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，葉片出口水分穩(wěn)定性明顯增加，出口水分的標準偏差以及標偏符合率大幅提高。再次對三班連續(xù)四個月抽取了兩種煙葉水份合格率做了一個統(tǒng)計，如下：

樣品一水份合格率情況：

樣品二水份合格率情況：

從結(jié)果可以看出，兩種煙葉水份穩(wěn)定性提升，水份合格率達到了目標值。

六、結(jié)論

本文自動加水控制系統(tǒng)中涉及到兩個 PID 控制器，其中一個控制器的輸出，作為另一個控制器的給定，這種串級 PID 控制使過程控制穩(wěn)定性明顯增加。

參考文獻

[1]SLC500 and micrologix1000指令集參考手冊[S].ockwell international corp.

[2]廖常初.大中型PLC應(yīng)用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005，2.

[3]高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計實例[M].北京：人民郵電出版社，2004.