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        PID控制在感光乳劑制備中的應(yīng)用

        2019-09-10 17:31:12周志雄
        學(xué)業(yè) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:控制

        周志雄

        摘要:提出一種基于PLC的PID控制策略,并將其應(yīng)用于感光乳劑生產(chǎn)的溫度控制中,實踐證明該方 法對于時變、滯后系統(tǒng)是行之有效的。

        關(guān)鍵詞:PLC;PID;控制;FB4l

        可編程控制器(PLc)是現(xiàn)代工業(yè)自動化支柱 之一,近年來發(fā)展迅速,應(yīng)用廣泛,在對諸如溫度及流量等過程變量實施控制時,一般只需在其基 本硬件上另配D/A、A/D模塊,再采用相應(yīng)廠家提供的PID功能塊,設(shè)置好參數(shù),即可完成控制回路的構(gòu)建。一般廠家只提供標(biāo)準(zhǔn)的PID控制功能塊,其靈活性和適用性不高,對于復(fù)雜的被控對象和工藝要求苛刻的場合,這種常規(guī)填表式的PID 方法往往難以獲得滿意的控制效果,而采用自適 應(yīng)控制、模糊控制以及神經(jīng)元控制等方法,實現(xiàn)起來又有種種不便和限制。

        1 工藝簡介和控制要求 銀鹽感光乳劑是一種具有高成像性能和高分 辨率的材料,制備好的乳劑經(jīng)過涂布干燥和分切 包裝就成為照相膠卷、電影膠片和電子線路制版 軟片。在乳劑生產(chǎn)中有稱之為二成熟的重要物理 成熟過程,溫度和時間對感光微晶的生長和形狀 (乳劑性能)影響很大。每批次的乳劑生產(chǎn)中,不 管是升溫階段,還是恒溫階段,工藝上都不允許有超過士1℃的偏差,升溫過程控制在23min。加熱 水箱進的是自來水和本身溫度變化不大的熱水 (±1.6cc),控制上采用常規(guī)PID串級實現(xiàn)方法,基本上能滿足生產(chǎn)工藝要求,溫度控制簡圖如圖 l所示。但在2010年,公司引進柯尼卡乳劑制備 技術(shù)后,溫度偏差極限變?yōu)椤繭.5℃,同時因節(jié)能 需要,加熱水箱的熱水改為蒸汽。根據(jù)其他相關(guān) 設(shè)備的控制情況來看,如仍采用以前的串級控制,在二成熟釜的恒溫時段問題不大,但在升溫時段的末期,溫度超調(diào)將達到6℃以上,生產(chǎn)根本無法 繼續(xù)進行。

        2對FB41的改進和溫度控制策略的實施 西門子S7-300、400PLc控制器中的PID控制功能塊FB41(包括其他PID功能塊),是基于應(yīng)用 定位方面的原因,用于過程變量的串級控制有明顯不足之處,無法和DCS系統(tǒng)中相應(yīng)的功能塊相比,主要是控制上手動、自動問的無擾切換問題,這給前期調(diào)試和串級控制帶來很大不便。幸運的 是FB41中過程變量多、對編程人員開放,更重要的是FB41的源代碼很容易找到,這為深入剖析和改造FB4l,實現(xiàn)具有針對性的靈活控制,滿足 特定的工藝控制要求提供了條件。在乳劑制備 中,一成熟過程溫度控制用的是橫河DCS CS3000R3系統(tǒng),在現(xiàn)有條件下,靈活的溫度控制策略難以實現(xiàn)。

        2.1 對FB41的改進 FB41的具體改進措施有:a.FB41自身雖帶有手動到自動的切換功 能,但不是完全無擾動,需另外在手動一自動時 (瞬間)將過程值PV-IN送給設(shè)定值sV-INT,然 后再加一斜坡函數(shù),從而實現(xiàn)完善的手/自動無擾切換。b.FB4l無自動到手動的無擾切換功能,通 過另外編程,將PID輸出值LMN—PER送給手動值MAN,再加一斜坡函數(shù)即可。c.以上兩點是針對PID單回路而言的,對于 由FB41組成的雙回路串級控制,要實現(xiàn)主環(huán)和副環(huán)的手動、自動無擾切換,當(dāng)然要復(fù)雜些,但基本原理一樣。

        2.2控制策略的實施由于釜壁、乳劑物性以及乳劑量等原因,和水 箱溫度r。相比,乳劑溫度咒出現(xiàn)滯后、非線性的 現(xiàn)象,問題的關(guān)鍵集中在對L的控制上。首先,在現(xiàn)場確定蒸汽調(diào)節(jié)閥的最大開度 (以水箱少量蒸汽溢出為準(zhǔn))。然后參照疋的設(shè) 定sV2(以影像制版印刷軟片乳劑為例,SV2 為72℃),設(shè)置水箱L的設(shè)定值SVl為80℃,瓦 和咒間的差值△r為8℃,△r值是由相關(guān)經(jīng)驗和現(xiàn)場試驗確定的,既可滿足對于升溫時間的要求,又避免了蒸汽的浪費,以及因△r數(shù)值不當(dāng),造成對控制的不良影響。水箱溫度瓦被控制在80℃(此時整個系統(tǒng) 是單副環(huán)運行),當(dāng)乳劑溫度咒升至70℃時,E 設(shè)定值SVl再降為72℃。由于整個水箱和管道容量不大,E變化迅速,在3min內(nèi)基本穩(wěn)定,然后將主環(huán)投入自動,主環(huán)和副環(huán)之間加無擾動處理,實現(xiàn)串級控制,系統(tǒng)很快進入恒溫時段。以上策略中,蒸汽閥的最大開度、SVl值的設(shè)置和變化、△r的大小是關(guān)鍵。實施這種靈活的控 制策略后,升溫時段的曲線非常理想,完全滿足了工藝要求,這是通常簡單地采用填寫控制參數(shù)、實現(xiàn)PID串級控制所無法達到的。

        3 結(jié)束語

        生產(chǎn)工藝上的特殊要求,需要相應(yīng)的控制策略來實現(xiàn),針對銀鹽感光乳劑生產(chǎn)上存在的問題,在對現(xiàn)場設(shè)備、生產(chǎn)工藝十分熟悉的基礎(chǔ)上,打破常規(guī)思維,采用靈活的控制策略,利用西門子S7.300PLC中PID功能塊(FB41),實現(xiàn)了對乳劑制備過程中溫度的成功控制。

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