PLC控制的涂布機(jī)同步

1、基于PLC和模糊控制的涂布機(jī)同步控制系統(tǒng)2004-12-24 10:43:00 摘要：薄紙?jiān)谕坎歼^程中存在張力小，容易拉斷的問題，通過PLC和變頻器結(jié)合控制，加上PID和模糊控制變系數(shù)相結(jié)合的算法，在實(shí)際連續(xù)生產(chǎn)中得到了較好的評價(jià)。關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；PID；模糊控制；涂布同步控制1 前言 造紙企業(yè)大多面臨著經(jīng)濟(jì)效益低、環(huán)保壓力大的困境，特別是2001年以來環(huán)保執(zhí)法監(jiān)督、檢查力度加大，許多造紙廠化學(xué)制漿被關(guān)停，中小型造紙企業(yè)倍感生存困難。開發(fā)特種用紙，有利于治理污染、保護(hù)環(huán)境，而且技術(shù)含量高，附加值高，可以使企業(yè)產(chǎn)值效益大幅增長。涂布紙就是其中一種附加值比較高的特種紙。 本例薄紙?jiān)谕坎歼^程

2、中，紙張能承受的張力很小，經(jīng)過料液之后，濕紙的強(qiáng)度進(jìn)一步降低，對涂布機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)同步的要求需相應(yīng)地提高，對于同步控制的程序設(shè)計(jì)要求很高。2 涂布系統(tǒng)生產(chǎn)過程 薄紙涂布機(jī)的構(gòu)造見圖1。紙張從退紙架上退出，經(jīng)施膠輥涂布后，進(jìn)入烘箱烘干，在經(jīng)張力輥，檢測張力最后上烘缸進(jìn)行收卷。開機(jī)時(shí)全機(jī)處在引紙狀態(tài)。當(dāng)紙張引上烘缸后就將烘缸狀態(tài)切換到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，開始進(jìn)行提速，在指定時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定車速。速度由加速增量和PID輸出值累加而成，此時(shí)同步控制要求張力輥在中間位置小范圍內(nèi)波動(dòng)，確保紙張張力適宜。張力變化過大，容易造成紙張起皺，甚至于斷裂，影響紙張的質(zhì)量和生產(chǎn)的連續(xù)性。3 同步控制系統(tǒng) 整個(gè)同步控制系統(tǒng)中，控制框圖

3、如圖2所示。PLC根據(jù)各電機(jī)的狀態(tài)信號，以及采集到的各電機(jī)速度脈沖和當(dāng)前張力輥所在位置進(jìn)行PID同步計(jì)算，計(jì)算出各電機(jī)的速度增減量，再輸出給變頻器，由變頻器控制調(diào)節(jié)各電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使張力輥穩(wěn)定在中間位置，保證紙張的生產(chǎn)質(zhì)量。 在正常生產(chǎn)時(shí)烘缸速度是由張力輥位置控制的。當(dāng)烘缸速度慢于施膠輥時(shí)，紙張出現(xiàn)堆積現(xiàn)象，張力輥失去了紙張張力的支撐開始下滑，此時(shí)PID根據(jù)張力輥的偏差對烘缸進(jìn)行提速；相反烘缸速度快于施膠輥時(shí)，張力輥被紙張張力往上拉，PID控制烘缸減速。 張力輥位置與張力輥在引紙狀態(tài)指定位置的偏差e做為計(jì)算PID時(shí)的輸入值，輸出為速度增量U。PID計(jì)算按照以下公式進(jìn)行： Up、Ui、Ui分別是比

4、例、積分和微分計(jì)算增量，Kp、Kd分別是比例系數(shù)和微分系數(shù)，Ti，和T則是積分時(shí)間和采樣時(shí)間。 在系統(tǒng)提速過程中，由于加速時(shí)間和指定運(yùn)行速度都是人為設(shè)定的，可能會出現(xiàn)加速時(shí)間過短造成加速過快。PID只能在有限范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)加速過快時(shí)，PID降低烘缸速度還沒反映出來，給定的加速增量已經(jīng)作用于烘缸，此時(shí)PID調(diào)節(jié)已經(jīng)完全不起作用，紙張很容易被拉斷。 因此增加烘缸變系數(shù)K來協(xié)調(diào)與PID的同時(shí)控制，即：K，為加速增量；當(dāng)張力輥處于設(shè)定位置，即為50的位置，e0，K1，顯然此時(shí)PID不起作用，烘缸和施膠輥同步加速；當(dāng)張力輥處于最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)，K值為0，加速增量對于烘缸不起作用，只有PID進(jìn)行調(diào)節(jié)烘缸的

5、速度，使得張力輥恢復(fù)到平衡位置。所以增加烘缸變系數(shù)K后，消除了加速增量對于PID的影響，從而保證了同步問題。 對于K值在01變化時(shí)，使用模糊控制來確定。偏差e和偏差變化量ec做為模糊控制的輸入。張力輥位置值str的范圍為0，1，張力輥位置偏差值e的范圍為05，05(以0，05為例)，偏差變化值ec的范圍為02，02(實(shí)際生產(chǎn)中張力輥位置的變化值相當(dāng)小)，K值變化范圍為0，1。將各變量范圍劃分為7個(gè)區(qū)間，表示為NB、NM、NS、CE(中點(diǎn))、PS、PM、PB(由小到大)，每個(gè)區(qū)間對應(yīng)一個(gè)隸屬函數(shù)。隸屬函數(shù)取三角函數(shù)(如圖3)。 模糊變量的賦值表略。根據(jù)實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過模糊推理得出模糊控制規(guī)則，

6、建立如下模糊控制表1。 根據(jù)輸入的偏差e及隸屬函數(shù)圖，可得包含偏差e的各輸入模糊區(qū)間及各輸入模糊區(qū)間相對應(yīng)的隸屬函數(shù)值e(i)。同理得出包含偏差變化量ec的各輸入模糊區(qū)間及各輸入模糊區(qū)間相應(yīng)的隸屬函數(shù)值c(i)，由偏差e和偏差變化量ec的各輸入模糊區(qū)間，查模糊控制表得出各對應(yīng)的輸出模糊集。輸出模糊集中各隸屬函數(shù)值u(i)是輸入模糊區(qū)間的各相應(yīng)隸屬函數(shù)值的乘積，即： 模糊控制量輸出采用中心平均模糊消除公式，把控制量由模糊量變?yōu)榫_量，得到在區(qū)間(0，1)中相應(yīng)的烘缸變系數(shù)K值。 為區(qū)間U(i)上中心點(diǎn)的取值(中心點(diǎn)的定義：該區(qū)間中使得隸屬函數(shù)值達(dá)到單位值1的所有點(diǎn)中，(橫軸)絕對值最小的點(diǎn)為中心點(diǎn))，M是模糊控制表中對應(yīng)模糊規(guī)則的數(shù)目。 由于指定速度和加速時(shí)間都是人為設(shè)定的，在正常連續(xù)生產(chǎn)中需要經(jīng)常變動(dòng)，因此加入了定時(shí)器。指定速度一有變化，定時(shí)器就置零開始工作，根據(jù)指定速度的變化量來計(jì)算加速增量，以這個(gè)加速增量為基礎(chǔ)對這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行提速，同時(shí)同步控制算法保證整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)性。 總的同步控制算法框圖如圖4。 4 結(jié)束語 使用如上介紹的