【正文】 ................................................................................ 34 養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 3 引言 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的生活水平的提高，各種住宅小區(qū)、商用建筑、養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 4 寫字樓像雨后春筍般拔地而起。建筑業(yè)的繁榮昌盛，帶動了砌塊生產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展與技術(shù)革新。傳統(tǒng)的砌塊上在全自然的環(huán)境中生產(chǎn)出來的 ，加工周期長，成功率不高。現(xiàn)在各個建材生產(chǎn)廠商專門研制出了一種砌塊養(yǎng)護窯，用來加快砌塊的出廠周期，以便提高生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效益。對 GJ型系列養(yǎng)護窯，整個控制系統(tǒng)是由新式窯體結(jié)構(gòu)、熱工供調(diào)系統(tǒng)、工業(yè)計算機控制系統(tǒng)組成的成套技術(shù)工藝設(shè)備，一般的其控制核心為單片機，這類控制系統(tǒng)雖然具有成本低、體積小、程序簡短等優(yōu)點，但只適合小型控制系統(tǒng)，對于較大型控制系統(tǒng)，不但成本大大增加，而且可靠性較差，對要求較高的系統(tǒng)難以實現(xiàn)。 PLC 具有功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于編程及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的優(yōu)點，是一種通用的自動控制裝置，結(jié) 合當(dāng)今發(fā)展較快、應(yīng)用越來越廣的模糊控制技術(shù)，可實現(xiàn)較大型控制系統(tǒng)，且功能完善，效果好。下面介紹一種以 PLC為控制核心、以模糊控制 、 PWM 控制、 PID 控制 理論為依據(jù)， 通過模糊算法、 PID 算法等優(yōu)化算法來實現(xiàn)養(yǎng)護 窯溫度控制。 養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 5 第一章 緒論 養(yǎng)護窯控制技術(shù)簡介 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，市場上建筑材料的需求也向著高質(zhì)量、大數(shù)量方向展。傳統(tǒng)的建材制造工藝越來越顯露出產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)量小，對環(huán)境污染嚴重的缺點。砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護溫度控制是砌 塊生產(chǎn)質(zhì)量控制的最后一環(huán)，也是最 為重要的一環(huán)。生產(chǎn)成型的砌塊在不同的溫度養(yǎng)護過程中進行養(yǎng)護，會有不同質(zhì)量的砌塊生產(chǎn)出來。砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護系統(tǒng)主要由蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣工藝管路、養(yǎng)護窯溫度控制系統(tǒng)三部分組成。溫度養(yǎng)護原理是：蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過固定管線輸送到各養(yǎng)護窯內(nèi)，對所生產(chǎn)的砌塊進行溫度養(yǎng)護，并由養(yǎng)護窯溫度自動控制系統(tǒng)對各養(yǎng)護窯進行溫度 控 制。 為了適應(yīng)社會的發(fā)展和滿足人們對產(chǎn)品最求的不斷提高國內(nèi)廠家開始引進國外技術(shù)。例如： 華泰的這條生產(chǎn)線具有 MBS數(shù)控系統(tǒng)和遠程傳感技術(shù)，計量準(zhǔn)確，成型主機由世界先進的模箱振動產(chǎn)生強勁激振力復(fù)合 而成，全自動監(jiān)控的蒸汽養(yǎng)護窯，采用氣流循環(huán)原理，高效節(jié)能，溫度均衡， 10小時內(nèi)使砌塊坯體迅速得到養(yǎng)護，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 曲靖華泰新型墻材有限公司是云南省曲靖越鋼集團有限公司控股的高新技術(shù)新型墻材生產(chǎn)企業(yè)，位于曲靖市麒麟?yún)^(qū)越州鎮(zhèn)。公司全套引進并消化吸收美國哥倫比亞機械公司 1600HF型高強彩色混凝土空心砌塊自動化生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力 10萬立方米，這在云南乃至西南地區(qū)都是第一家。 養(yǎng)護窯控制技術(shù)的研究狀況 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，市場上建筑材料的需求也向著高質(zhì)量、大數(shù)量方向展。傳統(tǒng)的建材制造工藝越來越顯露出產(chǎn)品質(zhì) 量差，產(chǎn)量小，對環(huán)境污染嚴重的缺點。 砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護系統(tǒng)主要由蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣工藝管路、養(yǎng)護窯溫度控制系統(tǒng)三部分組成。溫度養(yǎng)護原理是：蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過固定管線輸送到各養(yǎng)護窯內(nèi)，對所生產(chǎn)的砌塊進行溫度養(yǎng)護，并由養(yǎng)護窯溫度自動控制系統(tǒng)對各養(yǎng)護窯進行溫度控制。 砌塊生產(chǎn)線溫度養(yǎng)護的控制方式可以采用以下幾種方式： 定時器控制、 可編程定時器控制、 PLC控制 工業(yè)控制機（ IPC）控制等。 每種方式都各有優(yōu)缺點。定時器控制及可編程定時器控 制優(yōu)點是價格，缺點是只能分段控制，不能調(diào)節(jié)，且操作不便； PLC控制的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，缺點是顯示養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 6 及控制調(diào)整不便； 工業(yè)控制機（ IPC）控制則具有 PLC 控制穩(wěn)定的優(yōu)點，又具有豐富的顯示及控制調(diào)整的功能，并能實現(xiàn)砌塊溫度養(yǎng)護的特殊要求：即按給定的溫度曲線，對養(yǎng)護窯進行溫度控制。 IPC控制系統(tǒng)可根據(jù)砌塊養(yǎng)護的特點確定的溫度曲線進行嚴格的溫度控制，使養(yǎng)護窯溫度按照所給定的溫度曲線運行。采用工業(yè)控制機進行控制，可實現(xiàn)溫度自動采集顯示功能及溫度曲線的控制功能，并且系統(tǒng)運行穩(wěn)定。系統(tǒng)采用漢字操作界面，使用十分 方便。 采用養(yǎng)護窯自動溫度控制系統(tǒng)后，可提高養(yǎng)護溫度控制精度，提高砌塊產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作員的勞動強度， 并能取得良好的經(jīng)濟效益。 砌塊生產(chǎn)線溫度養(yǎng)護系統(tǒng)功能及主要技術(shù)指標(biāo) 1．系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能： 養(yǎng)護窯溫度自動采集顯示功能 溫度曲線顯示功能 養(yǎng)護窯溫度自動控制功能 給定溫度曲線，自動控制養(yǎng)護窯溫度功能 數(shù)據(jù)存儲功能 2．主要技術(shù)指標(biāo)： 給定溫度曲線控制功能； 溫度 PID調(diào)節(jié)控制功能， P、 I、 D參數(shù)可調(diào)； 溫度采集精度：177。 % 系統(tǒng)溫度控制精度： 177。% 砌塊在生產(chǎn)過程中最后一道工序是養(yǎng)護。目前養(yǎng)護的方法有兩種。一種是傳統(tǒng)的自然養(yǎng)護；自然養(yǎng)護只需要一個可供養(yǎng)護的露天場地，靠陽光加溫。這種養(yǎng)護方法 投資少，養(yǎng)護成本低。缺點是養(yǎng)護周期太長，受環(huán)境溫度影響大，對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高時，無法保證高質(zhì)量與短生產(chǎn)周期。尤其在我國北方地區(qū)的冬季，溫度低，陽光少，風(fēng)沙大，天氣條件惡劣，不適用這種養(yǎng)護方法。但是在一些規(guī)模較小的砌塊加工場所還經(jīng)常用到這種養(yǎng)護方法。另一種養(yǎng)護方 法就是在養(yǎng)護窯中進行養(yǎng)護。用戶可以根據(jù)砌塊的工藝要求指定養(yǎng)護規(guī)則，由手動或自動方法控制養(yǎng)護程序的進行。養(yǎng)護窯養(yǎng)護過程是嚴格按照砌塊的工藝要求實施控制的。它能保證產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)進度，不受天氣影響。 養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 7 第二章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 工藝流程圖的設(shè)計 控制過程應(yīng)該滿足如下要求：總起動按鈕按下以后，整個系統(tǒng)允許運行。按下總停止按鈕，整個系統(tǒng)停止運行。每個窯都可以自行控制。按下各窯的起動按鈕后，各窯開始運行，按下其停止按鈕，各窯停止運行，按下急停按鈕，禁止各窯的輸出控制。 每個窯的具體流程控制 要求：啟動電動機，供風(fēng)循環(huán)熱氣流；開啟進氣閥門，供熱氣控溫；經(jīng)過一定時間（設(shè)恒溫 10h），關(guān)閉進氣閥門；按下急停安鈕，停止進氣閥、排氣閥和風(fēng)機；打開排氣閥門，排氣；按下停止按鈕，關(guān)風(fēng)機，關(guān)排氣閥，準(zhǔn)備砌塊出窯。連鎖要求只要有一個窯排氣，總排氣閥要打開，只有總進氣閥打開，才能起動各窯進氣閥。窯溫控制示意圖如圖 : 方案設(shè)計簡介 模糊控制方案設(shè)計簡介 模糊邏輯控制 (Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制 (Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和 模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。 1965年，美國的 創(chuàng)立了模糊集合論； 1973 年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。 1974 年，英國的 首先用模糊控制語句組成模糊控制器，并把它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機的控制，在實驗室獲得成功。這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。 模糊控制實質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應(yīng)用背景。 模糊控制的發(fā)展最初在西方遇養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 8 到了較大的阻力；然而在東方尤其是在日本，卻得到 了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。近20 多年來，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長足的進步，成為自動控制領(lǐng)域中一個非?；钴S而又碩果累累的分支。其典型應(yīng)用的例子涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如 ： 在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機和攝錄機等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、自動扶梯、蒸汽引擎以及機器人的模糊控制等。 二、模糊控制基礎(chǔ) 模糊控制的基本思想是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗，而這些經(jīng)驗多 是用語言表達的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。模糊控制器 (Fuzzy Controller，即 FC)獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點： 178。 模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機理和策略易于接受與理解，設(shè)計簡單，便于應(yīng)用。 178。 由工業(yè)過程的定性認識出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。 178。 基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計方法，由于出發(fā)點和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個系統(tǒng)的語言控制規(guī)則卻具有相對的獨立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。 178。 模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設(shè)計的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。 178。 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制。 三、模糊控制應(yīng)用研究現(xiàn)狀 模糊控制具有良好控制效果的關(guān)鍵是要有一個完善的控制規(guī)則。但由于模糊規(guī)則是人們對過程或?qū)ο竽：畔⒌臍w納，對高階、非線性、大時滯、時變參數(shù)以及隨機干擾嚴重的復(fù)雜控制過程，人們的認識往往比較貧乏或難以總結(jié)完整的經(jīng)驗，這就使得單純的模糊控制在某些情況下很粗糙，難以適應(yīng)不同的運行狀態(tài)，影響了控制效果。 常規(guī)模糊控制的兩個主要問題在于：改進穩(wěn)態(tài)控制精度和提高智能水平與適應(yīng)能力。在實際應(yīng)用中，往往是將模糊控制或模糊推理的思想，與其它相對成熟的控制理論或方法結(jié)合起來，發(fā)揮各自的長處，從而獲得理想的控制效果 。由于模糊規(guī)則和語言很容易被人們廣泛接受，加上模糊化技術(shù)在微處理器和計算機中能很方便的實現(xiàn)，所以這種結(jié)合展現(xiàn)出強大的生命力和良好的效果。對模糊控制的改進方法可大致的分養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 9 為模糊復(fù)合控制，自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)模糊控制，以及模糊控制與智能化方法的結(jié)合等三個方面。 四、模糊控制研究方向展望 模糊控制仍然是一個充滿爭議的領(lǐng)域。由于它的發(fā)展歷史還不長，理論上的系統(tǒng)性和完善性，技術(shù)上的成熟性和規(guī)范性都還是不夠的，有待人們的進一步提高。 模糊系統(tǒng)理論還有一些重要的理論課題沒有解決。其中兩個重要的問題是 :如何獲 得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，這在目前完全憑經(jīng)驗來進行 。以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 大體說來，在模糊控制理論和應(yīng)用方面應(yīng)加強研究的主要課題為： 178。 適合于解決工程上普遍問題的穩(wěn)定性分析方法，穩(wěn)定性評價理論體系 ?？刂破鞯聂敯粜苑治觯到y(tǒng)的可控性和可觀測性判定方法等。 178。 模糊控制規(guī)則設(shè)計方法的研究，包括模糊集合隸屬函數(shù)的設(shè)定方法，量化水平，采樣周期的最優(yōu)選擇，規(guī)則的系數(shù)，最小實現(xiàn)以及規(guī)則和隸屬函數(shù)參數(shù)自動生成等問題 。進一步則要求我們給出 模糊控制器的系統(tǒng)化設(shè)計方法。 178。 模糊控制器參數(shù)最 優(yōu)調(diào)整理論的確定，以及修正推理規(guī)則的學(xué)習(xí)方式和算法等。 178。 模糊動態(tài)模型的辨識方法。 178。 模糊預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計方法和提高計算速度的方法。 178。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制相結(jié)合，有望發(fā)展一套新的智能控制理論。 178。 模糊控制算法改進的研究 :由于模糊邏輯的范疇很廣，包含大量的概念和原則 。然而這些概念和原則能真正的在模糊邏輯系統(tǒng)中得到應(yīng)用的卻為數(shù)不多。這方面的嘗試有待深入。 178。 最優(yōu)模糊控制器設(shè)計的研究 :依據(jù)恰當(dāng)提出的性能指標(biāo)，規(guī)范控制規(guī)則的設(shè)計依據(jù)，并在某種意義上達到最優(yōu)。 控制方案設(shè)計簡介 PWM脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)大大改善。利用 PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關(guān)斷器件，開關(guān)頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。 PWM變頻電路具有以下特點： 1). 可以得到相當(dāng) 接近正弦波的輸出電壓 2). 整流電路采用二極管，可獲得接近 1的功率因數(shù) 養(yǎng)護窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計 10 3). 電路結(jié)構(gòu)簡單 4). 通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應(yīng) PWM基本原理 : 脈寬調(diào)制（ PWM） : 控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列