【正文】 ................................................................................ 34 養(yǎng)護(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 3 引言 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 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(dòng)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(lái)的 ，加工周期長(zhǎng)，成功率不高?，F(xiàn)在各個(gè)建材生產(chǎn)廠商專門研制出了一種砌塊養(yǎng)護(hù)窯，用來(lái)加快砌塊的出廠周期，以便提高生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。對(duì) GJ型系列養(yǎng)護(hù)窯，整個(gè)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(jì)算機(jī)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(jī)，這類控制系統(tǒng)雖然具有成本低、體積小、程序簡(jiǎn)短等優(yōu)點(diǎn)，但只適合小型控制系統(tǒng)，對(duì)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(duì)要求較高的系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)。 PLC 具有功能強(qiáng)、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(diǎn)，是一種通用的自動(dòng)控制裝置，結(jié) 合當(dāng)今發(fā)展較快、應(yīng)用越來(lái)越廣的模糊控制技術(shù)，可實(shí)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(guò)模糊算法、 PID 算法等優(yōu)化算法來(lái)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù) 窯溫度控制。 養(yǎng)護(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 5 第一章 緒論 養(yǎng)護(hù)窯控制技術(shù)簡(jiǎn)介 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)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(lái)越顯露出產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)量小，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護(hù)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(hù)過(guò)程中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，會(huì)有不同質(zhì)量的砌塊生產(chǎn)出來(lái)。砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要由蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣工藝管路、養(yǎng)護(hù)窯溫度控制系統(tǒng)三部分組成。溫度養(yǎng)護(hù)原理是：蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過(guò)固定管線輸送到各養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)，對(duì)所生產(chǎn)的砌塊進(jìn)行溫度養(yǎng)護(hù)，并由養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)各養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行溫度 控 制。 為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展和滿足人們對(duì)產(chǎn)品最求的不斷提高國(guó)內(nèi)廠家開始引進(jìn)國(guó)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(yuǎn)程傳感技術(shù)，計(jì)量準(zhǔn)確，成型主機(jī)由世界先進(jìn)的模箱振動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)勁激振力復(fù)合 而成，全自動(dòng)監(jiān)控的蒸汽養(yǎng)護(hù)窯，采用氣流循環(huán)原理，高效節(jié)能，溫度均衡， 10小時(shí)內(nèi)使砌塊坯體迅速得到養(yǎng)護(hù)，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(tuán)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(jìn)并消化吸收美國(guó)哥倫比亞機(jī)械公司 1600HF型高強(qiáng)彩色混凝土空心砌塊自動(dòng)化生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力 10萬(wàn)立方米，這在云南乃至西南地區(qū)都是第一家。 養(yǎng)護(hù)窯控制技術(shù)的研究狀況 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)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(lái)越顯露出產(chǎn)品質(zhì) 量差，產(chǎn)量小，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。 砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要由蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣工藝管路、養(yǎng)護(hù)窯溫度控制系統(tǒng)三部分組成。溫度養(yǎng)護(hù)原理是：蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過(guò)固定管線輸送到各養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)，對(duì)所生產(chǎn)的砌塊進(jìn)行溫度養(yǎng)護(hù)，并由養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)各養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行溫度控制。 砌塊生產(chǎn)線溫度養(yǎng)護(hù)的控制方式可以采用以下幾種方式： 定時(shí)器控制、 可編程定時(shí)器控制、 PLC控制 工業(yè)控制機(jī)（ IPC）控制等。 每種方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)。定時(shí)器控制及可編程定時(shí)器控 制優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格，缺點(diǎn)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(diǎn)是穩(wěn)定可靠，缺點(diǎn)是顯示養(yǎng)護(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 6 及控制調(diào)整不便； 工業(yè)控制機(jī)（ IPC）控制則具有 PLC 控制穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，又具有豐富的顯示及控制調(diào)整的功能，并能實(shí)現(xiàn)砌塊溫度養(yǎng)護(hù)的特殊要求：即按給定的溫度曲線，對(duì)養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行溫度控制。 IPC控制系統(tǒng)可根據(jù)砌塊養(yǎng)護(hù)的特點(diǎn)確定的溫度曲線進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制，使養(yǎng)護(hù)窯溫度按照所給定的溫度曲線運(yùn)行。采用工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)采集顯示功能及溫度曲線的控制功能，并且系統(tǒng)運(yùn)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(hù)窯自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)后，可提高養(yǎng)護(hù)溫度控制精度，提高砌塊產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 并能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 砌塊生產(chǎn)線溫度養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)功能及主要技術(shù)指標(biāo) 1．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能： 養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)采集顯示功能 溫度曲線顯示功能 養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)控制功能 給定溫度曲線，自動(dòng)控制養(yǎng)護(hù)窯溫度功能 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(guò)程中最后一道工序是養(yǎng)護(hù)。目前養(yǎng)護(hù)的方法有兩種。一種是傳統(tǒng)的自然養(yǎng)護(hù)；自然養(yǎng)護(hù)只需要一個(gè)可供養(yǎng)護(hù)的露天場(chǎng)地，靠陽(yáng)光加溫。這種養(yǎng)護(hù)方法 投資少，養(yǎng)護(hù)成本低。缺點(diǎn)是養(yǎng)護(hù)周期太長(zhǎng)，受環(huán)境溫度影響大，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求較高時(shí)，無(wú)法保證高質(zhì)量與短生產(chǎn)周期。尤其在我國(guó)北方地區(qū)的冬季，溫度低，陽(yáng)光少，風(fēng)沙大，天氣條件惡劣，不適用這種養(yǎng)護(hù)方法。但是在一些規(guī)模較小的砌塊加工場(chǎng)所還經(jīng)常用到這種養(yǎng)護(hù)方法。另一種養(yǎng)護(hù)方 法就是在養(yǎng)護(hù)窯中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。用戶可以根據(jù)砌塊的工藝要求指定養(yǎng)護(hù)規(guī)則，由手動(dòng)或自動(dòng)方法控制養(yǎng)護(hù)程序的進(jìn)行。養(yǎng)護(hù)窯養(yǎng)護(hù)過(guò)程是嚴(yán)格按照砌塊的工藝要求實(shí)施控制的。它能保證產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)進(jìn)度，不受天氣影響。 養(yǎng)護(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 7 第二章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 工藝流程圖的設(shè)計(jì) 控制過(guò)程應(yīng)該滿足如下要求：總起動(dòng)按鈕按下以后，整個(gè)系統(tǒng)允許運(yùn)行。按下總停止按鈕，整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。每個(gè)窯都可以自行控制。按下各窯的起動(dòng)按鈕后，各窯開始運(yùn)行，按下其停止按鈕，各窯停止運(yùn)行，按下急停按鈕，禁止各窯的輸出控制。 每個(gè)窯的具體流程控制 要求：?jiǎn)?dòng)電動(dòng)機(jī)，供風(fēng)循環(huán)熱氣流；開啟進(jìn)氣閥門，供熱氣控溫；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（設(shè)恒溫 10h），關(guān)閉進(jìn)氣閥門；按下急停安鈕，停止進(jìn)氣閥、排氣閥和風(fēng)機(jī)；打開排氣閥門，排氣；按下停止按鈕，關(guān)風(fēng)機(jī)，關(guān)排氣閥，準(zhǔn)備砌塊出窯。連鎖要求只要有一個(gè)窯排氣，總排氣閥要打開，只有總進(jìn)氣閥打開，才能起動(dòng)各窯進(jìn)氣閥。窯溫控制示意圖如圖 : 方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 模糊控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 模糊邏輯控制 (Fuzzy Logic Control)簡(jiǎn)稱模糊控制 (Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和 模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。 1965年，美國(guó)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(guó)的 首先用模糊控制語(yǔ)句組成模糊控制器，并把它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，在實(shí)驗(yàn)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(shí)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(diǎn)是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實(shí)際應(yīng)用背景。 模糊控制的發(fā)展最初在西方遇養(yǎng)護(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 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(lái)，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非常活躍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(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機(jī)和攝錄機(jī)等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過(guò)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(dòng)扶梯、蒸汽引擎以及機(jī)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(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)多 是用語(yǔ)言表達(dá)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(diǎn)： 178。 模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語(yǔ)言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。 178。 由工業(yè)過(guò)程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語(yǔ)言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。 178。 基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)的語(yǔ)言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)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(shí)及語(yǔ)言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過(guò)程和方法，增強(qiáng)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(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時(shí)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(gè)完善的控制規(guī)則。但由于模糊規(guī)則是人們對(duì)過(guò)程或?qū)ο竽：畔⒌臍w納，對(duì)高階、非線性、大時(shí)滯、時(shí)變參數(shù)以及隨機(jī)干擾嚴(yán)重的復(fù)雜控制過(guò)程，人們的認(rèn)識(shí)往往比較貧乏或難以總結(jié)完整的經(jīng)驗(yàn)，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(yùn)行狀態(tài)，影響了控制效果。 常規(guī)模糊控制的兩個(gè)主要問(wèn)題在于：改進(jìn)穩(wěn)態(tài)控制精度和提高智能水平與適應(yīng)能力。在實(shí)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(duì)成熟的控制理論或方法結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，從而獲得理想的控制效果 。由于模糊規(guī)則和語(yǔ)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(jì)算機(jī)中能很方便的實(shí)現(xiàn)，所以這種結(jié)合展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和良好的效果。對(duì)模糊控制的改進(jìn)方法可大致的分養(yǎng)護(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 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(gè)方面。 四、模糊控制研究方向展望 模糊控制仍然是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的領(lǐng)域。由于它的發(fā)展歷史還不長(zhǎng)，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(jìn)一步提高。 模糊系統(tǒng)理論還有一些重要的理論課題沒(méi)有解決。其中兩個(gè)重要的問(wèn)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(yàn)來(lái)進(jìn)行 。以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 大體說(shuō)來(lái)，在模糊控制理論和應(yīng)用方面應(yīng)加強(qiáng)研究的主要課題為： 178。 適合于解決工程上普遍問(wèn)題的穩(wěn)定性分析方法，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)理論體系 ?？刂破鞯聂敯粜苑治觯到y(tǒng)的可控性和可觀測(cè)性判定方法等。 178。 模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)以及規(guī)則和隸屬函數(shù)參數(shù)自動(dòng)生成等問(wèn)題 。進(jìn)一步則要求我們給出 模糊控制器的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)模型的辨識(shí)方法。 178。 模糊預(yù)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和提高計(jì)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(jìn)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(jì)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(jì)依據(jù)，并在某種意義上達(dá)到最優(yōu)。 控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 PWM脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓，通過(guò)改變周期來(lái)控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過(guò)改變此脈沖的調(diào)制周期來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個(gè)作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動(dòng)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(diǎn)： 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(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì) 10 3). 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 4). 通過(guò)對(duì)輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng) PWM基本原理 : 脈寬調(diào)制（ PWM） : 控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列