【正文】 ...............................................33 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 4 養(yǎng)護(hù)窯窯溫模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 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、寫字樓象雨后春筍般拔地而起。使用單片機(jī)做控制核心，具有成本低、體積小、程序簡短等優(yōu)點(diǎn)，較適合小型控制 系統(tǒng)。溫度養(yǎng)護(hù)原理是：蒸氣發(fā) 生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過固定管線輸送到各養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)，對所生產(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)對各養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行溫度 控 制。溫度養(yǎng)護(hù)原理是：蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過固定管線輸送到各養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)，對所生產(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)系統(tǒng)功能及主要技術(shù)指標(biāo) 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 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。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(hù)方法。這種養(yǎng)護(hù)方法 投資少，養(yǎng)護(hù)成本低。 養(yǎng)護(hù)窯 的工藝流程 窯溫控制系統(tǒng)示意圖如 圖 。 模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力；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。 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(jì)的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，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。 模糊控制仍然是一個(gè)充滿爭議的領(lǐng)域。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。 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)。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)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。沖量既指窄脈沖的面積。雖然硬件電路較復(fù)雜，但其克服了傳統(tǒng)的 PWM 控制方法的不足，適用于各種脈寬調(diào)制軟開關(guān)逆變器，具有反應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，此外，單周控制還能優(yōu)化系統(tǒng)響應(yīng)、減小畸變和抑制電源干擾，是一種很有前途的控制方法。 PWM 控制技術(shù)的缺點(diǎn)準(zhǔn)確性不令人滿意。其控制器的輸出與 輸入誤 差信號成比例遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 13 關(guān)系。 (3) 微分（ D）控制： 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變 化率）成正比關(guān)系。又如過大的增益又會(huì)造成控制的震蕩。對于控制要求比較高的場合，一般都采用閉環(huán)控制方式。解決干擾 的辦法有 4種。采用濾波可以有效地減小誤差。恒溫控制既可以用 PID 算法實(shí)現(xiàn)，也可以用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)。 ，可用來分、合一定容量變壓器的空載勵(lì)磁電流。 ，應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的影響，熔斷器一般只作為電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，過載保護(hù)應(yīng)采用熱繼電器。 接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理 : 接觸器由磁系統(tǒng) ,觸頭系統(tǒng) ,滅弧系統(tǒng) ,釋放彈簧機(jī)構(gòu) ,輔助觸頭及基座等幾部分組成 . 接觸器的基本工作原理 :利用電磁原理通過控制電路和可動(dòng)銜鐵的運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)觸頭控制主電路通短的 . 選擇接觸器的類型： 根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇。 一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，但當(dāng)三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無人看管的電動(dòng)機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。 1. 用途 該繼電器使用于各種自動(dòng)化線路中，以擴(kuò)大被控的電路，應(yīng)用這種繼電器的線路，其供電電源為直流電，電壓不超過 110V。 型 號 觸點(diǎn)數(shù) 額定電壓（ V） 電阻（ V ） 動(dòng)合 動(dòng)斷 轉(zhuǎn)換 DZ122 DZ144 DZ160 DZ106 6 6 2 4 6,12 24 48 110 52K 正負(fù) ,185K 正負(fù) 700K 正負(fù) 70 2500K 正負(fù) 225 150 15000K 正負(fù) 2250 表 33繼電器 基本參數(shù)及線圈阻值表 ② 繼電器在 80%之額定電壓下應(yīng)可靠地動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)的輸出有： 總進(jìn)氣閥、總排氣閥、1 號窯的進(jìn)氣閥、 1 號窯的排氣閥、 1 號風(fēng)機(jī)、 2 號窯的進(jìn)氣閥、 2 號窯的排氣閥、 2 號風(fēng)機(jī)。 急停功能實(shí)現(xiàn) 急停功能可以在外部硬件實(shí)現(xiàn)，也可以在梯形圖實(shí)現(xiàn)?？紤]模糊控制的算法的先進(jìn)性，且易于在 PLC 上實(shí)現(xiàn)，決定采用模糊控制規(guī)律來設(shè)計(jì)恒溫控制子程序。 LPS //。 R ,1 //總起動(dòng)按鈕按下，關(guān)閉總進(jìn)氣閥 。 A //1號起動(dòng)按鈕按下， =1。 LPP //彈出 。 Network 4 //2號窯控制開始。 LRD //讀棧。 = //2號窯運(yùn)行期間， 2號風(fēng)機(jī) 。 LD //常閉繼電器。 Network 2 //分段控制。 MOVW VW4,VW12 //窯溫恒溫的設(shè)定值送 VW12。 A T101 //反饋值大于第一段且小于第二段控制值時(shí)，進(jìn)氣閥占空比 =70%。 Network 4 //設(shè)定占空比。 LRD //讀棧。 TON T105,+70 //T105定時(shí)為 7s。 A T107 //T107起動(dòng) T108,T108定時(shí)為 1s。 TON T107,+90 //T107定時(shí)為 9s。 LRD //讀棧。 A T101 //T101起動(dòng) T102,T102定時(shí)為 7s。 AW VW2,VW14 //反饋值大于第五段控制值時(shí)，進(jìn)氣閥占空比=0%。 LDW VW2,VW6 //窯溫的 100倍大于設(shè)定值的 50倍。 MOVW VW4,VW10 //窯溫恒溫的設(shè)定值送 VW10。 MOVW +100,VW4 //1號窯溫恒溫的設(shè)定值為 100176。 CTU C1+0 //起動(dòng) 2號養(yǎng) 護(hù)時(shí)間計(jì)數(shù)器 C1，養(yǎng)護(hù)時(shí)間由 CTU計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值反映。 LPP //彈出。 A //2號停止 =。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 27 O //,C0的復(fù)位脈沖之二。 A //1號急停俺就 。 LD // ON繼電器。 EU //上升沿有效。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 26 控制程序：主程序 OB1和子程序 SBR0 OB1 Network 1 //總進(jìn)氣閥，總排氣閥控制。 溫控子程序的實(shí)現(xiàn)： 溫度控制是本程序一個(gè)核心問題。初始步為待機(jī)狀態(tài)；在此狀態(tài)下，初始步置 1，其余的存儲(chǔ)空間復(fù)位。 本設(shè)計(jì)采用的是 DZ144 中間繼電器。 繼電器具有透明塑料制成的外殼，以便觀察繼電器的動(dòng)作情況。 RTI =（ ～ ） NI 1RTI =11NI =1 = 型號選擇為 ： JR16— 30/3 中間繼電器的選擇 中間繼電器，實(shí)質(zhì)是一種電壓繼電器，觸頭對數(shù)多，觸頭容量大（額定電流為 5～ 10A）動(dòng)作靈敏度高。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 17 主觸頭額定電流由經(jīng)驗(yàn)公式： ICN=PN 103／ KUN K 為常數(shù)取 1～ ,一般為 ICN— 主觸頭額定電流 (A) PN— 被控制的電動(dòng)機(jī)的額定功率 (KW) UN— 電動(dòng) 機(jī)的額定電壓 (v)。 （ 3） 低壓斷路器的類型應(yīng)符合安裝條件，保護(hù)性能及操作方式的要求。 。 ，換接線路。 養(yǎng)護(hù)窯的工藝要求既有順序控制要求，又有恒溫控制要求。其四是對信號進(jìn)行濾波。各種跟蹤系統(tǒng)都是隨動(dòng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的控制方式上可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。 選擇 PID的參數(shù)，以及相互間的配合，可以影響 PID控制的穩(wěn)定性。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。單周 控制器由控制器、比較器、積分器及時(shí)鐘組成，其中控制器可以是 RS 觸發(fā)器。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 PWM 控制方案 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。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?？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。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(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。 由工業(yè)過程的定性認(rèn)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(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。 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。養(yǎng)護(hù)窯養(yǎng)護(hù)過程是嚴(yán)格按照砌塊的工藝要求實(shí)施控制的。目前養(yǎng)護(hù)的方法有兩種。缺點(diǎn)是養(yǎng)護(hù)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(shí)，無法保證高質(zhì)量與短生產(chǎn)周期。系統(tǒng)采用漢字操作界面，使用十分方便。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(yán)重的缺點(diǎn)。生產(chǎn)成型的砌塊在不同的溫度養(yǎng)護(hù)過程中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，會(huì)有不同質(zhì)量的砌塊生產(chǎn)出來。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。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。但是系統(tǒng)控制模擬量的性能不及 PLC，故本文以 GJ 型系列養(yǎng)護(hù)窯例，介紹一種以 PLC 為控制核心、以模糊控制理論為依據(jù)的智能爐窯控制系統(tǒng)。 為 了適應(yīng)社會(huì)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(jìn)國外技術(shù)。 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。 % 系統(tǒng)溫度控制精度： 177。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)。缺點(diǎn)是養(yǎng)護(hù)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(shí)，無法保證高質(zhì)量與短生產(chǎn)周期。 圖 窯溫控制系統(tǒng)示意圖 通過進(jìn)氣閥控制通入的蒸汽的進(jìn)氣量，來控制養(yǎng)護(hù)窯的溫度。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(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，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(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。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(jìn)一步提高。 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。 模糊控制器的性能不斷提高。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。這里所說的效果基本相同。 PWM 控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。 PID 控制方案 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié) 過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。在調(diào)試程序時(shí)要注意這些參數(shù)的設(shè)置，慢慢調(diào)試以至達(dá)到穩(wěn)定的 PID控制 。閉環(huán)控制是使用控制的設(shè)定值與反饋值的差進(jìn)行控制的，以求得設(shè)定值與反饋值的偏差最小。