硅酸鈣板生產線料漿濃度控制系統(tǒng)研發(fā)

　　摘要：為了解決硅酸鈣板料漿濃度控制問題，設計了料漿濃度檢測及控制系統(tǒng)。介紹了基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)PID控制，通過實驗驗證了此方法的可行性。

　　0   引言

　　在硅酸鈣板生產中，料漿濃度影響板坯厚度的穩(wěn)定性，影響產品的質量及合格率。本文介紹了料漿濃度的PID（比例、積分、微分）控制系統(tǒng)，部分實驗情況。

　　1   料漿濃度控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)如圖所示，儲漿池的料漿通過渣漿泵輸入預攪拌罐，預攪拌罐的料漿通過罐底手動蝶閥放入流漿箱制板。由于生產中有回料，會造成儲漿池的料漿濃度不穩(wěn)定，影響制板厚度。為穩(wěn)定預攪拌罐料漿濃度，系統(tǒng)設計為儲漿池濃度配比稍高些，放入預攪拌罐。另外通過電動調節(jié)閥按控制要求放入清水以調配預攪拌罐的料漿濃度，使其保持穩(wěn)定。重量傳感器或濃度計檢測到的濃度值輸入PLC的PID控制器中，該值與控制器的設定值進行比較。比較后控制器將輸出調節(jié)信號，以控制電動調節(jié)閥的流量，使預攪拌罐的料漿濃度值趨向于設定值。

控制系統(tǒng)

　　2   PLC中PID控制器的實現(xiàn)

　　下面以OMRON PLC為例，說明PID控制器的組成原理；PID控制的算法原理及控制功能的實現(xiàn)。

　　2.1  PID控制器的組成原理

　　以PLC作為控制器構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2所示。圖中的虛線部分1由PLC來實現(xiàn)。檢測元件將被控量實際值S測量轉換為模擬1~5V電壓信號或4mA~20mA的電流信號，該模擬信號接至PLC的AI模塊，進行A/D轉換，根據(jù)用戶編寫的PID控制程序，將測量值S與給定值C比較，通過二者的偏差進行PID算法的運算得到輸出操作信號D，經(jīng)PLC的AO模塊進行D/A轉換，轉換后的模擬信號（1~5V電壓信號或4mA~20mA的電流信號）用于驅動執(zhí)行機構，實現(xiàn)對被控對象的控制。

PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)構成

　　2.2  PID控制器的算法原理

　　OMRON PLC編程軟件提供PID控制中的運算以目標值濾波型2自由度的控制方式進行。[Page]

       KP：比例常數(shù)   Ti：積分時間    Td：微分時間

　　τ：取樣周期   α：2-PID參數(shù)  λ：不完全微分系數(shù)

　　 目標值濾波型2自由度PID運算框圖

　　在單純PID控制中，對于干擾的穩(wěn)定性則會變得遲緩，相反如果要加快對干擾的穩(wěn)定，對于目標值的應答就會變慢。在2自由度PID控制中，對于目標值的應答將變快，也可以更快實現(xiàn)對于干擾的穩(wěn)定。

　　參數(shù)說明：

　　　　2.3  PID控制器的功能說明　　

 PID控制器動作框圖

　　2.4  方案實施

　　在實驗室通過傳感器檢測信號（濃度值），變送成4mA~20mA的電流信號，接OMRON PLC的AI模塊，經(jīng)A/D轉換輸入到OMRON PLC中，經(jīng)輸入量程轉換為實際的濃度值顯示在觸摸屏上，該值和觸摸屏的設定值（所需要的濃度值）比較，進行PID控制運算得到操作量，控制輸出信號燈（對水閥門正向動作或逆向動作）再經(jīng)過輸出量程轉換控制信號燈（對水閥門正向動作或逆向動作）和D/A轉換得到4mA~20mA的電流信號去控制顯示儀表（對水調節(jié)閥開度大小），最終實現(xiàn)濃度的閉環(huán)控制。

　　實驗過程是用砝碼逐漸加減載在傳感器上模擬濃度值的變化，觀察在觸摸屏上及顯示儀表數(shù)據(jù)變化，分析觸摸屏上參數(shù)曲線趨勢圖。通過在實驗室反復編程及數(shù)據(jù)處理得出本實驗的運行速度和控制品質是滿足預定條件的。

　　在觸摸屏上同時可顯示生產線所需了解的參數(shù)，如毛布速度、料坯厚度、小料層厚度、成型圈數(shù)等。

　　3結束語

　　為了解決硅酸鈣板料漿濃度控制問題，通過實驗驗證了基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)PID控制的可行性。在此基礎上將進行生產線的現(xiàn)場安裝測試，以解決硅酸鈣板生產的板厚不穩(wěn)定問題。