陶瓷生产线计算机实时控制系统

作者：唐敏，唐明

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来源：计算机计算应用   发布时间：2013-7-28

摘要：本文介绍了一个陶瓷生产线徽机实时控制来统。系统未用SM286微机代替常规的仪表监控系统,实现了对多点炉温、多台电机转速及施物过程的自动控制。
关键词：陶瓷生产线计算机控制多变全系统
一、概述

  本装置所控制的陶瓷生产线的工艺流程为:原材料处理一冲压成型一施釉一烧成。工艺要求流水线上的五台滑差电机按一定比例协调运行,且瓷砖的传送速度要随辊道窑的温度变化。本系统使用SM286计算机对陶瓷生产线上的电机转速、炉温及施釉过程实行自动控制,可分别调整各分部电机的控制特性,使各电机间按一定的比率及偏差运行,在此基础上可按工艺要求手动或自动实现全线同时升速或减速。由于使用计算机对多个温度变量及传送速度实行近似的解藕控制,使得对温度设定值的跟踪性能优于由模拟调节器组成的多个独立单环控制系统。本系统从91年6月正式投入运行,温控误差镇士2.5。,速度误差<5%,产品质量提高,节油率达3.5%。
二、燃油辊道窑动态模型分析及系统解藕

  燃油辊道窑是一个多变量系统,其主要控制目标是炉膛温度及产品传送速度。炉温与风量、喷油量、烟囱开度及产品流量有关,其不可测的干扰多,很难建立精确的动态数学模型。而炉窑系统一般都是时间常数大,对参数反应迟钝。因此,在建立动态模型时,不妨忽略小时间常数的影响,从宏观规律上建立一个简单的数学模型,以便于调节器参数的计算和整定。另外,由于系统的时间常数大,当采样时间足够短时,断续控制方式趋近于连续控制方式,因而可以将模拟量的计算方法用于数字控制系统中.电供炉的开环传递函数为

 

  基于窑炉本身的特点,为使系统调节过程平稳,尽量减少超调量,要求系统的过渡过程接近于单的衰减过程,决定选用滞后校正器一PI型调节器,将系统校正成典I型系统,PI调节器的传递函数是
 

  炉温及速度控制系统的动态结构图如图1所示

图1护祖及速度控制系统的动态结构
 

 

  陶瓷烘炉是一个复杂的多变量系统,各温区温度的变化,对其它温区的温度亦有影响,即有藕合现象,若不实行解祸,则炉温的波动幅度难以减少。设Tl一3为炉内三个温区的温度,Nl一3为相应温区油阀的开度,通过阶跃响应试验得到祸合对象的静态特性矩阵为图阶

 

  式中Kij表示被控制变量Ti与操作变量Nj的藕合关系。当各个控制通道与祸合支路的传递函数都有比较相近的动态特性时,或者这些通道的动态部份的等效时间常数均较小时,可以不考虑动态部分的影响,用静态解祸法即可获得相当好的效果,利用式(5)可得解拥矩阵

  其中K一,为K的逆矩阵,K’为K的伴随矩阵,K‘为K的对角矩阵。计算机实现解祸控制不需要增加任何硬件,只需要在调节模型的输出程序N’

  炉温控制静态解桐系统方框如图2所示。

三、系统硬件分析

  本系统由稳压电源、温度控制回路、速度控制回路、自动施釉控制回路、微型计算机及相应的接口电路等组成,系统硬件框图如图3所示。

 

  辊道窑的各点温度值由热电偶检测并经温度变送器放大,经A/D转换后送至SM286计算机内进行数字滤波、比较、PID运算、解辆运算等,所得的油阀开度值经D/A转换后输出至伺服放大器,通过角行程执行器控制油阀的开度,使炉温自动跟踪给定值,一旦温度越限即在CRT上发出声光报替并显示相关数据。各油阀开度经D/A转换后反馈给计算机,实现闭环控制。计算机根据速度给定值及实际温度与温度给定值的偏差自动调整产品传送速度,以实现烧成温度与时间的最佳配合。采用了反射式红外传感器检测瓷砖,不受环境光线的干扰,并可将瓷砖与辊道区别开来。检测到的信号送入计算机经延时后控制施釉泵及施釉阀,实现自动施釉。

四、系统软件分析

  系统软件采用Tubo一Bisic与汇编语言混合编程,其中实时控制部分采用汇编语言编程,管理部分采用Basic语言,整个系统软件由控制主程序、中断服务子程序、管理主程序和子程序库组成。以286微机为核心的控制系统用户界面良好,全下拉式菜单设计易于普通工人操作,屏幕上可显示陶瓷生产线工艺流程图、各工艺参数直方图及变化趋势图。所有控制参数均可在线修改,生产数据自动存盘并可在线打印。系统采用积分分离的PID算法,当偏差大于某一值时使积分系数为零,且调节器的输出具有上下限限幅,既可减少超调量,又可达到积分校正的预期效果。中断服务子程序框图如图4所示。
 

参考文献
[1]刘植祯,郭木沙,何克忠:《计算机控制》,第l版,北京,清华大学出版社,1981.
[2]王永初:《解藕控制系统》,第l版,成都,四川科技出版社,1985.