摘? 要: 采用STD5000系列工業(yè)控制計(jì)算機(jī),研制了用于粘油的定量灌裝控制裝置。介紹了該裝置的硬件配置、現(xiàn)場(chǎng)配套儀表選型及“滑油”灌裝工藝。通過模仿人手動(dòng)灌裝經(jīng)驗(yàn),提出了實(shí)現(xiàn)高精度定量灌裝的閥門智能控制算法。基于該控制算法,實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)裝置通用性的參數(shù)組態(tài)方法。
關(guān)鍵詞: 定量灌裝? 智能控制? 參數(shù)組態(tài)? STD工控機(jī)
?
STD總線是一種國(guó)際流行的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線,由于其具有小板結(jié)構(gòu)、高度的模塊化、嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化、廣泛的兼容性、面向I/O的設(shè)計(jì)、高可靠性的特點(diǎn),所以非常適合工業(yè)控制應(yīng)用[1]。粘油具有的粘度高、管道摩阻大的特性限制了常規(guī)自動(dòng)灌裝控制裝置在粘油灌裝中的應(yīng)用。為此,筆者采用一臺(tái)北京康拓工業(yè)電腦公司生產(chǎn)的STD5000系列V20工控機(jī)作為主機(jī),一臺(tái)PC機(jī)作為開發(fā)平臺(tái),研制了用于粘油的定量灌裝自動(dòng)控制裝置。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
?
灌裝系統(tǒng)為減少粘油流動(dòng)摩阻,采用了油路管道加熱帶加熱管壁,從而使粘油成為“滑油”的方式,而非沿用傳統(tǒng)的高架罐整體攪拌加熱方式。管壁加熱,降低了能耗,減少了升溫等待時(shí)間,但在管道中心附近油的粘度仍較大,因此,系統(tǒng)閥門選用了適于高粘度使用場(chǎng)合的微型電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥[2]。為便于維護(hù),現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)控制弱電信號(hào),如稱重儀、閥位反饋等,均通過每個(gè)灌裝桶位對(duì)應(yīng)的顯示操作器轉(zhuǎn)接,再進(jìn)入工控機(jī)。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中,灌裝自動(dòng)控制流程為:通過控制機(jī)監(jiān)控畫面,操作人員鍵入操作員口令,控制機(jī)確認(rèn)正確后,再鍵入所需灌裝的總桶數(shù),確認(rèn)正確后,即可進(jìn)入灌裝控制流程。控制機(jī)首先啟動(dòng)油路管道加熱器,并實(shí)時(shí)檢測(cè)泵入口及灌裝出口油路油溫,當(dāng)加熱達(dá)到預(yù)定溫度范圍內(nèi)的溫度時(shí),控制機(jī)聲音提示操作員;之后,檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)油桶對(duì)位準(zhǔn)備是否就緒,若就緒,則立刻讀入稱重儀重量值,并保存,此時(shí)的重量值即油桶皮重;然后,開泵、開閥,實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示油重、溫度及泵閥工作狀態(tài),根據(jù)控制算法控制灌裝過程;最后,當(dāng)預(yù)置桶裝置到達(dá)時(shí),關(guān)閉泵閥,機(jī)械手吊移重桶,同時(shí)累計(jì)已灌裝的總桶數(shù),若已裝桶數(shù)達(dá)到預(yù)定總桶數(shù),則停止灌裝過程,若未到,則重復(fù)上述的灌裝流程。
該灌裝控制機(jī)可同時(shí)控制6個(gè)油桶的定量灌裝。主要的現(xiàn)場(chǎng)配套儀表有:
·稱重儀:6個(gè),測(cè)量范圍0～300kg,輸出信號(hào)4～20mA;
·溫度檢測(cè):3個(gè),測(cè)溫范圍-30°C～70°C,輸出信號(hào)4～20mA;
·微型電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥:6個(gè),開關(guān)控制輸出觸點(diǎn)電壓為交流220V。當(dāng)開觸點(diǎn)通電時(shí),閥門開度增大;當(dāng)關(guān)觸點(diǎn)通電時(shí),閥門開度減小;當(dāng)二者均斷電時(shí),閥位保持;二者均通電則為非法操作。閥位反饋輸出信號(hào)為4～20mA。
2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)部分:基本硬件配置、I/O接口和外部信號(hào)電源[3],如圖2所示。
圖中,I/O接口分配如表1所示。
?
3 軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)處理
3.1 軟件功能
裝置軟件編程語言選用了結(jié)構(gòu)化程序語言Turbo C2.0,具有圖形顯示,采用彈出式菜單操作方式。軟件功能模塊包括4大部分:系統(tǒng)幫助、參數(shù)組態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)診斷。
3.2 閥門智能控制
為實(shí)現(xiàn)高精度的粘油定量灌裝,筆者采用仿人智能控制的思想,通過對(duì)人手動(dòng)灌裝控制經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)及模仿,閥門開關(guān)過程采用了梯形圖控制方式及實(shí)時(shí)的沖量誤差修正,如圖3所示。
圖中,W為每桶油重設(shè)定灌裝量,Wp為第一次關(guān)閥控制點(diǎn),Ws為第二次關(guān)閥控制點(diǎn),VH為閥門開度高限,VL為閥門開度低限。
設(shè)Y0為閥門開控制信號(hào)狀態(tài),Yn為閥門關(guān)控制信號(hào)狀態(tài),V為閥門開度,Wx為油的凈重量,則圖3所示的閥門控制算法為:
在式(9)中,E為沖量誤差修正值。從圖3可見,由于閥門最后關(guān)閉存在一定的滯后時(shí)間,因此會(huì)造成一定油量的過沖,即存在一定量的沖量誤差。為減少?zèng)_量誤差,筆者在控制算法式(9)中引入了沖量誤差修正值E。當(dāng)?shù)诙侮P(guān)閥后閥位反饋V≤0.05(閥位零位誤差),且稱重儀此時(shí)每秒的重量變化率為零時(shí),稱重儀重量(W)減去第二次關(guān)閥時(shí)刻的稱重儀重量(Ws),即為沖量的大小。前一次發(fā)油結(jié)束后的沖量,即為后一次發(fā)油的沖量誤差修正值E的大小。該方法簡(jiǎn)單有效地消減了沖量誤差。
在式(10)中,Fmax為灌裝工藝流程設(shè)定的最大流速(kg/s),tmax為閥門最大行程時(shí)間(s)。
3.3 參數(shù)組態(tài)
從前述的式(1)到式(10)中可見,控制算法中有不少的參數(shù),如稱重儀量程低限Wmin及量程高限Wmax、閥門開度高限VH及低限VL、每桶油重設(shè)定灌裝量W、灌裝工藝流程設(shè)定的最大流速Fmax,閥門最大行程時(shí)間tmax;此外,還有溫度檢測(cè)所需的溫度變送器量程低限Tmin及量程高限Tmax、溫度控制所需的高限溫度TH及低限溫度TL等參數(shù)。它們將隨管道口徑、儀表量程、油品及桶大小等的不同而不同。如何增強(qiáng)軟件的通用性,以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的不同應(yīng)用情況,是提高裝置通用性及可靠性的關(guān)鍵之一。為此,軟件設(shè)計(jì)采用了密碼權(quán)限控制的參數(shù)組態(tài)方法,如表2所示。
?
?
當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工藝及配套儀表確定后,操作員即可通過控制機(jī)參數(shù)組態(tài)功能,將參數(shù)鍵入如表1所示的參數(shù)組態(tài)表,并以數(shù)據(jù)文件的方式存入電子盤。當(dāng)控制機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)控時(shí),則首先打開數(shù)據(jù)文件,將數(shù)據(jù)讀入?yún)?shù)組態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)組變量中。采用參數(shù)組態(tài)的方法,將數(shù)據(jù)參數(shù)與程序分離,避免了軟件的現(xiàn)場(chǎng)修改,增強(qiáng)了軟件的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。
綜上所述,粘油定量灌裝自動(dòng)控制裝置,通過采用STD工業(yè)控制機(jī),引入仿人智能控制思想及參數(shù)組態(tài)方法等,有效地提高了裝置的可靠性及控制精度,增強(qiáng)了裝置的適應(yīng)性及易用性。特別是通過“滑油”灌裝的工藝方式,降低了加熱能耗。該裝置已在多個(gè)軍用油庫推廣應(yīng)用。
?
參考文獻(xiàn)
1 魏慶福.STD總線工業(yè)控制機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社,1992
2 明賜東.調(diào)節(jié)閥應(yīng)用.成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1989
3 STD5000系列工業(yè)控制機(jī)使用手冊(cè).北京康拓工業(yè)電腦公司