摘 要： 采用研華設備及AI調節器相結合的控制算法對開煉機伺服閥進行過程控制，調距精度高，壓力值控制準確。同時具備調距控制響應快、數字信號處理靈活、易于實現參數反饋等特點。系統實踐效果較好，能夠廣泛應用于輪胎等生產行業中。
關鍵詞： 開煉機；過程控制；AI調節器
近年來，隨著我國運輸事業的迅猛發展以及人民物質生活水平的不斷提高，輪胎橡膠行業一直處于高速發展的狀態。輪胎橡膠類加工企業在擴大生產的同時，不斷更新生產工藝和配方，大大提高了子午線輪胎的高速行駛安全性、舒適性和使用壽命。由于子午線輪胎膠料的硬度很高，一次煉制橡膠量加大，在生產過程中對煉制橡膠的生產設備的承載能力提出了更高的要求。開煉機作為整條生產線前端設備，其性能的好壞直接關系到生產的連續性。而對設備承載能力起決定因素的就是設備的安全裝置，它能保證整個設備在過載的情況下不會受到損壞[1]。
1 開煉機液壓調距系統
開煉機液壓調距系統與其他的液壓伺服控制系統相同，都是一種以液壓動力機械作為執行機構并具有反饋控制的控制系統。它不僅能自動準確、快速地復現輸入量的變化規律，并且還能對輸入的數字信號實現變換的作用[2]。該控制系統與傳統開煉機調距系統相比具有如下特點：
（1）動態性能好、穩態精度高
調距最大行程L為100 mm。位置調節時域動態指標：上升時間tr<0.021 s，超調量σp<6%，調整時間ts<0.11 s。位置調節頻率動態指標：幅值裕量KS>6.9 dB相位裕量r=40°~70°。性能指標：位置控制精度e<±0.016 mm。
（2）高壓大功率、高可靠性。
（3）理論解析與特性補償。液壓控制的理論解析近期的研究傾向是利用微型計算機對復雜系統（如多變數液壓系統）和復雜因素（非線性及時變等）進行仿真分析的研究。
2 開煉機液壓調距控制系統的組成
開煉機液壓調距控制系統采用SHT公司生產伺服油缸，型號：FB335X200X101ST。選用M00G公司生產G761-3004型伺服閥。阻尼比?灼h=0.7，固有頻率?棕h=721 rad/s。位移傳感器選擇MTS公司生產的磁致
3 智能調節器與研華系列模塊
智能調節器AI808的功能除了涵蓋傳統過程控制系統的串級控制、前饋控制、比值控制、均勻控制等功能外，已經普遍應用了模糊控制、專家控制和神經網絡控制等新理論與新技術[3]。
智能調節器具有“遙控”功能，可由PLC的模擬量輸出單元輸出4~20 mA（或0~20 mA，或DC1~5 V，或DC 0~10 V，或DC 0~5 V）的電壓或電流信號，實現各種過程的閉環控制系統。在初次使用AI808時，可啟動AT功能來協助確定M5、P、I等控制參數[4]。
研華系列模塊包括Adam-5000TCP，Adam-4017，Adam-4055。其中Adam-5000TCP使用ARM 32 bit RISC CPU10/100Base-T自動偵測高速通信端口，支持Modbus/TCP通信協議，Adam-4017具有通道：6路、差分、兩路、單端；輸入類型：mV、V、mA，采樣速率：10采樣點/s。Adam-4055具有I/O類型：8 DO/DI，輸入電壓：DC 10~50 V，集電極開路DC 40 V，過壓保護：DC 70 V，DC 2 500 V光學隔離。
4 液壓調距控制系統
該系統由定量泵和蓄能器共同供油，并設置了手動控制泵作為系統的輔助供油裝置，以便在緊急狀況下能夠保證輥距的順利打開；系統中在每個調距缸附近設置電磁溢流閥來保護開煉機軸筒和機架；采用比例閥控制輥距的調整速度和精度，同時保持輥距[5]。根據輥距對速度和精度的調整，采用電磁比例閥可以很好地解決這些問題，同時還可以實現對輥距調整的自動化控制，提高輥距調整效率，改善系統性能[6]。
5 系統程序
系統程序應當基于設計系統的模型建立，該系統的數學模型如圖2所示。
首先對上述數學模型進行PID校正。根據仿真的結果選用試湊法進行PID校正：（1）調整比例部分。將控制器中的積分系數和微分系數置零，使之成為純比例控制，將系統投入運行，再由大到小調節比例度，觀察系統的響應，直到出現約4：1的衰減過渡曲線。（2）整定積分環節。整定時，先將調整好的比例系數降低20％，以補償因加入積分而引起的系統穩態誤差上升，然后由小到大調節積分系數，消除靜差。（3）最后加入微分環節。此時可適當增加比例系數，以補償因加入微分后而引起的系統穩定性的下降。經過PID整定后原先的響應曲線如圖6虛線所示。理想的PID參數如下所示：
其上升時間tr=0.004 29 s<0.01 s，調節時間ts=0.016 3 s<0.1 s，超調δp：3.72%<5%。從圖6的系統響應曲線可以看出校正后的控制系統是穩定的，幅值穩態裕量Ks=7．27 dB，相位穩態裕量r=65.4°。從表1的數據中可以看出，經PID校正后的系統特性完全達到設計要求。理想PID參數經過試湊后，應針對該PID參數書寫控制器算法，并寫到工控機中。按照研華模塊提供的協議往485串口上傳輸ASCII字符串。字符串的內容取決于工控機中計算的結果。現對上述系統加入負載擾動。加入負載擾動的響應曲線如圖6的實線所示。從圖6中可以看出加入負載擾動后，系統依舊可以達到本文提出的控制要求。
開煉機是生產子午線橡膠輪胎的重要設備，其調距性能的好壞直接影響到輪胎的質量。液壓調距具有以下優點：調距精度高、安全保護性好及生產連續性好，是傳統的調距方法不能相比的。本文設計了、并對其控制方法做了重點研究。通過仿真研究該系統的特性，建立了液壓驅動調距控制系統的數學模型。設計了常規PID控制器，并進行了仿真，基本滿足設計要求。
參考文獻
[1] 宋志安．基于MATLAB的液壓伺服控制系統分析與設計[M]．北京：國防工業出版社，2007.
[2] 于江華，蘇東海．電液伺服系統的理論與實踐[J]．機械，2007（34）：17-18.
[3] VISIOLI A． A new design for a PID plus feedforward controller[J]． Journal of ProcessControl，2004（14）：457-458．
[4] 許賢良．控制工程基礎[M]．北京：國防工業出版社，2008.
[5] 梁莉，葛斌.基于AI調節器的過程計算機控制系統[J].微計算機信息，2006，22（6-2）：293-294．
[6] 唐國俊，李健鎮.橡膠機械設計[M].北京：化學工業出版社，1995.