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摘 要:本论文首先对本厂3000叶片线人工控制筒温带来产品质量影响进行了分析。针对问题提出了相关解决办法并设计了方案,该方案分为硬件部份和软件部份。然后对硬件和软件部份形成相关实施方案,并对所需技术进行分析和可行性讨论。最后对整个实施过程进行阐述,并对实施效果进行检验。
关键词:叶片 润叶 筒温 PID RSLOGIX5000 RSView 自动控制
中图分类号:TS43 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0068-01
叶片处理线润叶工序作用是使烟叶柔软,提高抗碎性,从而减少造碎;松散、伸展、膨胀烟叶,便于后续加工,同时减轻在制品杂气,改善内在质量。所以一个稳定可靠的润叶筒温控制系统,对产品后续加工及内在质量起着重要作用。我厂3000叶片线筒温控制为人工控制,存在着控制精度差,温度波动大等缺点,影响了润叶效果及出口水分稳定。为调高产品质量,增加工艺质量稳定性,需对3000叶片线二级润叶增加筒温自动控制系统。
1 自动控制可行分析
PID调节器,又称PID控制器。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。
PID调节器是一种线性调节器,这种调节器是将设定值w与实际输出值y进行比较构成控制偏差,并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量,所以简称为P(比例)I(积分)D(微分)调节器。实际应用中,根据对象的特性和控制要求,也可灵活的改变其结构,取其中一部分环节构成控制规律。
润叶温度系统较为复杂,来料叶片温度、内部环境的初始温度及内部气流风速、饱和蒸汽焓值及含水率、排潮负压值、内部加湿雾化水、加料雾化香料、筒体及管道密封及保温状况、温度传感器的灵敏程度以及环境温湿度都对自动控制带来较大的难度,而PID控制类似黑箱的原理较好地解决这一问题。温度控制系统采用PID闭环反馈控制,使温度保持在一个工艺要求的设定值,通过蒸汽阀门开度调整来调节蒸汽量,从而控制筒温。
2 方案设计
我厂现场采用DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP三层网架构,其中设备层为DeviceNet现场总线。现场分布式I/O子站为TURCK公司的BL20子站,分布式子站通过DeviceNet现场总线与ControlLogix控制器进行数据交换。
现场筒温蒸汽控制薄膜阀为带比例调节定位器,而且输出信号线已接入子站箱模拟量输出模块。故只需新增温度信号采集、并传入ControlLogix控制器,通过PID计算后返回给蒸汽薄膜阀定位器一开度模拟量信号,从而达到筒温自动控制功能。
为实现温度信号采集,我们准备在润叶排潮风机排潮管上增加一支温度传感器,量程为-50～250℃,信号为4～20mA电流信号。2#子站上模拟量输入信号两通道模块上,尚有一剩余通道,无需新增模块。信号线采用KVVRP 3×1.0的屏蔽信号线。
温度传感器采集来的的模拟量信号经模拟量输入模板的模数转换,转为数字量信号,该信号通过现场总线DeviceNet传递给ControlLogix控制器。
数字量信号经标尺转换后得出的实际温度传递给PID运算模块,通过与设定温度值比较运算,得出蒸汽阀门开度值。
3 硬件部分安装
温度传感器安装于排潮风机风管上,在风管上开孔后,密封联结温度传感器。
4 程序编制及调试
我厂主控PLC采用AB公司的Control Logix控制器,其编程软件为RSLOGIX5000,RSLOGIX5000具有梯形图编程软件包,有灵活易用的编辑功能、通用的操作画面、诊断和纠错工具。
Logix5555型处理器具有专门的PID指令,用以监视和控制如压力、温度、液位和流量等过程回路。PID指令是一输出指令,当梯级输入条件为真时,PID指令进入执行状态,PID指令通常接收来自模拟量输入模块的过程变量(PV),并且通过模拟量输出模块调节控制变量输出(CV),以保持过程变量在希望的设定点(SP);当梯级条件为假时,PID指令停止执行。
4.1 PID指令参数输入配置及调用
使用RSLogix5000的梯形图编程,首先是配置ST6润叶机温度 PID控制器指令的各个参数。ST6_TIC.PID为润叶机温度PID控制器。其中“14”语句ST6_TIC.PV 为PID控制器的过程变量,其数据类型为REAL(四个字节浮点数);ST6_TIC.CV为它的控制变量(即蒸汽阀的百分比开启度),数据类型为REAL(四个字节浮点数);Setpoint:为控制器的设定值,数据类型为REAL(四个字节浮点数);OutPut%:为控制变量的输出,即控制器输出的加水阀的开启度百分比。当润叶机入口的加水阀工作时,该控制器的执行条件将被满足,PID控制器将自动调节温度值。
4.2 模拟量信号采集转换
润叶机温度值由温度传感器采集,其模拟量为4～20mA电流信号,接入其相应子站的模拟量输入模块(AI),并通过AI 进行模/数转换,然后通过DeviceNet(设备网)进入到PLC控制器,PLC则通过调用相关指令实现其滤波和工程整定。
4.3 控制蒸汽阀门开启
将PID控制变量ST6_TIC.CV传给标签ST6_VALVE_CV来控制蒸汽阀门开启,从而到达温度自动控制目的。
5 上位机监控完善
我厂上位机监控软件采用的是美国AB公司的上位机监控软件RSView32,该软件是基于微软Windows系列产品,应用于创建和运行数据采集、实时监控的应用程序。
首先在主画面上添加温度显示,首先在标记数据库内创建ST6设定温度和实际温度的标签。实际值标签为ST6_TEMP,设定值标签为ST6_TIC_SP.以上两标签类型均为模拟量,范围为0～100。然后在主画面上添加ST6筒体温度显示,数字量显示标签的设定值和实际值分别对应为上述两个标签。创建相关趋势图,在数据记录和控制器图形添加相应标签和笔迹配置。
6 结语
通过此次改造,使3000叶片线筒温控制符合工艺需求,稳定了产品质量。通过此次改造,使我们对模拟量信号采集、转换、处理有了深刻的认识。对闭环反馈系统的PID指令的赋值及运算过程加深了解。
参考文献
[1] ControlLogix I/O模块用户手册.北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006.
[2] ControlLogix系统用户手册 北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006.
[3] 1756-DEVICENET通讯接口模块手册 北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006
[4] RSView32用户手册 北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006.
[5] 雷霖.现场总线控制网络技术 北京:电子工业出版社,2005.
关键词:叶片 润叶 筒温 PID RSLOGIX5000 RSView 自动控制
中图分类号:TS43 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0068-01
叶片处理线润叶工序作用是使烟叶柔软,提高抗碎性,从而减少造碎;松散、伸展、膨胀烟叶,便于后续加工,同时减轻在制品杂气,改善内在质量。所以一个稳定可靠的润叶筒温控制系统,对产品后续加工及内在质量起着重要作用。我厂3000叶片线筒温控制为人工控制,存在着控制精度差,温度波动大等缺点,影响了润叶效果及出口水分稳定。为调高产品质量,增加工艺质量稳定性,需对3000叶片线二级润叶增加筒温自动控制系统。
1 自动控制可行分析
PID调节器,又称PID控制器。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。
PID调节器是一种线性调节器,这种调节器是将设定值w与实际输出值y进行比较构成控制偏差,并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量,所以简称为P(比例)I(积分)D(微分)调节器。实际应用中,根据对象的特性和控制要求,也可灵活的改变其结构,取其中一部分环节构成控制规律。
润叶温度系统较为复杂,来料叶片温度、内部环境的初始温度及内部气流风速、饱和蒸汽焓值及含水率、排潮负压值、内部加湿雾化水、加料雾化香料、筒体及管道密封及保温状况、温度传感器的灵敏程度以及环境温湿度都对自动控制带来较大的难度,而PID控制类似黑箱的原理较好地解决这一问题。温度控制系统采用PID闭环反馈控制,使温度保持在一个工艺要求的设定值,通过蒸汽阀门开度调整来调节蒸汽量,从而控制筒温。
2 方案设计
我厂现场采用DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP三层网架构,其中设备层为DeviceNet现场总线。现场分布式I/O子站为TURCK公司的BL20子站,分布式子站通过DeviceNet现场总线与ControlLogix控制器进行数据交换。
现场筒温蒸汽控制薄膜阀为带比例调节定位器,而且输出信号线已接入子站箱模拟量输出模块。故只需新增温度信号采集、并传入ControlLogix控制器,通过PID计算后返回给蒸汽薄膜阀定位器一开度模拟量信号,从而达到筒温自动控制功能。
为实现温度信号采集,我们准备在润叶排潮风机排潮管上增加一支温度传感器,量程为-50～250℃,信号为4～20mA电流信号。2#子站上模拟量输入信号两通道模块上,尚有一剩余通道,无需新增模块。信号线采用KVVRP 3×1.0的屏蔽信号线。
温度传感器采集来的的模拟量信号经模拟量输入模板的模数转换,转为数字量信号,该信号通过现场总线DeviceNet传递给ControlLogix控制器。
数字量信号经标尺转换后得出的实际温度传递给PID运算模块,通过与设定温度值比较运算,得出蒸汽阀门开度值。
3 硬件部分安装
温度传感器安装于排潮风机风管上,在风管上开孔后,密封联结温度传感器。
4 程序编制及调试
我厂主控PLC采用AB公司的Control Logix控制器,其编程软件为RSLOGIX5000,RSLOGIX5000具有梯形图编程软件包,有灵活易用的编辑功能、通用的操作画面、诊断和纠错工具。
Logix5555型处理器具有专门的PID指令,用以监视和控制如压力、温度、液位和流量等过程回路。PID指令是一输出指令,当梯级输入条件为真时,PID指令进入执行状态,PID指令通常接收来自模拟量输入模块的过程变量(PV),并且通过模拟量输出模块调节控制变量输出(CV),以保持过程变量在希望的设定点(SP);当梯级条件为假时,PID指令停止执行。
4.1 PID指令参数输入配置及调用
使用RSLogix5000的梯形图编程,首先是配置ST6润叶机温度 PID控制器指令的各个参数。ST6_TIC.PID为润叶机温度PID控制器。其中“14”语句ST6_TIC.PV 为PID控制器的过程变量,其数据类型为REAL(四个字节浮点数);ST6_TIC.CV为它的控制变量(即蒸汽阀的百分比开启度),数据类型为REAL(四个字节浮点数);Setpoint:为控制器的设定值,数据类型为REAL(四个字节浮点数);OutPut%:为控制变量的输出,即控制器输出的加水阀的开启度百分比。当润叶机入口的加水阀工作时,该控制器的执行条件将被满足,PID控制器将自动调节温度值。
4.2 模拟量信号采集转换
润叶机温度值由温度传感器采集,其模拟量为4～20mA电流信号,接入其相应子站的模拟量输入模块(AI),并通过AI 进行模/数转换,然后通过DeviceNet(设备网)进入到PLC控制器,PLC则通过调用相关指令实现其滤波和工程整定。
4.3 控制蒸汽阀门开启
将PID控制变量ST6_TIC.CV传给标签ST6_VALVE_CV来控制蒸汽阀门开启,从而到达温度自动控制目的。
5 上位机监控完善
我厂上位机监控软件采用的是美国AB公司的上位机监控软件RSView32,该软件是基于微软Windows系列产品,应用于创建和运行数据采集、实时监控的应用程序。
首先在主画面上添加温度显示,首先在标记数据库内创建ST6设定温度和实际温度的标签。实际值标签为ST6_TEMP,设定值标签为ST6_TIC_SP.以上两标签类型均为模拟量,范围为0～100。然后在主画面上添加ST6筒体温度显示,数字量显示标签的设定值和实际值分别对应为上述两个标签。创建相关趋势图,在数据记录和控制器图形添加相应标签和笔迹配置。
6 结语
通过此次改造,使3000叶片线筒温控制符合工艺需求,稳定了产品质量。通过此次改造,使我们对模拟量信号采集、转换、处理有了深刻的认识。对闭环反馈系统的PID指令的赋值及运算过程加深了解。
参考文献
[1] ControlLogix I/O模块用户手册.北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006.
[2] ControlLogix系统用户手册 北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006.
[3] 1756-DEVICENET通讯接口模块手册 北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006
[4] RSView32用户手册 北京:美国罗克韦尔自动化公司,2006.
[5] 雷霖.现场总线控制网络技术 北京:电子工业出版社,2005.