滚筒内物料温度的模糊控制系统.pdf

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1、1098化工自动化及仪表第38卷滚筒内物料温度的模糊控制系统范玉德(中国工程物理研究院化工材料研究所．四川绵阳621900)擒要采用分段模糊调节和PID调节组成的串级调节系统，克服了由于环境温度及物料温度设定值变化等因素时滚筒内物料温度控制造成的影响，较好地实现了以为水加热介质的滚筒内物料熔化过程中二次介质温度的设定。关键词滚筒物料温度分段模糊调节PID串级调节中图分类号TP273文献标识码B文章编号1000-3932(2011)09-1098-03滚筒是化工行业中的常用装置，通过流过夹套内的加热介质将滚筒内的物料按要求的温度熔化后均匀混合。在生产

2、过程中，要控制滚筒中物料的温度，就必须控制加热介质的温度。如果工艺中的加热介质为水，则根据被熔物料的物理和化学性质，为缩短溶化时间，先用70℃的热水将物料快速加热，当物料达到将要熔化的设定温度(如52。C)时，迅速将水温调节到设定温度点附近，并最终使物料温度在设定温度保持1h。在单独由水温控制系统完成水温控制时，这样的熔化工艺过程要求水温控制系统要设定两次加热介质的温度，第2次设定温度时，由于不同物料的熔化温度和环境温度不同，但是最终熔化温度的控制受环境温度影响较大，所以不易掌握。为实现滚筒内物料温度的自动控制，即在整个熔化混合过程中，只根据物料熔

3、化温度的不同设定一次物料温度，实际物料温度和水温由控制系统自动控制，笔者设计了以水为加热介质的滚筒内物料温度自控系统，系统将水温调节采用控制加热蒸汽流量的方式实现，调节环节只有水箱内的水：而物料温度调节环节则包括进水与圃水管线散热、夹层散热和物料3部分，其中水温调节环节的时间常数要小于物料温度调节环节。1系统工作原理滚筒熔料要求快速熔化，在物料接近熔化点之前工艺要求水温设定值为70℃，一次熔化时间约为1．5h，且水温调节和物料温度调节两个环节的时间常数相近，是单元操作和断续生产流程。因此，采用非常规、非线性的分段模糊和常规PID调节组成的串级调节系

4、统。2水温串级调节自控系统分段模糊和常规PID串级调节系统中，主环为物料温度调节系统，副环为水温调节系统。主环调节系统中，物料温度调节输出为水温调节系统的给定值，即分段模糊控制调节，将物料温度调节器的输出给定(即水温)分为两段，当物料温度小于设定值2℃之前，水温给定为70℃并保持不变，以缩短熔化时间；当物料温度偏差小于2℃时，由模糊控制器根据模糊规则得到水温设定值，从而完成物料温度的控制。模糊控制器的输出采用增量输出方式；副环调节系统中水温调节输出控制水箱加热蒸汽的流量，是常规PID调节。所有的调节过程由PLC控制程序实现。控制系统的原理如图l所示

5、，硬件组成如图2所示。物料温度分段丰芟糊控捌水潞测时环境温度雏物料温度洲磕滚筒物料温』童l转换H拧制H转换H调l匦H副■凹幽凼收■日期：20114)1-18蒸汽阁¨开度水温IJl：凋节第9期范玉德．滚简内物料温度的模糊控制系统调节方式控制。水箱中的水温采用铠装铂热电阻Ptl00测量，给定信号为物料温度调节输出信号。给定温度与测量温度的偏差经PID运算后通过伺服放大器控制水箱加热蒸汽电动调节阀的开度。从而控制水箱内加热水的蒸汽流量，达到控制水箱中水温的目的。在物料熔化过程中，当水温低于38℃下限时，发出声光报警信号。系统工作时，加热滚筒的热水流量不变

6、，其传递热量只与热水的温度有关，这就简化了控制系统的组成和调试过程。测温铂热电阻的时间常数均小于88，减少了系统滞后。干扰因素主要有环境温度变化和温度设定值不同造成的热损。3模糊控制器的结构本系统为一维模糊控制器，输入为物料温度设定值与实际值的偏差，输出量为水温调节器的设定值和其修正值⋯。3．1输入、输出语言变量值的选取及赋值根据实际操作经验，选取7个误差语言变量值e，即正大PL、正中PM、正小PS、零0、负小NS、负中NM、负大NL，与实际值的对应关系见表l。其中误差等于测量值减设定值。输出语言变量的赋值见表2。表1e与实际值的对应关系表2输出语

7、言变量赋值PLPSONSNL设误差和控制量的论域分别为X、y，量化等级为7，即X=Y=}一3，一2，一l，0，I，2，3}，它们的输人输出隶属度函数如图3所示。谳激图3输入输出隶属度函数3．2模糊控制规则控制系统选择最大隶属度法确定模糊输出。由于滚筒内熔化物料的工艺已在中国工程物理研究院化工材料研究所应用多年，有丰富的实践经验可借鉴，再结合模糊控制规则列出模糊控制查询表(表3)，设计物料温度模糊控制规则如下：如果误差e=NL．那么输出￡，=PL如果误差o=NM．那么输出U=PM如果误差t=NS．那么输出U=PS如果误差e=0．那么输出￡，=0如果误

8、差e=PS．那么输出￡，=NS如果误差e=PM，那么输出￡，=NM如果误差e=PL，那么输出￡，=NL表3模糊控制查询表℃