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基于模糊参数自整定PID算法的起爆具生产线温度控制设计与开发

王俊  
【摘要】:起爆具是一种新型工业炸药,是我国民用爆破器材的重要产品之一。伴随着经济建设的快速发展,起爆具广泛应用于矿山爆破作业中各类炮孔的起爆,其在当今社会中扮演的角色也越来越重要。由于起爆具所属行业的特殊性,其生产的质量备受关注。研究表明,高性能、优质量的起爆具能有效的起爆各类钝感炸药,从而提高爆破效果,节约生产成本;相反,如果起爆具质量较低,不能完全有效的起爆钝感炸药,从而影响爆破效果,增加作业成本,甚至出现拒爆现象,造成极大的人工、产品浪费,而且增加了爆破作业的危险性。 从现有起爆具生产的工艺来看,起爆具产品的质量与生产中的温度控制有很大的关联,不同温度下制成的起爆具,其起爆感度、爆速、猛度均会不同,这些指标也即是衡量起爆具传爆效能的重要指标。近些年,起爆具的国内外市场需求量还在增加,提高生产效率刻不容缓。但是,我国许多的起爆具生产线存在着自动化程度低、安全性差等客观原因,制约了我国起爆具市场的国际拓展。为此,需要改进原有的起爆具生产工艺,尤其是从温度控制上保障产品的品质。本文在山东天宝化工厂原有起爆具生产线工艺上进行改进,设计了一套新的起爆具生产线控制方案。本文的主要研究点如下: (1)在具体分析起爆具生产工艺的基础上,比对现有的过程控制系统,提出将上位机-下位机(IPC-PLC)型的集散控制系统(distributed control system,DCS)作为新的控制方式,下位机采用西门子S7-300PLC来完成控制任务,上位机的组态监控软件采用的是Kingview来完成流程和参数的实时显示与监控任务,上位机和下位机之间通过MPI网实现数据传输。 (2)温度控制方案的确定。浇注温度控制的精度是关系到起爆具质量的关键因素。由于起爆具浇注锅数学模型的不明确以及浇注过程中的非线性、慢时变、迟滞等特性,传统的PID控制已不能胜任。在PLC平台上,本文将模糊控制算法和传统PID控制器两者优势结合,命名为模糊参数自整定PID控制器,并确定将其作为起爆具生产线中的温度控制器。 (3)在充分了解模糊控制系统组成和模糊控制器设计原理的基础上,设计出了用于起爆具生产线的模糊参数自整定PID控制器,并在Matlab中的Simulink工具箱里对该模糊PID控制器和传统PID控制器进行了仿真比较。仿真结果表明:相比较于传统PID控制器,模糊PID控制器具有更好的调节精度,适用于工业控制领域,为模糊参数自整定PID控制器应用在起爆具生产线上提供了科学根据。 (4)模糊参数自整定PID算法在PLC上编程实现。模糊参数自整定PID控制器本质上是一种算法,本文在充分了解西门子S7-300PLC编程软件STEP7的基础上,制定了模糊参数自整定PID算法在PLC上实现的编程结构,即用不同的程序块来实现模糊控制理论中的模糊化、模糊推理和解模糊三个环节,在此基础上,运用STL语言对模糊PID算法进行了编程实现。 (5)上位机监控系统设计。上位机监控功能是辅助温度控制与调节的可靠伙伴,起爆具生产线的温度控制效果可通过上位机温度参数直观的显示出来。本文中采用Kingview组态软件,对起爆具生产线的生产流程、软操作按钮、参数指示、故障指示和参数设定等功能实现了界面组态,并为温度等参数设计了历史报表。 在该条生产线控制系统实施完成后,对其进行了试运行实验,取得了较为满意的控制效果,特别是在温度控制方面,达得了预期的控制精度要求。


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