摘? 要: 采用STD5000系列工業(yè)控制計算機,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)場配套儀表選型及“滑油”灌裝工藝。通過模仿人手動灌裝經(jīng)驗,提出了實現(xiàn)高精度定量灌裝的閥門智能控制算法?；谠摽刂扑惴?實現(xiàn)了增強裝置通用性的參數(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

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　　STD總線是一種國際流行的工業(yè)控制微型計算機標準總線,由于其具有小板結(jié)構(gòu)、高度的模塊化、嚴格的標準化、廣泛的兼容性、面向I/O的設(shè)計、高可靠性的特點,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)自動灌裝控制裝置在粘油灌裝中的應(yīng)用。為此,筆者采用一臺北京康拓工業(yè)電腦公司生產(chǎn)的STD5000系列V20工控機作為主機,一臺PC機作為開發(fā)平臺,研制了用于粘油的定量灌裝自動控制裝置。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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　　灌裝系統(tǒng)為減少粘油流動摩阻,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合的微型電動調(diào)節(jié)球閥[2]。為便于維護,現(xiàn)場檢測控制弱電信號,如稱重儀、閥位反饋等,均通過每個灌裝桶位對應(yīng)的顯示操作器轉(zhuǎn)接,再進入工控機。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中,灌裝自動控制流程為:通過控制機監(jiān)控畫面,操作人員鍵入操作員口令,控制機確認正確后,再鍵入所需灌裝的總桶數(shù),確認正確后,即可進入灌裝控制流程?？刂茩C首先啟動油路管道加熱器,并實時檢測泵入口及灌裝出口油路油溫,當加熱達到預(yù)定溫度范圍內(nèi)的溫度時,控制機聲音提示操作員;之后,檢測現(xiàn)場油桶對位準備是否就緒,若就緒,則立刻讀入稱重儀重量值,并保存,此時的重量值即油桶皮重;然后,開泵、開閥,實時檢測并顯示油重、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,當預(yù)置桶裝置到達時,關(guān)閉泵閥,機械手吊移重桶,同時累計已灌裝的總桶數(shù),若已裝桶數(shù)達到預(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。

　　該灌裝控制機可同時控制6個油桶的定量灌裝。主要的現(xiàn)場配套儀表有:

　　·稱重儀:6個,測量范圍0～300kg,輸出信號4～20mA;

　　·溫度檢測:3個,測溫范圍-30°C～70°C,輸出信號4～20mA;

　　·微型電動調(diào)節(jié)球閥:6個,開關(guān)控制輸出觸點電壓為交流220V。當開觸點通電時,閥門開度增大;當關(guān)觸點通電時,閥門開度減小;當二者均斷電時,閥位保持;二者均通電則為非法操作。閥位反饋輸出信號為4～20mA。

2 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括兩個部分:基本硬件配置、I/O接口和外部信號電源[3],如圖2所示。

　　圖中,I/O接口分配如表1所示。

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3 軟件設(shè)計關(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,通過對人手動灌裝控制經(jīng)驗的總結(jié)及模仿,閥門開關(guān)過程采用了梯形圖控制方式及實時的沖量誤差修正,如圖3所示。

　　圖中,W為每桶油重設(shè)定灌裝量,W_p為第一次關(guān)閥控制點,W_s為第二次關(guān)閥控制點,V_H為閥門開度高限,V_L為閥門開度低限。

　　設(shè)Y₀為閥門開控制信號狀態(tài),Y_n為閥門關(guān)控制信號狀態(tài),V為閥門開度,W_x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間,因此會造成一定油量的過沖,即存在一定量的沖量誤差。為減少沖量誤差,筆者在控制算法式(9)中引入了沖量誤差修正值E。當?shù)诙侮P(guān)閥后閥位反饋V≤0.05(閥位零位誤差),且稱重儀此時每秒的重量變化率為零時,稱重儀重量(W)減去第二次關(guān)閥時刻的稱重儀重量(W_s),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。該方法簡單有效地消減了沖量誤差。

　　在式(10)中,F_max為灌裝工藝流程設(shè)定的最大流速(kg/s),t_max為閥門最大行程時間(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W_min及量程高限W_max、閥門開度高限V_H及低限V_L、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F_max,閥門最大行程時間t_max;此外,還有溫度檢測所需的溫度變送器量程低限T_min及量程高限T_max、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。如何增強軟件的通用性,以適應(yīng)現(xiàn)場的不同應(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)計采用了密碼權(quán)限控制的參數(shù)組態(tài)方法,如表2所示。

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　　當現(xiàn)場工藝及配套儀表確定后,操作員即可通過控制機參數(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。當控制機進入系統(tǒng)監(jiān)控時,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)場修改,增強了軟件的現(xiàn)場適應(yīng)性。

　　綜上所述,粘油定量灌裝自動控制裝置,通過采用STD工業(yè)控制機,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。該裝置已在多個軍用油庫推廣應(yīng)用。

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參考文獻

1 魏慶福.STD總線工業(yè)控制機的設(shè)計與應(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)控制機使用手冊.北京康拓工業(yè)電腦公司