甘蔗糖业  2007 Issue (4): 41-43   PDF    
压榨变参数PID均衡进榨控制系统设计
蔡惠贤, 黄世锦    
广东省华海糖业发展有限公司, 广东, 徐闻 524132
摘要:针对甘蔗糖厂进榨过程工作负荷不稳定、蔗刀机经常出现过电流、榨机列高位槽料位不稳定的问题,以PLC为主要硬件,通过编程,采用模糊控制器对PID参数进行在线自适应调整,调节输蔗带滑差电机的控制电压,使输蔗带速度随1号高位槽料位的高低而自动变化,实现了智能均衡进榨.
关键词输蔗带     模糊控制器     PID参数    

PID 控制技术如今已成功应用于各类工业控 制,其控制效果主要取决于其比例、微分及积分 系数的选取。传统模式的 PID 控制的 3 个系数为 固定值,仅适用于数学模型固定或变化不大的控 制对象。甘蔗糖厂压榨的进榨过程由于受人工喂 蔗、甘蔗品种、甘蔗纤维分、蔗料在输蔗带的堆 放形状等复杂因素影响,导致蔗刀机、撕解机、 榨机列工作负荷不稳定,经常出现蔗刀机电机过 电流、高位槽料位时高时低甚至堵塞,从而影响 设备运行安全和压榨抽出率。可见进榨喂料过程 具有不确定性、多变量耦合和强非线性等特点, 数学模型难以建立。采用常规 PID 控制,难以达 到满意的控制效果。

为克服常规 PID 控制的不足,将模糊控制策 略用于进榨过程,在线修正 PID 参数,使输蔗带 的速度跟随 1 号榨机高位槽料位的变化自动调 节:1 号榨机高位槽料位高于设定值时,输蔗带 的速度自动减低;料位低于设定值时,输蔗带的 速度自动提高,并且任一台蔗刀机有过电流趋势 时自动降低输蔗带速度。实践证明,此系统在喂 蔗量变化较大时,仍能保证进榨量均衡。

1 工艺简介

原料甘蔗由喂蔗工手动控制从喂蔗台落入输 蔗带(我公司只有一条输蔗带,多数厂为两级输 蔗带) ,输蔗带上共装 3 台蔗刀机和撕解机,经撕 解破碎的甘蔗由输送胶带送至 1 号榨机高位槽, 然后由榨机列提汁。

2 系统原理及组成
2.1 系统工作原理

均衡生产是甘蔗糖厂各类控制的主要目的, 而进榨量是否均衡则会直接影响全厂的各项工艺 指标。均衡进榨有两种理念:重量均衡和纤维量 均衡。我们认为纤维量的均衡更有利于提高压榨 抽出率和榨机负荷的稳定。在某设定榨量时,1 号榨机的转速为某定值,为保证 1 号高位槽料位 的稳定, 根据输蔗带上的纤维流量信号,调节输蔗 带滑差电机调速器的控制电压, 调节输蔗带速度, 改变蔗流量,使 1 号高位槽料位稳定在期望值。

2.2 系统组成

PLC 是 整 个 系 统 的 核 心 部 分 , 主 机 为 FX2N-80MR、I/O 模块为 FX2N-4DA 和 FX2N-4AD、 人机界面采用 F940GOT-LWD-C、速度变送器、料 位变送器。

3 模糊控制器的设计

PID 控制的关键在于 kp、ki、KD 3 个参数的合理选取。参数固定、非线性特性不严重时,只须 选取合适的 kp、ki、KD 即可;参数变化大、非线 性很严重时,固定的 3 个参数则无法满足系统精 准的控制要求,须在线修正 PID 的各参数,本系 统应用模糊控制的方法进行修正。

3.1 模糊控制器的结构

本模糊控制器具有自学习功能, 如图 1 所示。

自学习功能模块通过计算模型的输出与实际 输出 PID 的偏差大小,代入性能函数, 依性能函数 的结果制定修正模糊规则的方法, 即自学习算法。

图 1 自学习模糊控制器结构图
3.2 模糊控制规则

设 e 为速度偏差、ec 为速度偏差变化率,e 和 ec 为模糊控制器的输入变量。根据 e 和Δe 的 大小,将其进行模糊化。根据模糊控制规则进行 推理,求解模糊关系方程,得到模糊量 PID 参数。

我们制定的模糊规则如表 1~3 所示。表中 e 和 ec 模糊量 NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB 分别 表示语言变量负大、负中、负小、零、正小、正 中、正大;kp、ki、KD 模糊量大表示常规 PID 各 系数乘以一个大于 1 的系数;模糊量小表示常规 PID 各系数乘以一个小于 1 的系数,模糊量中表 示常规 PID 各系数不变。

表 1 kp、模糊控制规则

表 2 ki、模糊控制规则

表 3 KD、模糊控制规则
3.3 自学习模块

自学习算法是本模块的关键。在本系统如被 调整量有增大偏差的趋势,即评价函数 P(k)= E(k)·CE(k)>0 时,则对相应的控制规则进行 弱化,乘以小于 1 的系数α(0<α<1) ,使控制量 减弱,并且该系数随 e 的大小变化;如被调整量 有减小偏差的趋势, 即评价函数 P (k) =E (k)·CE (k)<0 时,则对相应的控制规则进行强化,乘 以大于 1 的系数α(1<α<2) ,使控制量增强。

4 结束语

上述控制方案于 2006/07 年榨季投入运行,从运行情况来看,自学习模糊控制器对 PID 的参 数进行在线调整,使输蔗带能根据 1 号高位槽料 位及甘蔗流量自动调节,生产均衡度明显提高。

参考文献
[1]张国栋.从圭亚那糖厂项目的自控设计谈中国制糖工业的自动化改造[J]. 甘蔗糖业,2006(5):27. (0)
[2]王立新.模糊系统与模糊控制教程[M]. 北京:清华大学出版社,2003:95-108. (0)
(本篇责任编校:邢海萍)