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粘油定量灌裝控制裝置的研制

2009-05-31
作者:稅愛社 周紹騎 劉偉華 李生林

  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、現場配套儀表選型及“滑油”灌裝工藝。通過模仿人手動灌裝經驗,提出了實現高精度定量灌裝的閥門智能控制算法?;谠摽刂扑惴?實現了增強裝置通用性的參數組態(tài)方法。

  關鍵詞: 定量灌裝? 智能控制? 參數組態(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,由于其具有小板結構、高度的模塊化、嚴格的標準化、廣泛的兼容性、面向I/O的設計、高可靠性的特點,所以非常適合工業(yè)控制應用[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用。為此,筆者采用一臺北京康拓工業(yè)電腦公司生產的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)總體結構

  系統(tǒng)總體結構如圖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節(jié)球閥[2]。為便于維護,現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的顯示操作器轉接,再進入工控機。在圖1所示的結構中,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,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,當加熱達到預定溫度范圍內的溫度時,控制機聲音提示操作員;之后,檢測現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),根據控制算法控制灌裝過程;最后,當預置桶裝置到達時,關閉泵閥,機械手吊移重桶,同時累計已灌裝的總桶數,若已裝桶數達到預定總桶數,則停止灌裝過程,若未到,則重復上述的灌裝流程。

  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;

  ·微型電動調節(jié)球閥:6個,開關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

  系統(tǒng)硬件結構包括兩個部分: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 軟件設計關鍵技術處理

3.1 軟件功能

  裝置軟件編程語言選用了結構化程序語言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驗的總結及模仿,閥門開關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為每桶油重設定灌裝量,Wp為第一次關閥控制點,Ws為第二次關閥控制點,VH為閥門開度高限,VL為閥門開度低限。

  設Y0為閥門開控制信號狀態(tài),Yn為閥門關控制信號狀態(tài),V為閥門開度,Wx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。當第二次關閥后閥位反饋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)減去第二次關閥時刻的稱重儀重量(Ws),即為沖量的大小。前一次發(fā)油結束后的沖量,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,Fmax為灌裝工藝流程設定的最大流速(kg/s),tmax為閥門最大行程時間(s)。

3.3 參數組態(tài)

  從前述的式(1)到式(10)中可見,控制算法中有不少的參數,如稱重儀量程低限Wmin及量程高限Wmax、閥門開度高限VH及低限VL、每桶油重設定灌裝量W、灌裝工藝流程設定的最大流速Fmax,閥門最大行程時間tmax;此外,還有溫度檢測所需的溫度變送器量程低限Tmin及量程高限Tmax、溫度控制所需的高限溫度TH及低限溫度TL等參數。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,以適應現場的不同應用情況,是提高裝置通用性及可靠性的關鍵之一。為此,軟件設計采用了密碼權限控制的參數組態(tài)方法,如表2所示。

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  當現場工藝及配套儀表確定后,操作員即可通過控制機參數組態(tài)功能,將參數鍵入如表1所示的參數組態(tài)表,并以數據文件的方式存入電子盤。當控制機進入系統(tǒng)監(jiān)控時,則首先打開數據文件,將數據讀入參數組態(tài)結構數組變量中。采用參數組態(tài)的方法,將數據參數與程序分離,避免了軟件的現場修改,增強了軟件的現場適應性。

  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用。

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參考文獻

1 魏慶福.STD總線工業(yè)控制機的設計與應用.北京:科學出版社,1992

2 明賜東.調節(jié)閥應用.成都:四川科學技術出版社,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

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