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摘要:為了實(shí)時(shí)對(duì)鍍槽溫度進(jìn)行監(jiān)控,并有效控制鍍槽溫度精度,設(shè)計(jì)了一種基于plc的鍍槽溫度控制系統(tǒng)。首先介紹鍍槽溫度控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),為了克服傳統(tǒng)PID控制方法的缺陷,在PID控制中引入模糊控制理論,從而提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。最后對(duì)模糊PID控制器進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,該模糊PID控制器響應(yīng)速度快、超調(diào)量小,能夠?qū)崿F(xiàn)鍍槽溫度的精確控制。
關(guān)鍵詞:電鍍電流;RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);PID;仿真
引言
電鍍工藝主要是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將某種擁有穩(wěn)定特性的金屬或合金物質(zhì)附著在鍍件表面,鍍件經(jīng)過(guò)電鍍工藝處理后,擁有了抗氧化性、耐磨性和防腐蝕等特性,從而延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用時(shí)間[12]。電鍍過(guò)程中控制參數(shù)的精確控制對(duì)電鍍質(zhì)量的保證至關(guān)重要,因此設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)的電鍍控制系統(tǒng)十分必要。電鍍生產(chǎn)中鍍槽溫度對(duì)于電鍍鍍件質(zhì)量具有重要影響[3]。鍍槽中鍍液溫度低會(huì)增強(qiáng)陰極極化作用,鍍層結(jié)晶細(xì)致,但溫度過(guò)低會(huì)降低鍍槽預(yù)鍍金屬離子活性,從而影響鍍層沉積效率。升高鍍層溫度會(huì)減小鍍層中氫含量,氫含量的減小能夠提高鍍層表面處理效率,但鍍層溫度過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致鍍層出現(xiàn)結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)。由以上分析可以看出,在電鍍生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)溫度進(jìn)行精確控制,以保證電鍍工藝和鍍層質(zhì)量。在電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)選擇上,為了提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及軟件程序的可編輯性,本文設(shè)計(jì)了一款基于PLC的電鍍生產(chǎn)控制系統(tǒng),通過(guò)PLC作為系統(tǒng)的主要控制硬件,由PLC完成電鍍生產(chǎn)線(xiàn)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制和生產(chǎn)線(xiàn)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集。電鍍槽液溫度是一個(gè)非線(xiàn)性、時(shí)變性系統(tǒng),對(duì)于數(shù)學(xué)模型的精確建立較為困難,傳統(tǒng)PID控制由于參數(shù)固定不變,導(dǎo)致控制效果并不理想,為此在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上引入了模糊控制方法,利用模糊規(guī)則實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié),從而使鍍槽液溫度控制具有了自適應(yīng)性[47]。
1電鍍工藝過(guò)程
電鍍工藝流程為:上掛具—通電除油—第1次水洗—電化學(xué)腐蝕—第2次水洗—活化—第3次水洗—鍍硬鉻—第4次水洗—干燥—下掛具。待鍍件裝掛后,按照一定配比和工藝要求對(duì)鍍槽液溫度進(jìn)行精確控制。在電鍍開(kāi)始前通入溫度為50℃的氫氧化鈉溶液,氫氧化鈉溶液濃度為60~80g/L。采用50~60℃溫度對(duì)電化學(xué)腐蝕鍍件進(jìn)行快速表面清洗,進(jìn)而去除表面的油污和氫氧化鈉溶液。電鍍?nèi)芤簽?.10~2.50g/L硫酸溶液并將溫度控制在45℃,該溫度既能保證電鍍效率,又能夠防止鍍層發(fā)生裂痕。由于電化學(xué)除油和水洗1槽位溫度相近,而為了減小能耗、方便管理和控制鄰近槽位溫度,電化學(xué)除油和水洗1槽合用水浴加熱裝置,槽位加熱裝置如圖1所示。通過(guò)加熱套、風(fēng)機(jī)、水閥Y1等裝置進(jìn)行溫度控制,利用溫度傳感器對(duì)槽液溫度進(jìn)行采集,并將采集信號(hào)傳送到PLC控制器中,由PLC控制器根據(jù)此溫度做出具體計(jì)算。
2電鍍控制系統(tǒng)
電鍍控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)PLC和下位機(jī)觸摸屏組成。通過(guò)操作觸摸屏上的操作按鈕,由PLC完成電鍍?nèi)蝿?wù)的下達(dá),電鍍中的溫度等數(shù)據(jù)通過(guò)PLC傳送到觸摸屏中,由觸摸屏對(duì)電鍍工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控[8]??刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。Pt1000溫度傳感器將電阻信號(hào)傳送到溫度變送器中,溫度變送器再將4~20mA溫度信號(hào)傳送到PLC模擬量采集模塊中。觸摸屏與PLC通過(guò)RS485串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,系統(tǒng)數(shù)據(jù)在觸摸屏中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,由PLC完成溫度采集、PID運(yùn)算以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。溫度傳感器采集鍍槽溫度并將溫度轉(zhuǎn)化為4~20mA模擬信號(hào),傳送到PLC的模擬量采集系統(tǒng)中,PLC通過(guò)內(nèi)部算法進(jìn)行處理并根據(jù)PID輸出結(jié)果對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)控制。控制系統(tǒng)采用威綸MT6070I系列觸摸屏,該款觸摸屏通過(guò)RS232串口與PLC進(jìn)行通信,觸摸屏主要完成參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、故障診斷以及各種數(shù)據(jù)曲線(xiàn)展示。鍍液溫度控制系統(tǒng)的控制核心為PLC,該系統(tǒng)采用擴(kuò)展能力強(qiáng)的松下AFPXC60R作為PLC的CUP,通過(guò)PLC自帶的RS232串口實(shí)現(xiàn)與觸摸屏通信,由COM6通信模塊將系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)。在PLC插件口配置一個(gè)模擬量輸出模塊DA2,該模塊能夠輸出4~20mA信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽調(diào)節(jié)閥的控制。鍍槽液溫度系統(tǒng)具有非線(xiàn)性強(qiáng)、時(shí)變性等特點(diǎn),單純的PID控制并不能滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求。為此,本文在PID控制器中引入了模糊控制方法,模糊PID控制流程如圖3所示。模糊PID控制器參數(shù)調(diào)整方式為:KP、KI、KD為PID控制器初始參數(shù);ΔKP、ΔKI、ΔKD為PID參數(shù)增量。通過(guò)溫度偏差e(t)和偏差變化率ec,利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理,查詢(xún)模糊規(guī)則對(duì)其參數(shù)進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)整。
3仿真分析
3.1人機(jī)界面仿真
為了實(shí)現(xiàn)鍍槽溫度參數(shù)的方便設(shè)置以及各參數(shù)的有效監(jiān)控,采用觸摸屏編程軟件進(jìn)行編程,編程后進(jìn)行人機(jī)界面仿真,人機(jī)界面仿真結(jié)果如圖4所示。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)電鍍?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、鍍槽溫度進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)存在故障時(shí),能夠及時(shí)輸出系統(tǒng)報(bào)警信息以及故障代碼,為設(shè)備管理和維護(hù)人員提供故障排除依據(jù)。
3.2模糊PID仿真
為了驗(yàn)證模糊PID鍍槽溫度控制方法的有效性,分別對(duì)傳統(tǒng)PID控制器和模糊PID控制器進(jìn)行仿真,槽液溫度控制在50℃,由MATLAB仿真軟件得到溫度階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖5所示。圖5仿真曲線(xiàn)由圖5可知,模糊PID控制器相比于傳統(tǒng)PID控制器超調(diào)量更小,能夠迅速將溫度調(diào)節(jié)至50℃,且具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性,明顯提高了鍍槽溫度控制效果。
4結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)電鍍工藝流程,設(shè)計(jì)了電鍍過(guò)程鍍液溫度智能控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)主要由PLC和觸摸屏組成,通過(guò)觸摸屏完成鍍液控制過(guò)程中參數(shù)的設(shè)置、狀態(tài)顯示、故障監(jiān)控;PLC完成控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、命令下發(fā),并完成各種算法計(jì)算。為了克服傳統(tǒng)PID控制缺陷,在PID控制器中引入了模糊控制理論,由模糊控制理論實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整。仿真結(jié)果表明:該系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行,操作界面能夠?qū)崿F(xiàn)方便操作,模糊PID控制方法相比于傳統(tǒng)PID控制方法超調(diào)量小、穩(wěn)定性高,完全能夠?qū)崿F(xiàn)電鍍生產(chǎn)過(guò)程中溫度的精確控制。
參考文獻(xiàn):
[1]王玨.PLC控制電鍍生產(chǎn)線(xiàn)的方案設(shè)計(jì)[J].電鍍與環(huán)保,2011,31(5):3133.
[2]盛秋林,劉仁志.自動(dòng)控制技術(shù)在電鍍工藝參數(shù)控制中的應(yīng)用[J].電鍍與精飾,2015,37(4):1519.
[3]徐竟天,張?zhí)鹛穑倘鹬?,等.基于S7300PLC的電鍍恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電鍍與涂飾,2015(12):690695.
[4]趙鵬,畢立恒.電鍍電流參數(shù)的節(jié)能PID控制方法[J].電鍍與精飾,2016,38(7):2327.
[5]王敬志,任開(kāi)春,胡斌.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的PID控制[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2011(3):7273.
[6]雷銳光.電鍍錫生產(chǎn)線(xiàn)錫層厚度模糊控制系統(tǒng)[J].控制工程,2000,7(3):1518.
[7]鄭雪欽,郭東輝.一種實(shí)時(shí)自適應(yīng)步進(jìn)電機(jī)PID控制器設(shè)計(jì)[J].控制工程,2015,16(5):643646.
[8]陳永利,任艷艷.基于PLC和觸摸屏的電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011,33(24):149151.
作者:陳云霞 李松青 單位:南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院