基于PLC的蒸汽养护模糊控制器.pdf

应 用实例 Ap p l ic a t io n Id e a s 电气自动化 2 0 1 5年第3 7 卷 第 2 期 基于 P L C的蒸 汽养护模糊控 制器 王兵 ，丁娜 ， 周 建华 湖南工业大学 电气与信息工程学院， 湖南 株洲4 1 2 0 0 0 摘要根据混凝土电杆蒸汽养护工艺的要求 ， 采用模糊自整定 P I D的控制方案， 并基于 s 7 2 0 0 P L C实现， 达到了提高产品品质， 降低 蒸汽消耗的目的， 控制方案可靠性高、 鲁棒性强并具有较好移植性。 关键词蒸汽养护； 混凝土电杆； 模糊控制 ； 恒温； 可编程逻辑控制器 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j i s s n ． 1 0 0 0 3 8 8 6 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 3 9 [ 中图分类号]T P 2 7 3 [ 文献标志码]A[ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 5 0 2 0 1 1 5 0 3 PL C． b a s e d F u z z y Co n t r o l l e r f o r St e a m Cu r i n g W AN G B i n g ．DI NG Na ．Z H0U J i a n h u a C o l l e g e o fE l e c t r i c a l a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g ofHu n a n U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， Z h u z h o u H u n a n 4 1 2 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t A c c o r d i n g t o t h e t e c h n o l o g i c a l r e q u i r e me n t s o f s t e a m c u r i n g o f c o n c r e t e p o l e s ．a f u z z y s e l f - t u n i n g P I D c o n t r o l s c h e me o p e r a t e d b y s 7 2 0 0 P L C i s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r t o a t t a i n t h e p u r p o s e o f i mp r o v i n g t h e p r o d u c t q u a l i t y a n d r e d u c i n g s t e a m c o n s u mp t i o n ．T h e c o n t r o l s c h e me i s f e a t u r e d b y h i g h r e l i a b i l i t y，s t r o n g r o b u s t n e s s a n d g o o d p o r t a b i l i t y ． Ke y wo r d s s t e a m c u ri n g ； c o n c r e t e p o l e ； f u z z y c o n t r o l ； c o n s t a n t t e mp e r a t u r e ；p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r O 引 言 蒸汽养护具有显著提高混凝土的初期 脱模 与早期强度 ， 加快模具周转 、 缩短生产周期、 提高生产效率的优点， 被广泛用于 混凝土预制构件生产， 是混凝土预制构件生产的关键工序 I 2 』 。 混凝土电杆的蒸汽养护控制具有迟滞性 、 大惯性 、 非线性的特点 ， 控制模型不易建立 ， 采用传统的控制方法来调节蒸养温度很难满 足蒸汽养护制度的需要 ， 控制效率低下、 产品质量难以得到很好 的保障， 同时能源浪费较大。 本文设计了一种新的蒸汽养护制度， 采用模糊 自整定 P I D的 控制方式 ， 并基于小型 P L C实现， 达到了良好升温、 恒温和降温 控 制 目的 。 1 蒸汽 养护控制 系统原 理 1 ． 1 蒸汽养护制度 蒸汽养护过程包括预养、 升温、 恒温和降温四个阶段 ， 蒸汽养 护制度工艺参数包括静养时间、 升温速度、 恒温时间、 恒温温度和 降温速度； 升温速度 、 恒温温度对蒸汽养护高强混凝土耐久性影 响显著， 静养时间和恒温时间次之 ， 带模养护的混凝土预制构件 预养期可缩短或取消 J 。因此， 蒸汽养护参数的变化直接影响混 凝土中水泥与各成分的水化及其水化产物特征， 蒸汽养护参数 的 设定将对混凝土预制构件成型质量与后期性能有很重要影响。 依据文献[ 3 ] 研究成果并结合现场实际， 设计混凝土电杆蒸 汽养护温控升温速度 1 5 C ／ h ， 恒温温度 6 0℃， 恒温时间3 h ， 降温 速度2 5℃／ h ， 当降温到 3 0℃或降温到常温并养护时间到表明养 护过程结束 ， 控温精度 1 o C。控温器设 自动和手动两种模式 ， 手动模式可选择 1 0 c c、 2 0℃、 3 0℃三种起始升温温度 分别对应 定稿 日期 2 0 1 4 0 71 0 基金项 目湖 南工业 大学项 目 2 0 1 3 A 1 2 ； 湖南省 自然科 学基金 资助 项 目 1 3 J J 9 0 1 6 冬季、 春秋季、 夏季 ， 蒸汽养护参数设计如表 1 所示 ； 自动模式下 根据人机界面输入的初始温度 ， 控制器按固定升温速度 自动调整 升温时间， 控制养护周期。 表 1 手动模式蒸汽养护参数 设定温度 升温速度 升温时间 恒温时间 降温速度 降温时间蒸养周期 ／℃ ℃．h。 。 ／rai n ／ mi n oC ．h ／ mi n ／ mi n 1 ． 2 系统结构 可编程逻辑控制器 P L C 适用于恶劣工作环境 ， 其抗干扰能 力 、 可靠性远高于其他 自动控制方式， 小型 P L C亦拥有多条连续 过程 P I D控制回路 ， 用于混凝土电杆蒸汽养护控制具有极高的性 价比。组态软件起源于分布式控制系统 D C S ， 发展于 P L C， 是 专为工业环境而设计的软件 ， 通过和现场的对接在计算机上监控 蒸 汽养 护全过程并对蒸汽养护过程 中产生 的数据进行统计 处理 。 设计的混凝土电杆蒸汽养护控制系统由 s 72 0 0 P L C作主 控制器 ， 由装有组态王 软件的工控机作上位 机， 控制 电动调节 阀、 排水泵 、 轴流风机， 由 温度变送器采集蒸汽 养护池温度信号送入 P L C构成闭环控制系 统。控制系统组成如 图 1 所示， 蒸汽养护组 态控制系统界面如图 2所示。 图1 蒸汽养护控制系统组成 E l e c t r ic a I A u t o ma t io n 1 1 5 ， 2 ． 4 P L C模糊控制关键程序 利用 MA T L AB的模糊推理系统 F I S ， 按照表 2控制规则离 线求出模糊控制查询表 ， 并将表 中的数据依次输入到 P L C变量 存储器中。P L C依据当前模糊化后的 E和 E C值查询存入的模 糊控制表， 取出输出量， 将输出量乘以比例因子作为 P I D回路指 令中的运算参数 、 、 ， 经 P L C中 P I D指令运算 ， 输出控制量 n ， 经 E M 2 3 5模块输出调节蒸汽阀开度的控制信号， 实现蒸汽 养护 自整定 P I D控制。P L C的模糊 自整定控制 的关键程序转为 模糊控制表的查询。 以输 出量 模糊控 制表 查找 为例 ， 设 已将离 线计算 出的输 出量 的值存储在 V D1 0 0～V D 2 9 2中， 根据模糊化后的E ／ E C不 同取值 ， 模糊表查询程序如下 I D S M_n ． O M OVD D M0VD D MOVD D }D M0VD D M0VD VD1 O．VD2 O 一 3．VD2 0 VD2 O．VD2 4 28．VD2 4 VD1 4．VD2 8 3．VD2 8 4．VD3 2 VD2 4．VD3 6 VD3 2．VD3 6 VD 2 8．VD3 2 ／ ／ 输入模糊化 的 E C值 L D 1 0 ． O EU M0VD ＆VB1 0 0．V1 3 4 0 D VD3 6．VD4 0 MOVD VI 4 0．VD4 4 3 蒸养 曲线分析 ／ ／ 求 出行偏移量 ／ ／ 输 入模 糊化的 E值 ／ ／ 求 出列偏移量 ／ ／ 求出偏移量 ／ ／ 在 VD 4 0建立指针 ／ ／ 查询求 出输 出量 在初始温度 2 O℃升温模式下， 采集的一次蒸汽养护控温曲 线如图 4所示 。从 图 中可 见 ， 蒸 汽养 护 曲线在 升 温段 、 恒 温段 与 蒸汽养护制度给定曲线贴合 ， 超调小 ， 降温速度小于 2 5 C ／ h ， 达 到设计要求 。 4 结束语 将模糊 自整定 P I D控制策略嵌入小型 P L C中， 应用在混凝 土电杆蒸汽养护控制系统中， 较好实现了文献[ 3 ] 的蒸养制度。 通过严格控制蒸养过程中的升温速度、 恒温温度、 恒温时间、 降温 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 4 1 3 0 4 4 0 4 8 0 时间抽 m 图 4 蒸养控温 曲线 速度， 避免了以往蒸汽养护过程中升温速度过快 、 高温蒸养、 恒温 温度波动较大致使混凝土电杆力学性能变差、 耐久强度下降、 产 生裂缝 、 使用寿命变短等不利现象； 通过低速升温、 降低恒温温 度 、 控制养护周期 ， 降低了单产蒸汽消耗量。 根据现场温度设计三种固态升温模式以及手动输入现场温 度的自动升温模式， 使控制器具有较强的灵活性， 适应不同气候 对蒸养制度的需求， 控制方案对不同混凝土制品的蒸汽养护具有 较好 地移植性 、 扩展性 。 参考文献 [ 1 ]ME H T A P K， B U RR O WS R W ， 覃维祖 ．在 2 1世 纪建 造耐 久 的结构 物．中国土木 工程学会混凝土及预应力混凝 土分 会混凝 土耐久性专 业委员会 ， 第七届全 国混凝土耐久性学术交 流会论 文集[ C] ．中国土 木工程学会 混 凝 土及 预 应力 混 凝 土 分会 混 凝 土 耐久 性 专 业 委员 会 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ]彭波 ， 丁庆军 ， 王红喜 ， 等．水泥 与混凝土 制品 的蒸 汽养 护生 产关键 技术进展 [ J ] ．国外建材科技 ， 2 0 0 7 ， 2 8 3 2 1 2 4 ． [ 3 ]彭波． 蒸养 制度 对 高强 混 凝土 性 能的 影响 [ D] ． 武汉 武 汉理 工 大 学 ， 2 0 0 7 ． [ 4 ]柏 正祥 ． 西 门子 S 73 0 0 P L C与 Wi n C C 6 ．0组 态技术在 输煤 自动控 制系统 中的应用 [ J ] ． 电气应用 ， 2 0 1 3 ． 3 2 7 6 4 6 6 ． [ 5 ]林燕雄 ， 郭 庆， 梁宾 贤． 水泥电杆 蒸养池温 控 系统 设计 [ J ] ． 电子测量 技术 ， 2 0 0 8 ； 3 1 5 1 6 61 6 9 ． [ 6 ]段铁群 ， 王萍． 基 于 P L C模 糊 自整定 P I D参数控 制器在变频调速恒压 供气 系统 中的应用 [ J ] ． 电机与控制学报 ， 2 0 0 3； 7 4 3 4 83 5 1 ． [ 7 ]黄卫华 ． 模糊控制 系统及 应用 [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 8] 刘金 琨． 先 进 P I D控 制 MA T L A B仿 真 [ M] ． 北 京 电子 工 业 出 版 社 ． 2 0 0 7 ． 【 作者简介】王兵 1 9 6 5一 ， 男， 湖南常德人， 副教授， 硕士， 研究方向为电 气 自动控制 。 Eloc t r i c a l Au t o ma t i o n 1 1 7