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8 6 工业仪表与自动化装置 2 0 1 2年第 4期 基 于 S 73 0 0 P LC 和 MCGS的 RP C 蒸 汽养 护控 制 系统 的设 计 朱振伟 ， 牛超 ， 孔志安 1 ． 河南机电职业学院， 河南 新郑4 5 1 1 9 1 ； 2 ． 郑州市上街 区浩远 正业设备厂 ， 郑州 4 5 0 0 4 1 摘要 在 R P C制品后期的养护过程中， 是否能够实现对温度的精确控制对于R P C制品的性能 有着很大的影响。根据 R P C制品蒸汽养护的工艺要求， 采用西门子 s 7 3 0 0 P L C和 M C G S组态相 结合的控制方案， 在其养护过程中应用模糊 P I D控制算法实现对 R P C蒸汽养护过程的精确控制， 同时应用 MC G S组态软件 实现对生产过程中的现场监控、 工艺修改、 报表输 出等功能。该控制系统 在经过测验后 ， 完全达到 了设计要求。 关键词 P L C； MC G S ； 模糊 P I D； R P C 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 2 0 4 0 0 8 6 0 3 De s i g n o f RPC s t e a m c u r i n g c o nt r o l s y s t e ms ba s e d o n S 7-3 0 0 PLC a nd M CGS ZHU Zh e nwe i 。 ，NI U Cha o ， KONG Zh i a n 1 ．H e n a nMe c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l V o c a t i o n a l C o l l e g e ，H e n a nX i n z h e n g 4 5 1 1 9 1 ， C h i n a； 2 ． Z h e n g z h o u S h a n g fi e H a o y u a n Z h e n g y e E q u ip m e n t F a c t o r y ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Du r i n g t he l a t t e r s t a g e s o f t h e r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ma i n t e n a n c e，i t i s i mp o r t a n t f o r t h e ma i n t e n a n c e o f t h e r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e t o c o n t r o l t e mp e r a t u r e ．Ac c o r d i n g t o RP C p r o d u c t s t e a m c u r i ng p r o c e s s r e q u i r e me nt s．a p p l i e d t h e S i e me n s S 7 3 0 0 PLC a n d MCGS c o n fig u r a t i o n c o mb i n e d c o n t r o l s c h e me ． I n t h e p r o c e s s o f ma i n t e na n c e，t h e a p p l i c a t i o n o f t h e f u z z y PI D c o n t r o l a l g o rit h m for RPC s t e a m c u ring pr e c i s e c o n t r o l s t he pr o c e s s ．At t h e s a me t i me，t h e a p p l i c a t i o n MCGS c o n fig u r a t i o n s o ftwa r e t o r e a l i z e t h e p r o c e s s o f p r o d uc t i o n o f s i t e mo n i t o r i n g， p r o c e s s mo d i fic a t i o n，r e p o r t o u t pu t ，a n d o t h e r f un c t i o ns ．Af t e r t he t e s t ，t h e s y s t e m h a s r e a c h e d t he d e s i g n r e q u i r e me n t ． Ke y wor d s PL C； MCGS； f u z z y P I D； RPC 0 引言 活性粉末混凝土 R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e， 简 称 R P C 是一种超高强度、 高耐久性、 高韧性 的水泥 基材料⋯ 。R P C是否能实现超 高性能， 与其后期热 养护有着密切的关系。R P C的热养护常采用蒸 汽 养护 ， 其养护过程可分为静养 、 升温、 恒温、 降温 4个 阶段 ， 在每个阶段 中温度对 R P C的性能有着重要的 影响。在静养阶段， 合适的温度能使 R P C制品具备 一 定的初始结构强度 ； 在升温阶段 ， 适当的升温速度 可减少湿热养护升温对 R P C结构的破坏 ， 在升温过 程 中常采用分段 变速升温 先慢 速升温 ， 再快 速升 收稿 日期 2 0 1 2 0 32 6 作者简介 朱振伟 1 9 8 0 ， 男 ， 河 南商丘人 ， 讲师 ， 研究 生学历 主要从事机 器人智 能控制 方向的研究 。 温， 升温速度小于 1 2℃／ h ； 在恒温阶段 ， 温度是否稳 定对 R P C制品的强度起重要作用 ； 在降温 阶段 中， 合适 的线性 降温过程能保证 R P C制品的结构 不会 受到损害。因此 ， 在 R P C蒸汽养护过程 中实现精确 的温度控制对 R P C制品的性能有着重要的影响。 1 控制 系统的整体设计 系统采用 s 7 3 0 0 P L C和国产组态软件 MC G S 相结合实现对 R P C蒸汽养护过程的控制及监控 ， 可 同时控制 l 0个蒸养室 的养护过程 。P L C是一种综 合了计算机技术、 自动化和通信技术的一种工业控 制装置 2 J ， 其功能强大、 性能 稳定且 自动化程 度很 高 ， 可以实现对数字量和模拟量直接进行控制， 因此 在工业控制 中有着广泛 的应用 。系统采用西 门子 S 73 0 0 P L C中的 C P U 3 1 3作为系统 的核心来完成 数据的处理 ， 通过 S M3 3 1 热电阻模块实现对温度信 2 0 1 2年第4期 工业仪表与自动化装置 8 7 号的采集 ， S M 3 3 2数字量输 出模块控制各个温控室 中的电磁阀工作状态。上位机软件所采用 的 MC G S 组态软件 ， 经过二次开发后可 以实现操作员登录， 控 制各个蒸养室养护的启 、 停 ， 能够结合现场实际情况 制定工艺流程 ， 完成现场监控 ， 参数修改 ， 报表输 出， 调阅历史温度数据 ， 打印历史温度控制 曲线等功能。 上位机上安装 C P 5 6 1 1网卡 ， S 73 0 0和上位机实现 M P I 通信。控制系统结构如图 1 所示。 图 1 R P C蒸汽养护控制系统结构图 2 温度控制在 P L C编程 中的实现 在工业控制中， 温度控制具有非线性慢时变纯 滞后的特点， 很难对其精确控制， 在 R P C蒸汽养护 中的升温阶段中要通过不断的调整 目标值来保证养 护过程 中的升温阶段具有 良好线性 ， 如果用传统 的 P I D算法控制温度很难保证各蒸养室的温度按预定 的轨迹升温， 因此采用模糊 P I D控制根据升温过程 中的实际情况运用模糊运算 J ， 自动实现对 P I D的 参数整定来实现升温的最佳控制。图 2为模糊 P I D 控制原理 ， 从 图可知模糊 P I D属于二维模糊控制器 ， 它以误差 e和误差变化 e c 做为 2个输入变量 ， 在此 控制系统中 e和 e c分别代 表温度偏差 和温度偏 差 的变化率 ， 在 系统运行过程 中 C P U 3 1 3通过模 拟量 模块 S M3 3 1 接收从热电阻传来的温度信号 ， 经过工 程量变换后 ， 得到控制器需要 的输入变量温度偏差 e 和温度偏差的变化率 e c ， 再经过模糊量化、 模糊控 制规则、 模糊推理和反模糊化等过程对 P I D三个参 数 、 K、 进行调整 ， 用整定后 的参数参与控制运 算从而使被控制对象有 良好 的动、 静态性能。 图 2模糊 P I D控制原理 图 模糊 P I D控制器的输出参数 、 K ， 、 如下 Kp Kf P△KP K I K ， △ 1 Kb Kf D△KD 式中 K K ， 、 K 。 为预调整值， 可以用常规 P I D调 节时的经验值做为初始值 代入计算。 在系统中实现模糊 P I D时 ， 根据现场设备 运行 的实际情况 和以往 的经 验 ， 确 定温度偏 差 e ∈[一 1 O ，l 0 ] ， 温度偏差变化率 e c ∈[一 5 ，5 ] ； 输 出 △ 的论域为[ 0 ，1 0 ] ， △ 的论域为 [ 0 ， 3 0 ] ， 在 P L C中 实现 P I D控制时 ， 微分过大会增加系统 的不稳定性 ， 因此 一般取较小的值， △ 的论域为[ 0 ，1 ] ； 为 了减少系统的计算量 ， 用式 2 把上述各论域转化 为[一 6 ， 6 ] 之间的变量 J 。 Y 一 2 【 一 丁 J z 模糊集均为 { N B， N M， N S ， Z O， P S ， P M， P B} ， 考虑 s 73 0 0 P L C的特点 ， 其隶属度采用三角形隶 属度函数 J 。结合 、 ， 、 对系统稳定性 、 响应时 间、 超调量和稳态精度作用 ， 找出P I D参数模糊 自整 定 3个参数 、 、 与误 差 e和误差变化率 e c之 间的模糊关系 ， 建立表 1 所示模糊规则表 。 表 1 模糊规则表 表 1中的模糊规则表述为 i f e 是 N B， e c 是 N B， t h e n A K e z P B， △ 是 N B ， △ 是 P S 。 S 73 0 0 P L C的编程系统有丰富 的功能模块 ， 为模糊控制算法 的实现提供 了方便 ， 主循环程序
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