模糊PID温控算法在离心机控制系统中的应用研究

发布时间：2020-07-22 19:47

【摘要】：双级推料离心机(以下简称离心机)是一种连续操作、生产能力大、结晶破坏少、滤饼含湿量低的过滤式离心机,是目前制盐、制碱行业中脱水干燥工艺过程中的关键设备之一,对物料的分离效率和分离效果有重要的影响。针对制盐、制碱行业发展的实际需求,以提高离心机控制系统稳定性和效率为目标,通过对离心机组成结构和工艺流程的分析,结合模糊PID控制技术设计了离心机控制系统,具有重要的实际意义、应用价值和经济效益,主要工作包含如下四个方面。第一,分析了液压油温度对离心机工作产生的影响。通过对离心机系统的整体结构、工作原理和机械、液压、电气三大部件之间的相互关系的详细分析,得出液压油温度过低或过高使得控制系统不稳定。第二,设计了基于模糊PID的液压油温度控制算法。针对当前离心机的液压油温度控制采用固定开度的冷水阀门而存在液压油温度过高或过低而导致离心机停机检修的问题。应用模糊控制理论,以液压油箱为被控制对象,以响应曲线法建立了传递函数,设计了模糊PID算法并在MATLAB中建立了Simulink仿真模型进行了仿真实验。对比温度控制中常用的经典PID控制算法、模糊控制算法,结果表明,当目标温度设为最佳工作50℃时,经典PID控制出现振荡且超调量约为26%,模糊控制超调量为零但稳态误差约为9%,模糊PID控制的超调为零、稳定误差为零、无振荡等良好的动、静态特性。因此应用模糊PID控制的方法来稳定液压油温度,能有效提高控制系统的稳定性和工作效率。第三,设计了基于PLC的硬件控制系统。基于离心机工作环境对硬件系统进行了选型。对比分析目前DCS控制系统、PLC控制系统、FCS控制系统三大控制系统的优缺点,和结合实际情况、工程造价等因素,选择西门子S7-200系列CPU作为整个系统的控制器,完成了系统I/O口的分配,并对外围电路进行了设计。第四,针对离心机的特点和工艺流程,确定了模糊控制算法的模型、论域范围、隶属函数,制定了模糊PID控制规则表,设计了基于PLC的模糊PID控制器。进行了软件编写工作,对软件系统采用梯形图语言在STEP7-Micro/WIN32环境中进行了设计和实现,并对控制系统逻辑程序进行了仿真,结果表明程序设计符合要求。
【学位授予单位】：重庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.8;TP273
【图文】：

双级推料离心机,工作过程

图 2.2 双级推料离心机工作过程推料离心机的性能指标主要有电机转速，分离因数，推料频率，生数表示离心机分离能力，F 越大，Fr 越大，分离效果越好，固相计算公式为Fr = = 2 = 2

液压机构,工作图,冷水,油温度

液压机构工作图

流程图,控制系统设计,流程图

试根据电气原理图编写PLC控制程序硬件设备的选型图 3.2 控制系统设计流程图3.2 基于 PLC 的硬件系统设计硬件系统设计的目标按照电气控制原理选择合适的元器件组成硬件系统[46]，使各元器件之间能稳定协调工作。离心机工作车间环境比较恶劣，多灰尘、湿度大、待分离液体一般具有腐蚀性，由于环境的特殊性，设计系统的硬件电气控制方案时，除了考虑满足工艺流程和控制要求外，还要对系统部件的选型进行考虑，以保证系统的稳定性，包括控制处理器、执行器、传感器和变送器等装置都要满足防尘、防水等要求。根据设计经验，将控制系统分为主电路和控制电路两部分，主电路置于工作现场，控制电路置于专用控制柜中，通过电缆连接控制主电路，主电路主要由电机、接触器、电动阀等现场设备组成，根据控制电路传输的信号执行相应的动作。控制电路主要通过 PLC 负责控制开关量和模拟量的输入输出，PC/HMI 主要负责监控现场设备运行状态和 PLC 程序编写[47]。3.2.1 主电路电气元件选型与设计本系统中主电路由主电机(M1)、油泵电机(M)、空气开关(QF)、交流接触器(KM1~KM4)、热继电器(FR1、FR2)、电流表(PA1、PA2)、电压表(PV)组成，主电路接线图（如图 3.3 所示）。主电机型号为 Y160M-4，油泵电机型号为 Y112M-4，该系列电动机为全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，具有效率高，节能，堵转转矩高、噪声低、振动小和安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合 IEC 标准和 DIN42673 标准。空气开关,也叫断路器，主要作用是提供保护功能，当电路出现过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路

【参考文献】