CN107918418A - 漏板温度自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种漏板温度自动控制方法，其特征是，温度控制过程包括以下步骤：(1)、对当前漏板温度采样；(2)、计算漏板温度上升速度；(3)、计算漏板上升温度偏差；(4)、计算漏板温度速度变化率；(5)、当漏板温度过高时，切断输出并报警；(6)、当漏板温度没有过高时，将计算结果进行赋值，漏板温度与温度阙值比较；漏板温度小于温度阙值时将升温速度跟速度变化率模糊化，然后查Fuzzy控制表后控制量u输出；漏板温度大于等于温度阙值时，进行PID运算后控制量u输出。应用模糊控制系统所具有的在大范围非线性控制环境下的适应性，改进原有控制方法，解决了其控制过程无法使用PID自动，需要人工手动辅助控制等缺点。

Description

漏板温度自动控制方法

技术领域：

本发明涉及一种漏板温度自动控制方法。

背景技术：

当前玻璃纤维行业拉丝成型的铂铑合金漏板装备数量也随着产能的提升而增加。一条池窑生产线上少则几十块，多则上百块漏板同时工作，同时铂金漏板也因其高价值易损耗，使其在玻璃纤维生产工艺中占有极其重要的地位。而在漏板工艺中，漏板的温度控制是整个工艺过程中的关键环节。同时漏板进行升温是一种非常重要且常见的操作，。在一条池窑生产线上，面对这么多块漏板，在日常生产中，由于停电、更换品种、生产调整等原因需要升温时，操作人员按照传统工艺一般执行手动升温工艺。手工升温工艺需要熟练工人操作，而且当面对多块漏板需要升温高温，甚至发生停电需要全线漏板需要升温的过程中，需要安排大量的操作人员跟。而且升温过程易发事故，分析主要是升温状况不尽相同，手动操作监控不完善和人员短缺等

玻璃纤维行业漏板的工艺操作对温度控制的要求非，漏板正常工作温度在1100-1300℃，稳定生产过程中的温度波动被要求一般在士0.5℃以内，个别产品的工艺要求控制在士0.2℃以内。

目前漏板温度控制方式最常见的方法是采用PID控制方法，虽然在不断技术进步的过程中，新的控制方式不断推出，但是PID控制方式通过气结构简单，容易理解和构建，使用简单，对控制误差容易操作的优点仍然被广泛应用在漏板温度控制过程中。并且随着PID控制理论的发展，也出现了不少心得PID控制策略。但是PID自身一些固有的缺陷，在实际生产控制过程中依然存在，如果被控对象处于有非线性、时变性、不确定性比较大的工况环境下，就无法需要的数学模型，传统的控制方法就很难再这样的工况条件下取得令人满意的结果；目前漏板温度控制从开始升温到稳定运行的过程中，采用手动升温控制跟自动控制相结合的方法，即初期手动升温控制温升曲线，温度达到设定指标后转由PID自动控制温度，整个过程因工艺要求、操作步骤及安全因素比较复杂。这样的操作模式在生产实践中，尤其面对一些停电等突发状况时手动升温控制过程存在工作量大恢复时间长等问题，并且温度控制的稳定性跟安全性有很多隐患。

发明内容：

为解决上述技术问题中的不足，本发明的目的在于，提供一种可以克服上述缺陷，满足使用需求的漏板温度自动控制方法。

本发明所提供的漏板温度自动控制方法，其特征是，温度控制过程包括以下步骤：

(1)、对当前漏板温度采样；

(2)、计算漏板温度上升速度；

(3)、计算漏板上升温度偏差；

(4)、计算漏板温度速度变化率；

(5)、当漏板温度过高时，切断输出并报警；

(6)、当漏板温度没有过高时，将计算结果进行赋值，漏板温度与温度阙值比较；漏板温度小于温度阙值时将升温速度跟速度变化率模糊化，然后查Fuzzy控制表后控制量u输出；漏板温度大于等于温度阙值时，进行PID运算后控制量u输出。

温度控制过程中漏板的升温速度偏差设定为e，漏板升温速度偏差变量率设定为ec，其中 ec＝e/dt.；

对偏差e和偏差变化率ec的论域及语言变量进行定义，对e和ec取的论域为 {-3-2,-10,1,2,3},利用负大、负中、负小、零、正小、正中、正大来描述，则e和ec的变量集合为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，对控制量输出u的论域及语言变量定义，u取得论域为 {0,1,2,3，4,5}对应U的模糊集合为{ZO,VS,PS,PM,PB,VB},其含义分别是零、很小、小、中、大、很大。

温度控制过程中对不同的漏板温度上升速度，偏差采取不同的量化因子，用以得到e、ec 和u不同等级的隶属值；并设定模糊控制规则的表现形式是“if A and B Then C”，具体的如下：

If(e is NB)and(ec is NB)then(u is VB)

If(e is NB)and(ec is NM)then(u is VB)

If(e is NB)and(ec is NS)then(u is PB)

If(e is NB)and(ec is ZO)then(u is PB)

……

If(e is PB)and(ec is ZO)then(u is VS)

If(e is PB)and(ec is PS)then(u is ZO)

If(e is PB)and(ec is PM)then(u is ZO)

If(e is PB)and(ec is PB)then(u is ZO)

通过这些控制规则做出e、ec、u三者的模糊控制规则；

然后采用重心法接模糊后，使用观察器得出相应组合分别的解模糊输出，得到u控制表。

本发明的有益效果是：

系统在研究漏板温度控制工艺的基础上，通过分析现有控制系统的问题，应用模糊控制系统所具有的的在大范围非线性控制环境下的适应性，改进原有控制方法，解决了其控制过程无法使用PID自动，需要人工手动辅助控制等缺点。

通过模糊控制和PID控制相结合使温度升温过程更有计划性。升温曲线可以按照工艺要求进行设定，可以适应复杂的工艺要求。体现了控制系统良好的控制能力。

升温过程控制更精确，各个过程之间衔接更加紧密，减少中间环节等待时间，是漏板能够更加快速的进入生产状态。

弥补了升温过程中手动操作，全靠个人经验缺陷。模糊控制系统吸取好的操作经验进行控制，杜绝了人工操作的负面因素，并通过结合一些报警连锁设定，最大限度的保障了设备的使用安全。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1、为本发明PLC功能图；

图2、e和ec的隶属函数图；

图3、输出量U的隶属函数图；

图4、模糊变量e级隶属度值；

图5、模糊变量ec隶属度值；

图6、u的不同等级隶属度值；

图7、模糊控制器控制规则表；

图8、Matlab观察器；

图9、控制表；

图10、温度控制表；

图11、放料漏板200-500℃温度曲线；

图12、放料漏板200-800℃温度曲线。

具体实施方式

漏板温度控制PLC流程使用Edraw软件创建如图1所示；

因为温度曲线在升温过程中是分段升温的过程，比如手动操作是是将整个升温过程分为每段300-400℃来进行升温，每段升温速度不尽相同。这样就存在一个段与段之间，模糊控制与PID控制之间进行切换的时候为了避免温度波动过大，在切换温度间隙设定一定个死区减少因为控制参数或者控制方法发生变化，而造成温度控制的震荡。具体就是在漏板升温阶段的模糊控制末端设定一个温度范围(越为温度控制过程1-2％)作为模糊控制器的死区，以避免在设定温度附近频繁切换。

使用Controllogix5000程序中PIDE增强型模块，PIDE模块比普通的PID控制模块提供了跟多可编程接口，我们根据设计要求选择必要的接口，并进行正确连接，在PID控制过程中，除必要控制温度外，应对温度状态进行实时监控并对异常温度变化进行报警提示(例如： DHHalarm和DLLalarm偏离报警)。

在漏板恒温模糊控制系统中，漏板的升温速度偏差设定为e，漏板升温速度偏差变量率设定为ec，其中ec＝e/dt.。

偏差e和偏差变化率ec的论域及语言变量定义如图2所示，我们对e和ec取的论域为 {-3-2,-10,1,2,3},利用负大、负中、负小、零、正小、正中、正大来描述则E和EC的变量集合为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，控制量输出u的论域及语言变量定义如图3所示，u取得论域为{0,1,2,3，4,5}对应U的模糊集合为{ZO,VS,PS,PM,PB,VB},其含义分别是零、很小、小、中、大、很大。

据以往手动升温的过程曲线得到温度上升速率在2-6℃/min之间，同时为了保证控制器的控制精度要求，对不同的温度上升速率，偏差采取不同的量化因子，具体在程序中查询。例如速度为3℃/min时，我们采取T＝0.2秒的取样周期，得到当前条件下温度上升速率为3，则此时e的基本论域为[-0.03,0.03]，ec的基本论域是[-0.01,0.01],u的基本论域为[0,5] 其对应比例因子分别为e:k1＝3/0.03＝100,ec:k2＝3/0.01＝300,u:k3＝1

综合上述我们可以得到e、ec和u不同等级的隶属值图4和图5图6。

根据日常工作中操作人员长期实践经验积累和二维模糊控制器的逻辑关系建立知识库。通过这些经验进行综合判断并采取措施，建立模糊控制规则的过程就是这些经验在日常应用中的推断过程，模糊控制规则的表现形式是“if A and B Then C”，列举如下：

If(e is NB)and(ec is NB)then(u is VB)

If(e is NB)and(ec is NM)then(u is VB)

If(e is NB) and(ec is NS)then(u is PB)

If(eis NB)and(ec is ZO)then(u is PB)

……

If(eis PB)and(ec is ZO)then(u is VS)

If(e is PB)and(ec is PS)then(u is ZO)

If(eis PB)and(ec is PM)then(u is ZO)

If(eis PB)and(ec is PB)then(u is ZO)

通过这些控制规则做出e、ec、u三者的模糊控制规则如图7所示。利用matlab中的fuzzy 工具我们采用重心法接模糊后，使用观察器(如图8所示)就可以看到相应组合分别的解模糊输出，得到u控制表如图9。然后设计温度控制表如下图10所示。按照上述升温计划，在备用放料漏板上进行测试控制器的运行情况，首先单独测试第一阶段200-500℃，通过 ControlLogix 5000编程软件的在线监控Trend功能对升温过程进行记录(记录周期1分钟) 得到结果如图11所示。根据第一阶段的升温情况，将第二阶段连接到第一阶段，同时设定第一阶段切换温度为500℃，模糊控制器的死区在±2％，在同一块放料漏板上进行测试，并用 ControlLogix5000在线Trend软件记录温度曲线(记录周期1分钟)如图12所示。通过2.4 和2.5两个温度曲可以比较明显的看出了，控制系统比较好的使放料漏板的温度沿着升温计划来进行升温。同时鉴于第一阶段和第二阶段已经取得数据，还有PID控制在目前漏板使用环境已经非常成熟，新系只是在原有基础上加强了监控功能，所以后续的第三和第四阶段就不再上图赘述了。通过与原有漏板温度控制曲线的进行比较，可以确认实验结果良好。

上述实施案例仅是为清楚本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种漏板温度自动控制方法，其特征是，温度控制过程包括以下步骤：

(1)、对当前漏板温度采样；

(2)、计算漏板温度上升速度；

(3)、计算漏板上升温度偏差；

(4)、计算漏板温度速度变化率；

(5)、当漏板温度过高时，切断输出并报警；

(6)、当漏板温度没有过高时，将计算结果进行赋值，漏板温度与温度阙值比较；漏板温度小于温度阙值时将升温速度跟速度变化率模糊化，然后查Fuzzy控制表后控制量u输出；漏板温度大于等于温度阙值时，进行PID运算后控制量u输出。

2.根据权利要求1所述的漏板温度自动控制方法，其特征是，温度控制过程中漏板的升温速度偏差设定为e，漏板升温速度偏差变量率设定为ec，其中ec＝e/dt.；

对偏差e和偏差变化率ec的论域及语言变量进行定义，对e和ec取的论域为{-3-2,-10,1,2,3},利用负大、负中、负小、零、正小、正中、正大来描述，则e和ec的变量集合为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，对控制量输出u的论域及语言变量定义，u取得论域为{0,1,2,3，4,5}对应U的模糊集合为{ZO,VS,PS,PM,PB,VB},其含义分别是零、很小、小、中、大、很大。

3.根据权利要求2所述的漏板温度自动控制方法，其特征是，温度控制过程中对不同的漏板温度上升速度，偏差采取不同的量化因子，用以得到e、ec和u不同等级的隶属值；并设定模糊控制规则的表现形式是“if A and B Then C”，具体的如下：

If(e is NB)and(ec is NB)then(u is VB)

If(e is NB)and(ec is NM)then(u is VB)

If(e is NB)and(ec is NS)then(u is PB)

If(e is NB)and(ec is ZO)then(u is PB)

……

If(e is PB)and(ec is ZO)then(u is VS)

If(e is PB)and(ec is PS)then(u is ZO)

If(e is PB)and(ec is PM)then(u is ZO)

If(e is PB)and(ec is PB)then(u is ZO)

通过这些控制规则做出e、ec、u三者的模糊控制规则；

然后采用重心法接模糊后，使用观察器得出相应组合分别的解模糊输出，得到u控制表。