硅酸钙板生产线料浆浓度控制系统研发

　　摘要：为了解决硅酸钙板料浆浓度控制问题，设计了料浆浓度检测及控制系统。介绍了基于PLC的闭环控制系统PID控制，通过实验验证了此方法的可行性。

　　0   引言

　　在硅酸钙板生产中，料浆浓度影响板坯厚度的稳定性，影响产品的质量及合格率。本文介绍了料浆浓度的PID（比例、积分、微分）控制系统，部分实验情况。

　　1   料浆浓度控制系统

　　控制系统如图所示，储浆池的料浆通过渣浆泵输入预搅拌罐，预搅拌罐的料浆通过罐底手动蝶阀放入流浆箱制板。由于生产中有回料，会造成储浆池的料浆浓度不稳定，影响制板厚度。为稳定预搅拌罐料浆浓度，系统设计为储浆池浓度配比稍高些，放入预搅拌罐。另外通过电动调节阀按控制要求放入清水以调配预搅拌罐的料浆浓度，使其保持稳定。重量传感器或浓度计检测到的浓度值输入PLC的PID控制器中，该值与控制器的设定值进行比较。比较后控制器将输出调节信号，以控制电动调节阀的流量，使预搅拌罐的料浆浓度值趋向于设定值。

控制系统

　　2   PLC中PID控制器的实现

　　下面以OMRON PLC为例，说明PID控制器的组成原理；PID控制的算法原理及控制功能的实现。

　　2.1  PID控制器的组成原理

　　以PLC作为控制器构成的闭环控制系统，如图2所示。图中的虚线部分1由PLC来实现。检测元件将被控量实际值S测量转换为模拟1~5V电压信号或4mA~20mA的电流信号，该模拟信号接至PLC的AI模块，进行A/D转换，根据用户编写的PID控制程序，将测量值S与给定值C比较，通过二者的偏差进行PID算法的运算得到输出操作信号D，经PLC的AO模块进行D/A转换，转换后的模拟信号（1~5V电压信号或4mA~20mA的电流信号）用于驱动执行机构，实现对被控对象的控制。

PLC闭环控制系统构成

　　2.2  PID控制器的算法原理

　　OMRON PLC编程软件提供PID控制中的运算以目标值滤波型2自由度的控制方式进行。[Page]

       KP：比例常数   Ti：积分时间    Td：微分时间

　　τ：取样周期   α：2-PID参数  λ：不完全微分系数

　　 目标值滤波型2自由度PID运算框图

　　在单纯PID控制中，对于干扰的稳定性则会变得迟缓，相反如果要加快对干扰的稳定，对于目标值的应答就会变慢。在2自由度PID控制中，对于目标值的应答将变快，也可以更快实现对于干扰的稳定。

　　参数说明：

　　　　2.3  PID控制器的功能说明　　

 PID控制器动作框图

　　2.4  方案实施

　　在实验室通过传感器检测信号（浓度值），变送成4mA~20mA的电流信号，接OMRON PLC的AI模块，经A/D转换输入到OMRON PLC中，经输入量程转换为实际的浓度值显示在触摸屏上，该值和触摸屏的设定值（所需要的浓度值）比较，进行PID控制运算得到操作量，控制输出信号灯（对水阀门正向动作或逆向动作）再经过输出量程转换控制信号灯（对水阀门正向动作或逆向动作）和D/A转换得到4mA~20mA的电流信号去控制显示仪表（对水调节阀开度大小），最终实现浓度的闭环控制。

　　实验过程是用砝码逐渐加减载在传感器上模拟浓度值的变化，观察在触摸屏上及显示仪表数据变化，分析触摸屏上参数曲线趋势图。通过在实验室反复编程及数据处理得出本实验的运行速度和控制品质是满足预定条件的。

　　在触摸屏上同时可显示生产线所需了解的参数，如毛布速度、料坯厚度、小料层厚度、成型圈数等。

　　3结束语

　　为了解决硅酸钙板料浆浓度控制问题，通过实验验证了基于PLC的闭环控制系统PID控制的可行性。在此基础上将进行生产线的现场安装测试，以解决硅酸钙板生产的板厚不稳定问题。