PID模糊参数自整定控制的硫化机群测控系统
ＰＩＤ模糊参数自整定控制的硫化机群测控系统
作者：徐笑庄喻莉莉
来源：《现代电子技术》2008年第15期
摘要：作为橡胶硫化主要设备的平板硫化机必须具备控制硫化条件(硫化温度、硫化时间和硫化压力)的能力,其控制的精度将直接影响橡胶制品的质量和性能。基于模糊推理的PID自整定控制，在线改变模糊控制器的参数，使控制器能够根据实际情况调整比例系数，使其在系统状态变化的每一时刻自动调节PID参数。应用证明，本系统能够精确地控制每台硫化机的硫化温度和时间，使平板硫化机控制精度达到±0.5 ℃的国家标准，且系统性能稳定可靠。
关键词：温度控制；平板硫化机；硫化温度；模糊控制
中图分类号：TQ330 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1513203
Vulcanization Machine Measurement System of PID Fuzzy Parameter Auto-Collating
XU Xiaozhuang,YU Lili
(Luoyang Institute of Science and Technology,Louyang,471023,China)
Abstract：As the main rubber vulcanizing equipment,the flat panel valcanizer must have the ability to control the valcanizing condition(such as valcanizing temperature,valcanizing time and pressure).The controlling accuracy will influnce the quality and the nature of the rubber products directly.On the basis of fuzzy reasoning,the PID auto-collating and timing controller can change the parameters of the fuzzy controller,adjust its proportion coefficient accordingly on-line,and make it to adjust PID parameter each moment as the system changing.Practice shows that the system control the valcaning temperature and time exactly,and proves the accuracy of the flat panel valcanizer to
±0.5℃,which is the nation′s st andard.Function of the system is found reliable.
Keywords：temperature control;plate vulcanization machine;vulcanization′s temperature;fuzzy control
作为橡胶硫化主要设备的平板硫化机必须具备控制硫化条件(硫化温度、硫化时间和硫化压力)的能力,其控制的精度将直接影响橡胶硫化制品的质量好坏。随着橡胶制品产业的进步和发展,对硫化工艺的精确性、可靠性、成本控制方面都提出了更高的要求。目前尽管一些平板硫化机的温度控制采用温度控制仪表加接触器(或可控硅、固态继电器)，硫化控制采用PLC或继电器控制。但是其温度控制精度只能达到±2 ℃，为了能达到硫化顺丁橡胶而且同时满足SBS(苯乙烯-丁二烯共聚物)、聚丙烯和顺丁橡胶三类产品的硫化要求,某橡胶制品厂要求对原有平板硫化机的控制系统进行改造，要求研制一套能够适应以上三类胶料的平板硫化机模糊控制
系统。并且精度要求控制在±0.5 ℃以内，具有自动开模、自动合模、自动排气、手动和自动硫化选择功能，系统性能稳定，操作简单且成本低。
1 硫化参数的确定
橡胶的硫化过程是在一定的温度、时间和压力的条件下完成的。这三个条件对橡胶产品的质量起着决定性的作用，因此被称为“硫化三要素”。橡胶硫化的过程可以分为四个阶段：硫化诱导阶段、热硫化阶段、正硫化阶段和过硫化阶段如图1所示。
在橡胶生产工艺中，正硫化通常是指橡胶制品物理、化学性能达到最佳值时的硫化状态。正硫化时间是指达到正硫化状态所需要的时间。硫化温度直接影响硫化产品的质量和硫化速度，硫化温度的高低取决于橡胶的种类、配方和硫化工艺。
在实际生产过程中，橡胶硫化的压力是根据橡胶的种类、配方和硫化工艺、可塑性、产品结构等因素来决定。而硫化的温度和时间是相互制约的，标准硫化工艺是依据等效硫化的范得荷夫数学公式进行的，即在一定的温度范围内采用：E2=E1×K(T)(T1-T2)/10(1)其中：T1为标准硫化温度；T2为实际硫化温度；E1为标准硫化温度下的正硫化时间；E2为实际硫化温度下的正硫化时间；K(T)为硫化系数(在一定温度范围内可视为常数)。
上式经变化后，可得标准硫化温度下的正硫化时间E1：E1=E2×K(T)(T2-T1)/10(2) 式(2)表明硫化温度和硫化时间互为指数关系。若取T1-T2=10，K=2，则：E1/E2= K(T2-T1)/10=1/2(3) 这说明硫化温度相差10 ℃时，硫化时间相差两倍。也就是说，温度每增加10 ℃时，硫化时间缩短一倍，反之，硫化时间则延长一倍。所以把在不同硫化温度下达到相同硫化效果的时间，称为等效硫化时间，利用范得荷夫数学公式可以方便地计算出在不同硫化温度下的等效硫化时间。
2 平板硫化机的控制结构
通过分析可知,平板硫化机的温度控制是一种不确定、大惯性、外界干扰复杂多变、非线性严重的控制对象，常规PID控制算法难以满足控制要求。因此设计采用模糊自适应PID控制策略，用模糊控制理论在线整定PID控制器的比例、积分、微分系数，将模糊控制和传统的PID控制相结合，将传统PID控制经验的优点和模糊控制的灵活性、自适应性相结合，以克服控制系统的变参数、非线性等不利因素的影响，使系统输出响应的过渡过程平稳、系统的超调量小、过渡时间短、跟踪性能好，具有较好的动态性能。系统以PLC为中心,配以高性能的模块化外设组成一体化的温度控制系统，同时采用硬件和软件的抗干扰措施,确保系统的稳定性和高可靠性。PLC选择Honeywell的UMC800，UMC-800由控制器和操作面板组成，两者间最大距离是15 m。控制器上有16个I/O插槽，可插入4种I/O插卡，AI(4通道/卡)、AO(4通道/卡)、DI(6通道/卡)、DO(6通道/卡)，由于AI、AO插卡有数量的限制，系统最多可有24个模拟量输入、12个模拟量输出、42个开关量输入输出。当减少模拟量输入输出插卡时，开关量输入输出点数最多可增加到96点。PID回路数有16个，但其中至少有4个应为ON/OFF通