煙葉烤房[薈萃內(nèi)容]

1、基于PLC煙葉智能烤房溫濕度模糊控制的研究袁泉（貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 貴陽 550003）摘要：設(shè)計(jì)了一種基于PLC的煙葉烤房溫濕度模糊控制器，該模糊控制器不像傳統(tǒng)的PID控制需要精確的被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型。而是通過已編好的程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，該控制方案不僅可以較好的適應(yīng)被控對(duì)象的參數(shù)變化，而且大大提高了烤房溫濕度的控制精度和動(dòng)態(tài)性能。較好的滿足了控制要求。關(guān)鍵詞： 模糊控制 PLC 溫濕度 中圖分類號(hào): 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: 文章編號(hào)：0 引言煙葉烘烤技術(shù)是建設(shè)發(fā)展現(xiàn)代化煙草農(nóng)業(yè)的核心環(huán)節(jié)，也是保證煙葉質(zhì)量形成的關(guān)鍵。在煙葉生產(chǎn)過程當(dāng)中，傳統(tǒng)烘烤過程一般需要長達(dá)十幾個(gè)小時(shí)，完全由人工控制烤房燃燒室的火

2、候，并實(shí)時(shí)監(jiān)測烤房溫度濕度的變化，因此煙葉烘烤的勞動(dòng)強(qiáng)度和技術(shù)難度都比較大。而且烤房內(nèi)溫濕度得不到精確的控制，導(dǎo)致了烤出來的煙葉利用效率較低。隨著煙葉烘烤技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)開始逐步的向智能化發(fā)展，對(duì)于烘烤的控制，早期使用傳統(tǒng)PID的控制,但是溫度和濕度的控制具有較強(qiáng)的惰性，響應(yīng)速度較慢，同時(shí)容易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，控制精度并不理想，無法解決烘烤系統(tǒng)的時(shí)變性和溫濕度互相耦合的問題，此外這些系統(tǒng)在自動(dòng)化程度方面也不完善，并沒有考慮到我國煙農(nóng)和司爐員的普遍文化程度不高的問題，而現(xiàn)有的烤房自動(dòng)化控制設(shè)備大都操作步驟比較繁瑣，基于PLC的控制系統(tǒng)能較好的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的一鍵式操作，操作面板標(biāo)注清晰、簡單。并且能實(shí)

3、現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)操作相結(jié)合，充分尊重?zé)熮r(nóng)的使用習(xí)慣，提高使用的便利度。1烘烤工藝煙葉的烘烤采用現(xiàn)在普遍流行的三段式烘烤。該技術(shù)簡單便利，可操作性強(qiáng)，能有效的保證煙葉的烘烤質(zhì)量，美國、日本、巴西等國家普遍采用這一技術(shù)。整個(gè)過程分為3個(gè)階段，第一階段為變色期，第二階段為定色期，第三階段為烘干期，該工藝曲線如圖1所示。圖1 三段式烘烤工藝曲線圖2 溫度與濕度的控制該模糊控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的控制系統(tǒng)，需要同時(shí)監(jiān)測溫度和濕度，但是這兩者之間又不是互相獨(dú)立的，而是存在強(qiáng)耦合的作用。在升溫過程中，煙葉受熱失水，使得烤房內(nèi)的相對(duì)濕度增大，在排濕過程中,需要啟動(dòng)排濕風(fēng)機(jī)，從而引入外部的冷空氣，對(duì)烤房內(nèi)的溫度

4、產(chǎn)生影響。這一特點(diǎn)決定了溫濕度控制要獲得較高的精度有一定的困難。該控制系統(tǒng)的輸入變量有烤房內(nèi)溫度、濕度偏差，及溫度和濕度的變化率。輸出變量有溫度控制量和濕度控制量。它們分別對(duì)應(yīng)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開合大小、排氣扇轉(zhuǎn)速以及推煤機(jī)轉(zhuǎn)速等。為了獲得較高的控制精度，本模糊控制器采用現(xiàn)在比較流行的模糊PID控制系統(tǒng)。3 模糊控制器的設(shè)計(jì)模糊控制的基本思想是基于總結(jié)操作者對(duì)于控制過程所進(jìn)行的操作經(jīng)驗(yàn)、或歸納設(shè)計(jì)者對(duì)被控過程所認(rèn)識(shí)的模糊信息的基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算機(jī)以模糊性控制規(guī)則的方式實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)。模糊控制器主要包含三個(gè)功能環(huán)節(jié)：用于輸入信號(hào)處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元，以及用于輸出解模糊化

5、的模糊判決環(huán)節(jié)。1） 確定模糊控制器的輸入輸出變量，并進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換。本控制系統(tǒng)采用四輸入六輸出的系統(tǒng)，選擇烤房內(nèi)溫度和濕度的偏差絕對(duì)值|E1|、|E2|和烤房內(nèi)溫度及濕度偏差的絕對(duì)值的變化率|EC1|、|EC2|作為模糊控制器的輸入量。選擇PID控制的Kp1，Kp2，Ki1，Ki2，Kd1，Kd2作為控制器的輸出量。2）確定各變量的模糊語言取值及相應(yīng)的隸屬函數(shù)。根據(jù)煙葉的生產(chǎn)工藝要求來設(shè)定溫濕度的|Ex|、|ECx|和PID控制器Kpx，Kix，Kdx的模糊控制論域。為了在PLC中處理和實(shí)現(xiàn)的方便，隸屬函數(shù)均采用三角函數(shù)。涉及模糊偏差|Ex|、|ECx|和Kpx，Kix，Kdx的論域所對(duì)應(yīng)的模

6、糊語言變量的隸屬函數(shù)如圖下： 圖2 四輸入六輸出溫濕度模糊控制原理圖 根據(jù)不同的偏差E和偏差的變化率EC作用下，PID參數(shù)Kp、Ki和Kd的模糊自整定方法可總結(jié)出以下規(guī)律：1)當(dāng)誤差E較大時(shí)，為加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的Kp；同時(shí)為了避免系統(tǒng)在初始時(shí)，由于誤差的瞬時(shí)增大可能出現(xiàn)的微分飽和而使控制作用超出允許的范圍，此時(shí)，應(yīng)取較小的Kd。同時(shí)，為了防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，對(duì)積分作用應(yīng)加以限制，所以，此時(shí)應(yīng)取Ki=0；2) 當(dāng)誤差E適中時(shí)，為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，應(yīng)取稍小的Kp；此時(shí)Kd的取值對(duì)系統(tǒng)的影響較大，所以Kd的值要大小適中，以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。同時(shí)，可增加一些積分

7、對(duì)控制的作用，Ki太大，易造成積分飽和，太小不能加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，所以 ，取值要適當(dāng)。3)當(dāng)誤差E較小時(shí)，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)取較大的Kp、Ki；同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近產(chǎn)生振蕩，Kd值的選擇非常重要。一般情況下：當(dāng)E較小時(shí)，Kd可取大些，當(dāng)E變大時(shí)，Kd可取小些。 由以上分析和語言變量的定義，我們可以總結(jié)出Kp、Ki、Kd的自整定規(guī)則，分別如表1，表2所示。EC1 Kp1 Ki1 Kd1 KDE1NBNMNSZOPSPMPBNBNB/PB/PSNB/PB/NSNM/PM/NBNM/PM/NBNS/PS/NBZO/ZO/NMZO/ZO/PSNMNB/PB/PSNB/PB/NSNM/

8、PM/NBNS/PS/NMNS/PS/NMZO/ZO/NSZO/NS/ZONSNB/PM/ZONM/PM/NSNS/PM/NBNS/PM/NMZO/ZO/NSPS/NS/NSPS/NS/ZOZONM/PM/ZONM/PM/NSNS/PS/NSZO/ZO/NSPS/NS/NSPM/NM/NSPM/NM/ZOPSNM/PS/ZONS/PS/ZOZO/ZO/ZOPS/NS/ZOPS/NS/ZOPM/NM/ZOPB/NM/ZOPMZO/PS/PBZO/ZO/NSPS/NS/PSPS/NM/PSPM/NM/PSPB/NM/PSPB/NB/PBPBZO/ZO/PBZO/ZO/PMPS/NM/PMPM/NM

9、/PMPM/NM/PSPB/NB/PSPB/NB/PB表1 Kp1,Ki1,Kd1調(diào)整規(guī)則表 EC2 Kp2 Ki2 Kd2 KDE2NBNMNSZOPSPMPBNBNB/PB/PSNB/PB/NSNM/PM/NBNM/PM/NBNS/PS/NBZO/ZO/NMZO/ZO/PSNMNB/PB/PSNB/PB/NSNM/PM/NBNS/PS/NMNS/PS/NMZO/ZO/NSZO/NS/ZONSNB/PM/ZONM/PM/NSNS/PM/NBNS/PM/NMZO/ZO/NSPS/NS/NSPS/NS/ZOZONM/PM/ZONM/PM/NSNS/PS/NSZO/ZO/NSPS/NS/NSPM/

10、NM/NSPM/NM/ZOPSNM/PS/ZONS/PS/ZOZO/ZO/ZOPS/NS/ZOPS/NS/ZOPM/NM/ZOPB/NM/ZOPMZO/PS/PBZO/ZO/NSPS/NS/PSPS/NM/PSPM/NM/PSPB/NM/PSPB/NB/PBPBZO/ZO/PBZO/ZO/PMPS/NM/PMPM/NM/PMPM/NM/PSPB/NB/PSPB/NB/PB 表2 Kp2,Ki2,Kd2調(diào)整規(guī)則表根據(jù)以上調(diào)整規(guī)則，可得到PID參數(shù)的修正量，代入如下自調(diào)整算式中得出新的PID參數(shù)：式中： 、 為采用常規(guī)整定方法得到的預(yù)定值。4 方案實(shí)施通過模糊推理推導(dǎo)出 、 的模糊查詢表,將得到的表格存入plc的模糊控制函數(shù)塊，選取適當(dāng)?shù)腒p，Ki，Kd初始值，根據(jù)設(shè)計(jì)的控制程序循環(huán)調(diào)用模糊控制函數(shù)塊來實(shí)現(xiàn)溫濕度的自動(dòng)控制。程序原理圖如下： 圖3 溫濕度控制程序原理圖5 結(jié)束語本文介紹了基于PLC的烤房溫濕度模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，并介紹了模糊PID控制設(shè)計(jì)的方法，采用PLC控制系統(tǒng)，利用程序內(nèi)部軟觸點(diǎn)代替以前的