造纸工业中用开关型电动执行器控制蒸煮过程浅析

发布时间:2011-04-25  点击数:1779

    执行机构是自动调节系统的重要组成部分,在自动调节系统中的作用是接受来自调节单元的控制信号,使调节阀的开度产生相应的变化,从而达到调节流量的目的。其中,电动执行器具有动作快、适合远距离信号传送、便于和计算机配合使用等优点,随着计算机在工业过程中的广泛应用,电动执行器越来越多地被应用。在蒸煮车间的控制环节中引入开关型电动执行器将会有更大的优势,可以弥补常用电动执行机构的不足。

    蒸煮过程是造纸工业中的一个重要环节,是复杂的化学化工过程。在蒸煮过程中,由于浆温度的测量要大大难于压力的测量,故一般根据温度与饱和蒸汽的对应关系,通过控制压力来间接地控制浆的温度,反映在实际控制过程中即是控制饱和蒸汽调节阀的开度来调节蒸煮的温度。

一、开关型电动执行器与传统电动执行器的比较

    常用电动执行机构包括伺服放大器和执行器(以常用的调节型电动执行机构为例)两个部分,其中伺服放大嚣放大输入信号Id与反馈信号If的偏差,根据偏差信号的正负与大小驱动伺服电机的正转或反转以及转角的大小,起到调节阀门的作用。调节型电动执行器在工业现场应用广泛,但是在工控中存在着以下几个缺点:①加入伺服放大器,加大了硬件的投资;②中间环节多,接线复杂,故障率增大,检修困难;③伺服放大器本身等效于继电特性的非线性环节,对于整个系统的参数整定和实际控制效果都会有一定的影响,从而使控制效果变差,甚至发生震荡;④信号远距离传送时容易受到干扰。

    开关型电动执行器在以下几个方面存在优势:①开关型电动执行器接受220V开关信号来驱动阀门电机的转动,从控制柜到现场就可以用动力线代替以前的信号线,避免了4~20mA信号在传输中可能受到的干扰;②省去伺服放大器,相当于去掉了- 个非线性环节,同时减少了时间延迟,使控制效果更好;③省去了伺服放大器,节省了成本,也使接线简单;④开关型电动执行器响应速度快,执行精度高,工艺上进行了针对开关信号频繁而设计的长寿命电机,并配有电气机械限位开关和位置测量开关,保证了它的准确可靠运行。

    传统工业控制原理框图见图1,本文采用的控制原理图见图2。

二、开关型电动执行器的直接数字PID控制方案

    我们在某造纸厂蒸煮车间的蒸煮控制中,省去笨重的伺服放大器,采用精度较高的开关型电动执行器,直接由计算机输出的数字信号控制,同时编制相应的直接数字比例积分微分(PID)控制程序,投运以来取得了较好的控制效果,得到了工厂的一致赞同和认可。

    开关型电动执行器接线图如图3。上位监控采用组态软件,滑动电阻取得阀位信号,固态继电器转换控制信号。

    根据控制的要求和硬件上的改动.我们设计了相应的PID控制程序。首先进行初始值的设定,包括蒸煮过程控制工艺曲线,即温度设定值(Sv),阀门的动作周期长度T(在一个周期里阀门有三种可能状态:正转、反转和保持不变,用户可以在线修改T来调整阀门开关频度),控制精度ε(即可以允许的上下温度变化范围,能够表示用户所要求的控制精度,当温度偏差在ε以内时,输出保持信号使阀门不动作,通过设定合适的ε值,就可以使控制偏差小到一定范围,同时避免阀门的震荡)以及历史偏差值E(k-1)和E(k-2)。在主程序中,我们进行了安全条件的判断(包括蒸汽压力是否超限、是否有回流出现、警报信号是否消除等),在采样时进行温度采样,PID计算,根据变化值Du的绝对值与阀门满量程相对值K的比值确定阀门动作时间Tc(K选择比较灵活,为计算方便我们取值100),阀门动作信号输出(在Tc时间里输出正转或反转信号,在T-Tc时间里输出保持信号,正转还是反转由偏差E与ε的关系和Du的正负来共同决定)。

    程序流程如图4所示。

三、结论

    通过以上对比,可以看出这种控制方案具有传统控制所没有的优势,不但在蒸煮的温度控制上起到很好的作用,而且也会在其他的工控环境中发挥巨大的作用,改善控制效果,提高经济效益。