三闭环压力控制系统在化纤工业中的应用
时间：2021-01-31 12:02:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】三闭环压力控制系统的控制对象是工业生产过程中最常见、最基本的参数-压力。本系统是基于 PLC对压力进行检测、控制、并通过一定算法加以调节，使压力稳定在设定值的控制系统。
【关键词】三闭环 压力 控制器
目前，化纤工业走向了大型化、集中化，为电气工程在化纤工程领域的应用提供了广阔的发展空间。电气自动化控制技术已经渗透到化纤生产的各个环节，如对温度、速度、压力、料位等关键工艺的控制均采用电气自动化控制技术。此技术能提高生产效率，又能保证产品质量的稳定。化纤的生产一般经过切片的干燥、熔融纺丝、牵伸定型等工序，控制的参数主要有温度、压力、流量及转速等，一个好的控制系统对化纤生产的进行是很重要的。压力是工业生产中最常见和最重要的工艺参数之一，如涤纶实际生产中需要控制6500000—7500000Pa的压力。因此压力控制是生产过程自动化的重要任务之一。传统的控制系统控制精度低，直接影响了产品的质量。本系统为三闭环压力控制系统，是采用PLC作为控制器进行运算处理并采取合理的控制策略的压力控制系统。是基于 PLC对压力进行检测、控制、并通过一定算法加以调节，使压力稳定在设定值的控制系统。系统在压力反馈环节、速度反馈环节和电流反馈环节这三者综合作用下使化纤熔体压力控制更稳定。该控制系统为三闭环控制系统，包括电流反馈、压力反馈和速度反馈三个反馈环节。其中检测元件采用压力传感器、测速发电机、电流互感器，控制器采用PLC，执行机构则采用执行电机。控制系统的结构原理如图1所示。
化纤挤出机的熔体出口压力与螺杆转速有关。直流电动机是一种大功率的调速电动机，在纺丝机上用于螺杆挤出机的传动。直流电动机的转速与输入电枢的直流电压成正比，调整直流电压，即可改变直流电动机的转速。将熔体压力传感器测出的压力信号反馈到直流电压控制系统，以该信号为主，调节直流电动机的转速，使熔体压力维持在设定水平上，形成熔体压力的自动控制系统。电流和速度环节起调节和稳定作用，在电网电压及负载变化时，电流和速度调节才有信号送出。在压力反馈环节、速度反馈环节和电流反馈环节三者的综合作用下，当熔体压力偏离给定值时，压力调节器的输出将发生变化，促使触发器发出信号，改变可控硅整流器中可控硅控制极的导通角，从而使输出的直流电压产生变化，改变直流电动机的转速，使熔体压力回复到给定值。
本系统有硬件和软件组成。
一、硬件部分主要由检测部分、控制器部分和执行部分三部分组成。如图2
检测部分将压力、速度、电流等物理量，通过传感器转换为对应的电信号，然后通过不同的变送电路转换成电压信号。反馈信号有压力、速度、电流三种，选用压力传感器来检测压力，测速发电机来检测电机速度，电流互感器来检测电流。将检测到的信号经过相应转换，变换为电压信号后送入模拟量扩展模块。传感器的精度直接影响整个自动控制系统的精度。该系统选择精度高、稳定性好、性能可靠的应变式压力传感器作为压力检测元件。
本系统采用西门子S7-200PLC作为控制器，它把模拟量扩展模块发送来的被控参数，按照预先设定的程序，自动进行信息的处理、分析和计算，做出相应的控制决策，以信号的形式再次通过模拟量扩展模块，及时发出控制命令。
执行部分是系统具体的执行机构。可编程控制器将外部检测变送单元得到的量与系统给定值比较，得到的差值经运算后，通过模拟量扩展模块输出，驱动执行机构动作，达到控制压力的目的。输出信号经触发装置触发可控硅整流器，从而改变电机的转速，使压力与给定值保持一致。当熔体压力偏离给定值时，压力调节器的输出将发生变化，使触发器发出信号，改变可控硅整流器中可控硅控制极的导通角，使输出的直流电压产生变化，改变直流电动机的转速，使熔体压力回到给定值。
二、软件部分
各种程序，是控制系统的大脑和灵魂，通称为软件。它是人的思维与机器硬件之间的桥梁。软件的优劣关系到计算机能否正常运行、硬件功能的充分发挥和应用。整个压力控制系统是在PLC控制下执行的，主要采用PID算法程序。S7-200CPU提供PID回路指令，进行PID计算。PID参数的整定按模拟调节器的方法来进行，通过实验确定法来选择PID参数。
小结：三闭环压力控制系统，用压力传感器、测速发电机、电流互感器等测量压力、转速、电流，将检测到的信号变换为电压信号，再通过放大电路放大后，进行采样、量化变为数字信号送到PLC，与给定的压力信号进行比较，其差值信号按一定的运算规律进行运算，运算结果送至执行单元，触发可控硅控制器，带动相应执行机构对压力进行控制。本系统是压力稳定在设定值的控制系统，为化纤生产带来效益。
参考文献：
[1]《可编程控制器原理及应用》林长峰编著.北京：高等教育出版社，1991
[2]《现代工厂电器控制》张凤池，曹荣敏主编.北京：机械工业出版社，2000
[3]《检测与转换技术》常健生主编.北京：机械工业出版社，2000
作者简介：
荆蕾（1982—），女，山东莱阳人，烟台南山学院电气信息实验中心助教。研究方向：电气自动化。
荆平（1966—），男，山东烟台人，烟台南山学院电气信息实验中心工程师。研究方向：电气自动化。
王光燕（1985—），女，山东济南人，华能莱芜电厂检修部热控作业工程师。研究方向：控制理论与控制工程。
