PID控制在感光乳劑制備中的應(yīng)用

周志雄

摘要：提出一種基于PLC的PID控制策略，并將其應(yīng)用于感光乳劑生產(chǎn)的溫度控制中，實(shí)踐證明該方 法對于時變、滯后系統(tǒng)是行之有效的。

關(guān)鍵詞：PLC;PID;控制;FB4l

可編程控制器（PLc）是現(xiàn)代工業(yè)自動化支柱 之一，近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，在對諸如溫度及流量等過程變量實(shí)施控制時，一般只需在其基 本硬件上另配D/A、A/D模塊，再采用相應(yīng)廠家提供的PID功能塊，設(shè)置好參數(shù)，即可完成控制回路的構(gòu)建。一般廠家只提供標(biāo)準(zhǔn)的PID控制功能塊，其靈活性和適用性不高，對于復(fù)雜的被控對象和工藝要求苛刻的場合，這種常規(guī)填表式的PID 方法往往難以獲得滿意的控制效果，而采用自適 應(yīng)控制、模糊控制以及神經(jīng)元控制等方法，實(shí)現(xiàn)起來又有種種不便和限制。

1 工藝簡介和控制要求 銀鹽感光乳劑是一種具有高成像性能和高分 辨率的材料，制備好的乳劑經(jīng)過涂布干燥和分切 包裝就成為照相膠卷、電影膠片和電子線路制版 軟片。在乳劑生產(chǎn)中有稱之為二成熟的重要物理 成熟過程，溫度和時間對感光微晶的生長和形狀 （乳劑性能）影響很大。每批次的乳劑生產(chǎn)中，不 管是升溫階段，還是恒溫階段，工藝上都不允許有超過士1℃的偏差，升溫過程控制在23min。加熱 水箱進(jìn)的是自來水和本身溫度變化不大的熱水 （±1.6cc），控制上采用常規(guī)PID串級實(shí)現(xiàn)方法，基本上能滿足生產(chǎn)工藝要求，溫度控制簡圖如圖 l所示。但在2010年，公司引進(jìn)柯尼卡乳劑制備 技術(shù)后，溫度偏差極限變?yōu)椤繭.5℃，同時因節(jié)能 需要，加熱水箱的熱水改為蒸汽。根據(jù)其他相關(guān) 設(shè)備的控制情況來看，如仍采用以前的串級控制，在二成熟釜的恒溫時段問題不大，但在升溫時段的末期，溫度超調(diào)將達(dá)到6℃以上，生產(chǎn)根本無法 繼續(xù)進(jìn)行。

2對FB41的改進(jìn)和溫度控制策略的實(shí)施 西門子S7-300、400PLc控制器中的PID控制功能塊FB41（包括其他PID功能塊），是基于應(yīng)用 定位方面的原因，用于過程變量的串級控制有明顯不足之處，無法和DCS系統(tǒng)中相應(yīng)的功能塊相比，主要是控制上手動、自動問的無擾切換問題，這給前期調(diào)試和串級控制帶來很大不便。幸運(yùn)的 是FB41中過程變量多、對編程人員開放，更重要的是FB41的源代碼很容易找到，這為深入剖析和改造FB4l，實(shí)現(xiàn)具有針對性的靈活控制，滿足 特定的工藝控制要求提供了條件。在乳劑制備 中，一成熟過程溫度控制用的是橫河DCS CS3000R3系統(tǒng)，在現(xiàn)有條件下，靈活的溫度控制策略難以實(shí)現(xiàn)。

2.1 對FB41的改進(jìn) FB41的具體改進(jìn)措施有：a.FB41自身雖帶有手動到自動的切換功 能，但不是完全無擾動，需另外在手動一自動時 （瞬間）將過程值PV-IN送給設(shè)定值sV-INT，然 后再加一斜坡函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)完善的手/自動無擾切換。b.FB4l無自動到手動的無擾切換功能，通 過另外編程，將PID輸出值LMN—PER送給手動值MAN，再加一斜坡函數(shù)即可。c.以上兩點(diǎn)是針對PID單回路而言的，對于 由FB41組成的雙回路串級控制，要實(shí)現(xiàn)主環(huán)和副環(huán)的手動、自動無擾切換，當(dāng)然要復(fù)雜些，但基本原理一樣。

2.2控制策略的實(shí)施由于釜壁、乳劑物性以及乳劑量等原因，和水 箱溫度r。相比，乳劑溫度咒出現(xiàn)滯后、非線性的 現(xiàn)象，問題的關(guān)鍵集中在對L的控制上。首先，在現(xiàn)場確定蒸汽調(diào)節(jié)閥的最大開度 （以水箱少量蒸汽溢出為準(zhǔn)）。然后參照疋的設(shè) 定sV2（以影像制版印刷軟片乳劑為例，SV2 為72℃），設(shè)置水箱L的設(shè)定值SVl為80℃，瓦 和咒間的差值△r為8℃，△r值是由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)確定的，既可滿足對于升溫時間的要求，又避免了蒸汽的浪費(fèi)，以及因△r數(shù)值不當(dāng)，造成對控制的不良影響。水箱溫度瓦被控制在80℃（此時整個系統(tǒng) 是單副環(huán)運(yùn)行），當(dāng)乳劑溫度咒升至70℃時，E 設(shè)定值SVl再降為72℃。由于整個水箱和管道容量不大，E變化迅速，在3min內(nèi)基本穩(wěn)定，然后將主環(huán)投入自動，主環(huán)和副環(huán)之間加無擾動處理，實(shí)現(xiàn)串級控制，系統(tǒng)很快進(jìn)入恒溫時段。以上策略中，蒸汽閥的最大開度、SVl值的設(shè)置和變化、△r的大小是關(guān)鍵。實(shí)施這種靈活的控 制策略后，升溫時段的曲線非常理想，完全滿足了工藝要求，這是通常簡單地采用填寫控制參數(shù)、實(shí)現(xiàn)PID串級控制所無法達(dá)到的。

3 結(jié)束語

生產(chǎn)工藝上的特殊要求，需要相應(yīng)的控制策略來實(shí)現(xiàn)，針對銀鹽感光乳劑生產(chǎn)上存在的問題，在對現(xiàn)場設(shè)備、生產(chǎn)工藝十分熟悉的基礎(chǔ)上，打破常規(guī)思維，采用靈活的控制策略，利用西門子S7.300PLC中PID功能塊（FB41），實(shí)現(xiàn)了對乳劑制備過程中溫度的成功控制。