基于西門(mén)子S7-300的智能氣力輸送系統(tǒng)研究

摘 要：隨著氣動(dòng)輸送控制系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量和運(yùn)輸效率的要求的提高，這使得對(duì)空氣壓力，流量，末端壓力的有效控制變得非常必要。 首先，簡(jiǎn)要介紹了雙管密相氣力輸送技術(shù)。 其次，闡述了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 根據(jù)分級(jí)管理的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的二級(jí)計(jì)算機(jī)控制方案，并建立了硬件平臺(tái)和通信鏈路的程序流程。 最后，提出了一種新的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制算法的氣壓系統(tǒng)。 結(jié)果表明，本文所涉及的智能氣力輸送系統(tǒng)具有控制方便，準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：氣力輸送;PLC;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);壓力

0.概述

國(guó)內(nèi)用于氣力輸送控制系統(tǒng)無(wú)論在應(yīng)用水平還是在先進(jìn)研究水平上與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距仍然存在一定的，但是我們也可以看到差距并不是很大的，無(wú)論是在理論研究領(lǐng)域還是在應(yīng)用領(lǐng)域[1]。 同時(shí)控制在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中對(duì)氣力輸送裝置的適應(yīng)性不強(qiáng)，控制精度不高的現(xiàn)象，有必要進(jìn)行一定的應(yīng)用研究[2]。

1.氣力輸送系統(tǒng)工藝與控制要求

通常兩管氣動(dòng)輸送系統(tǒng)是通過(guò)采用正壓壓縮式雙管密相輸送技術(shù)。 啟動(dòng)相應(yīng)的控制系統(tǒng)管路的十字閥動(dòng)作; 在低壓輸電和高負(fù)荷的氣密輸送過(guò)程中，增加壓力容器系統(tǒng)的加壓流態(tài)化，流態(tài)化輸送原理控制設(shè)備[3]。

空氣在設(shè)定壓力后進(jìn)入管道，并在輸送管道中形成具有一定混合比例的原料氣混合物。 壓力傳感器在傳送第二變化和壓力的過(guò)程中，以確定預(yù)設(shè)壓力值是否添加到壓縮空氣中的主管道中[4]。 將控制閥品牌在管端切成圓柱形的材料部分，然后向前移動(dòng)到儲(chǔ)物箱。 控制系統(tǒng)通過(guò)分離儲(chǔ)罐和過(guò)濾器中的混合物，由風(fēng)機(jī)排出[5]。

2.智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

基于PLC和工控機(jī)在控制系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中的特點(diǎn)，從系統(tǒng)運(yùn)行效率和操作便利性?xún)蓚€(gè)方面入手。 在集成PLC的控制過(guò)程中，根據(jù)已建立的過(guò)程和過(guò)程參數(shù)，可以通過(guò)進(jìn)入傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)提高設(shè)備效率。 最大的優(yōu)勢(shì)是與作為控制系統(tǒng)核心的工業(yè)計(jì)算機(jī)的集成[6]。

2.1基本控制

PLC控制方案如圖1所示？是指控制系統(tǒng)只以可編程控制器（PLC）作為控制器部分？包括系統(tǒng)的人機(jī)接口也是通過(guò)PLC的輸入輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)按鈕和指示燈來(lái)完成。

PLC控制方案具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可靠性更高的特性，可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信技術(shù)來(lái)連接分布式輸入/輸出模塊，節(jié)省了大量的現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)，基本可以滿(mǎn)足工廠的需求。

2.2通訊方式

本文涉及使用PROFIBUS和MPI通信系統(tǒng)的二級(jí)控制方案。 ，PROFIBUSFIBUS是以現(xiàn)有的國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在過(guò)程自動(dòng)化工程中的高速且可靠的通信方式[7]。 PROFIBUS和MPI分別在控制層與工控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊連接。

2.3智能算法

氣動(dòng)輸送系統(tǒng)，壓力與流量之間具有很強(qiáng)的耦合性。需集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以準(zhǔn)確地解決控制參數(shù)問(wèn)題，由于PID控制可以實(shí)現(xiàn)多變量系統(tǒng)的解耦控制，因此在系統(tǒng)中考慮采用PID控制器。

3.智能控制方案實(shí)現(xiàn)

3.1PLC控制的硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)的控制級(jí)別已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了西門(mén)子S7300 PLC的硬件配置，由IM153 1通信模塊和數(shù)字和模擬輸入輸出模塊組成。如圖2所示。

3.2層級(jí)通訊的實(shí)現(xiàn)

PLC底層通訊采用串行通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)背板總線(xiàn)，背板總線(xiàn)是PLC 主機(jī)同I/O擴(kuò)展模塊之間的高速數(shù)據(jù)通路，支持主機(jī)和擴(kuò)展模塊之間的I/O 數(shù)據(jù)刷新。背板總線(xiàn)的技術(shù)水平?jīng)Q定了PLC 產(chǎn)品的I/O 擴(kuò)展能力，是PLC 設(shè)計(jì)制造的核心技術(shù)。

3.3算法優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)

在氣力輸送系統(tǒng)中，空氣壓縮空氣控制技術(shù)是氣力輸送控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空氣中的參數(shù)，壓縮空氣的壓力和空氣流量是影響運(yùn)輸過(guò)程的最大兩個(gè)參數(shù)之一，現(xiàn)有已投入使用的炭黑氣力輸送系統(tǒng)用于控制減壓。并手動(dòng)設(shè)置安全閥出口壓力值。壓縮空氣控制帶來(lái)了很多不確定性，用戶(hù)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障。關(guān)于帶有瓦的空氣壓縮空氣流的穩(wěn)定性，拉瓦爾管一旦安裝在各種參數(shù)上就不能改變，不能根據(jù)工藝工程流量的要求進(jìn)行設(shè)定。僅通過(guò)壓力控制就無(wú)法實(shí)現(xiàn)最佳的輸送不同物料的效果。因此，我們需要引入新的氣壓和流量控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)壓力和流量的自動(dòng)控制。在此利用壓力和流量，利用對(duì)角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別亞克比信息系統(tǒng)，然后設(shè)置PID參數(shù)。系統(tǒng)如圖2所示。PID控制器的壓力，輸出流量和偏導(dǎo)數(shù)輸入用作輸入，對(duì)角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別系統(tǒng)的輸出和對(duì)角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)輸出誤差用作調(diào)整誤差的標(biāo)識(shí)符。

4.智能控制效果評(píng)價(jià)

在二級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)氣動(dòng)傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了控制和分析系統(tǒng)的可靠性，處理各種數(shù)據(jù)的能力。同時(shí)，兩級(jí)控制系統(tǒng)處于相對(duì)獨(dú)立的，通信中斷或PC故障之間的階段，仍然能夠完成基本的獨(dú)立控制級(jí)，控制功能，以確保正常生產(chǎn)。僅基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣力輸送控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣力輸送關(guān)鍵參數(shù)，空氣壓力，流量，最佳混合參數(shù)和工藝參數(shù)等自動(dòng)有效控制的最佳控制點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

陳盛東 1993年，漢，本科，福建龍凈環(huán)保股份有限公司物料輸送事業(yè)部，助理工程師，智能氣力輸送系統(tǒng)。