┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊I第一章緒論刨花板，也稱為刨花板，是通過切割木材加工剩余物、小直徑木材、鋸屑等制成的人造板。成一定規(guī)格的塊，干燥，與橡膠、硬化劑、防水劑等混合。和壓力下壓制。定向刨花板是刨花板的新品種之一。刨花板鋪砌成型時，攪拌后的刨花板按照纖維方向垂直排列，形成刨花板。這種刨花板的形狀需要很大的長寬比，而厚度比普通刨花板稍厚。定向鋪設的方法包括機械定向和靜電定向。前者適用于大刨花的定向鋪設，而后者適用于小刨花的定向鋪設。定向刨花板的表面覆蓋有木屑和碎屑等細料，芯部填充有定向刨花板。該板具有五層結構:上下表面精細材料、中間兩層縱向刨花和芯層橫向刨花。板坯可以在連續(xù)多頭成型機上一次鋪砌?？捎米鬏S承構件(側主板、擱板等)。)用于板式家具。由于定向刨花板在一定方向上具有高強度，定向表面刨花和定向芯刨花可以根據(jù)膠合板的組成原理相互垂直交錯，形成三層甚至五層結構的定向刨花板。它的性能與膠合板相似，經(jīng)常被用作結構材料而不是膠合板。這是一種新型結構板，在充分利用小直徑木材、速生木材和提高木材利用率方面具有廣闊的前景[1]。1.1課題來源隨著人們生活水平的不斷提高，生產(chǎn)鏈對自動化程度的要求越來越高，對工業(yè)控制的便捷性，高效性及準確性提出了更高的要求。生產(chǎn)過程中重要的控制環(huán)節(jié)是隨動環(huán)節(jié)，隨動系統(tǒng)就是指當某參數(shù)量的變化無常為無法預先確定的時間函數(shù)時，其被控量能夠跟隨參數(shù)變化而變化的控制系統(tǒng)，它在化學、煉金、輕工業(yè)等行業(yè)的控制系統(tǒng)中廣泛應用。圖1.1為不同顏色的各類刨花板。圖1.1各類顏色不同的刨花板利用高程度的自動化來減少系統(tǒng)的總體消耗還增加工人的工作效率，還提高了邊角材料的利用率，中國的刨花板生產(chǎn)變化經(jīng)歷了由上個世紀80年代的上升，到90年代的下降再由2000年的再上升的反復過程[2]。刨花板由于質(zhì)量略微遜色和其它一些原因，被大眾拋棄后，許多刨花板企業(yè)吸取教訓，引進國外的先進生產(chǎn)技術和機器后，中國的刨花板質(zhì)量又有了大幅度提高，又重新被大眾所接受，許多家具生產(chǎn)廠家又重新選用刨花板為原料，另外，定向刨花板也逐漸被消費者所接受。因此，近幾年來，中國對刨花板需求量是逐年增加。隨著國內(nèi)外對刨花板的需求量不斷增加，和國家出臺優(yōu)惠政策加速人造板業(yè)發(fā)展，為刨花板業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了極好的環(huán)境[3]。目前刨花板生產(chǎn)工藝普遍存在的問題有：1、內(nèi)部為顆粒狀結構，不易于銑。2、在裁板時容易造成錯位的現(xiàn)象，所以部分工藝對加工設備要求較高；不移現(xiàn)場制作。3、市場上的刨花板質(zhì)量良莠不齊，劣質(zhì)的刨花板環(huán)保性非常差，甲醛含量嚴重超標，不過隨著國家對環(huán)保的重視現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)的刨花板的環(huán)保性已經(jīng)達到了國家標準。4、如何才能夠更準確地了解刨花的運動情況。5、如何才能更有效地減少板面特別是部分板面的破損率。6、在目前定向刨花板的實際制作中，如何才能夠降低橡膠的消耗量。7、橡膠費用占總成本的1/3以上，如何進一步地使刨花施膠均勻以提高產(chǎn)品的本身質(zhì)量等。1.2研究的意義刨花板是木材行業(yè)的主要高附加值產(chǎn)品和高水平技術之一，也是節(jié)約木材資源高效利用的重要途徑。改善森林資源的廣泛利用，減少木材資源供需之間日益加劇的矛盾，保護生態(tài)環(huán)境，具有積極和重要的意義。在歐洲、美國和其他地方，定向刨花板(OSB)以其均勻的材料、高強度和尺寸穩(wěn)定性逐步取代膠合板和纖維板等人造板材，并廣泛應用于建筑、裝飾和包裝等領域[4]。伴隨著近年來顆粒板工業(yè)的迅猛發(fā)展和許多OSB生產(chǎn)線的生產(chǎn)，OSB的相關產(chǎn)品、特點和面積逐漸得到人們的認可，其工業(yè)發(fā)展前景良好。由于OSB和普通粒子板在粒子規(guī)格、路面方法以及產(chǎn)品、粘合劑、工具和混合系統(tǒng)的主要區(qū)域上的差異，OSB也是不同的[5]。拌膠是刨花板生產(chǎn)線的關鍵工序之一。在刨花板生產(chǎn)線上，國內(nèi)常用環(huán)式拌膠機進行拌膠，用稱重的方法進行流量計算以及控制。今天，刨花板工業(yè)正在迅速鞏固資源，其特點是國家的節(jié)能、消費、環(huán)保和低碳經(jīng)濟政策、技術升級。新建的刨花板生產(chǎn)線都在年產(chǎn)10萬立方米以上，而國內(nèi)舊有的拌膠機只能滿足年產(chǎn)8萬立方米以下刨花板生產(chǎn)線的需求，為此急需提高我國現(xiàn)有刨花板生產(chǎn)線的裝備技術水平，研制滿足大產(chǎn)量生產(chǎn)線需求的新型拌膠機[6]。由于我國自主創(chuàng)新能力弱，尤其是最基本的理論研究方面和歐美國家相差甚遠，所以在人造板行業(yè)關鍵設備核心技術方面具有的自主知識產(chǎn)權很少。德國、芬蘭、意大利等歐洲發(fā)達國家的技術水平處于世界領先地位。通過先進的技術水品，改善了噴膠和進料方式，提高了膠粘劑在刨花表面的分布均勻程度。發(fā)達國家的刨花板生產(chǎn)線自動化程度更高，而且產(chǎn)量更大。對生產(chǎn)線而言，產(chǎn)量越大，單張刨花板的成本就越低。所以刨花板生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢就是自動化程度越來越高，對操作工要求越來越低，減少用工成本。施膠拌膠技術是刨花板生產(chǎn)的關鍵技術，也是制約生產(chǎn)線產(chǎn)量的一個瓶頸。研究適應大產(chǎn)量生產(chǎn)線的施膠拌膠技術是突破技術瓶頸的關鍵。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀：隨著刨花板生產(chǎn)工藝和主機設備的技術進步，刨花拌膠機在其品種數(shù)量、節(jié)能降耗、刨花與膠黏劑混合質(zhì)量等方面都有了長足的發(fā)展。國外刨花拌膠機技術以意大利Iyal公司、Instalmec公司，德國L.o.dige公司，瑞士GTZesor公司以及加拿大Coil公司等為代表，形成了專業(yè)化和集成化的發(fā)展趨勢，其技術產(chǎn)品配套德國Siempelkamp、Dieffenbacher，芬蘭Measo等刨花板機械制造公司，在國際市場上占據(jù)主導地位，在生產(chǎn)總值、出口量、產(chǎn)品的技術水平及擁有國際專利數(shù)量方面居領先地位[7]。意大利Iyal公司以環(huán)式拌膠機見長，主要產(chǎn)品有IPV、IPL和IP9000三大系列及其衍生產(chǎn)品，通過調(diào)整主軸轉速、改善噴膠方式、控制拌膠時間等，進一步提高刨花和膠黏劑混合的質(zhì)量。Instalmec公司用于芯層的RI系列環(huán)式拌膠機，通過增加進料螺旋裝置，改善了膠黏劑的分布。瑞士GTZesor公司主要生產(chǎn)雙軸拌膠機，通過雙軸相互混合攪拌，提高了膠黏劑在刨花表面的分布均勻程度。加拿大Coil公司主要生產(chǎn)用于定向刨花板的滾筒式拌膠機，其獨特的離心霧化施膠方式，再次減少了橡膠的用量。美國T.S.Malove發(fā)明的立式拌膠機和德國R.lodige發(fā)明的立式拌膠機[8]。與歐美國家相比，我國的刨花板調(diào)供膠系統(tǒng)有著較大的差距。作為控制核心的PLC、高精度的流量計等一些控制元器件主要依靠進口，而且系統(tǒng)的整體精度也沒有國外先進的系統(tǒng)高。由于缺乏基礎理論研究，對刨花板施膠工藝研究不夠透徹，所以很難建立一個符合實際的精確數(shù)學模型。調(diào)供膠系統(tǒng)的控制效果很難保證所期望的性能要求。因此，自動化程度略低于國外的控制系統(tǒng)。特殊膠合劑是指芯片不需要混合成某種特殊膠合劑的東西。主要有兩種新的膠水混合方法:一種是同時將膠水混合與芯片輸送過程結合，即在管道輸送片上組織多個噴嘴進行膠水應用。這種方法可以簡化芯片的生產(chǎn)過程，節(jié)約特種膠水攪拌設備，節(jié)約勞動力，降低生產(chǎn)成本；另一種是帳篷式膠水噴霧，即一種專用裝置，用于不斷降低木屑形成木片的帳篷型。在帳篷兩側布置噴嘴，以便將膠水霧化并噴灑到木屑表面[9]。國內(nèi)研究現(xiàn)狀：國內(nèi)現(xiàn)有定向結構板生產(chǎn)線受市場發(fā)育不完善的影響,在設備和工藝研究方面都還不成規(guī)模。隨著刨花板生產(chǎn)工藝和技術水平的不斷完善與改進，刨花板施膠拌膠技術也發(fā)生了很大的變化。早期刨花板的施膠拌膠全憑人工進行，工人勞動強度很大，而且拌膠不均勻，嚴重影響了刨花板的質(zhì)量。近年來，由于國外先進技術的引進，不僅刨花板的質(zhì)量有了很大提高，而且生產(chǎn)線也實現(xiàn)全自動化控制。施膠拌膠作為刨花板生產(chǎn)中重要的一環(huán)，其自動化水平和控制精度也得到了大幅提升。經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國刨花拌膠機技術從初期引進設備，發(fā)展到消化吸收、自主創(chuàng)新，刨花拌膠技術的應用技術有了很大的進步，出現(xiàn)了一批技術比較先進、產(chǎn)品具有一定競爭力的科研單位和制造企業(yè)[10]。1979—1981年昆明人造板機器廠研制拌膠機，1981年12月我國第1臺高速拌膠機在昆明人造板機器廠通過中國林機公司驗收。此后，國家林業(yè)局北京林業(yè)機械研究所、哈爾濱凌志機電技術有限責任公司等科研院所、生產(chǎn)企業(yè)在刨花與膠黏劑混合攪拌方面做了大量研究工作，開發(fā)了不同種類刨花板的專用拌膠設備，滿足了裝備年產(chǎn)1.5萬～10萬m3刨花板生產(chǎn)線的需求[11]。近年來，隨著刨花板原料種類和結構用途的拓展，對刨花拌膠機提出了更高的要求。一方面隨著環(huán)保意識的增強和膠黏劑成本的增加，刨花施膠技術與工藝設備成為刨花板生產(chǎn)節(jié)能降耗的關鍵環(huán)節(jié)，刨花拌膠機不僅要考慮刨花的種類、含水率、刨花板用途等工藝因素，同時還要考慮刨花計量、膠黏劑計量、施膠方法和混合攪拌等方面的綜合影響；另一方面隨著原料種類的多種類化，要綜合考慮枯木、農(nóng)作物、灌木、竹林、秸稈等多種可循環(huán)利用資源的材料性能和攪拌方法，防止刨花破碎，提高施膠均勻性，減少施膠量，需要研究開發(fā)新型的施膠工藝和拌膠技術裝備[12]。目前，較為先進的調(diào)供膠控制系統(tǒng)均采用PLC和工業(yè)計算機網(wǎng)絡進行控制。供膠精度除了與控制系統(tǒng)有關外，還與刨花和膠液的流量計量密切相關。需要提高我國的PLC和工控機的應用程度來完成我國的現(xiàn)代化進程，追趕上國外的技術水平。50年代末，中國開始生產(chǎn)刨花板。早年，由于諸多因素的影響和制約，中國刨花板產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展緩慢，人造板產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。70年代末，中國開始關注人造板，30年前引進了一條較為先進的生產(chǎn)線。在當時比較先進的德國，有1000立方米。此后，全國每年建設十幾條立方米的人造板輪作生產(chǎn)線。但是，我國的刨花板生產(chǎn)線的工藝流程以及設備的制造技術水平仍然沒有超越德國進口的技術。20世紀末，雖然我國的刨花板生產(chǎn)工藝和技術水平很低，但是，由于政策的傾斜，廉價的人力資源等因素，刨花板產(chǎn)業(yè)的利潤較大，生產(chǎn)線也是全國遍地開花，產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃發(fā)展[13]。1.4章節(jié)安排本次的畢業(yè)設計的章節(jié)安排如下，首先，第一章主要介紹本次畢業(yè)設計的課題的來源，研究本課題的現(xiàn)實意義以及目前國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，第二章主要介紹了本次畢業(yè)設計，即拌膠機控制系統(tǒng)的工藝過程，基本原理，結構框圖和技術指標等，為后期的硬件和軟件設計埋下了工藝基礎，為下面撰寫論文打下基礎，第三章就是本次設計的總體方案進行論證，控制器和工藝的論證，PID控制算法。第四章介紹了系統(tǒng)的硬件設計，包括控制器的選擇，即PLC的選型，PLC的I/O點分配，傳感器的選擇與設計，執(zhí)行器的選擇與設計，明確了本次設計各部件的工作原理和設計電路，為以后的軟件設計奠定基礎。第五章就是系統(tǒng)的軟件設計，包括了梯形圖的編程軟件，并編寫了本次設計的程序梯形圖，此外，還介紹了組態(tài)軟件MCGS，并繪制了攪拌機PLC控制系統(tǒng)的組態(tài)圖，完成了本次設計的軟件設計。第二章攪拌機控制系統(tǒng)工藝原理2.1定向刨花板生產(chǎn)工藝基本概念刨花板(也稱為“實木顆粒板”)是一種人工板，通過將木材和其他原料切割成特定規(guī)格的碎片、干燥、與粘合劑、固化劑和密封劑混合，并按一定溫度制作而成。由于刨花板結構相對均勻，處理能力好，如有必要，可改造成大型板材，是生產(chǎn)各種規(guī)格和風格家具的較好原料。成品顆粒板無需再干燥，可直接使用，具有良好的吸聲性能和隔聲性能。但它也有其固有的缺點，因為邊緣粗糙且容易吸收水分，因此家具邊緣密封工藝對顆粒板尤為重要。此外，由于顆粒板密度高，他的重量也比其他板重。普通顆粒板是一種由小木材、分支木材、木材加工殘渣、農(nóng)作物的秸稈和其他原料制成的木屑、干燥、鋪平、澆筑、熱壓等工作流程。該產(chǎn)品可用于家具、建筑、包裝、汽車室內(nèi)裝飾、裝飾粒子板等二次處理后可用于裝飾刨花板[14]。施膠機具有如下主要特點：1、采用螺旋進料，保證先進料先施膠，后進料后施膠，避免有些刨花重復施膠。2、改進了冷卻系統(tǒng)，上、下殼體和中軸無不流動死角，冷卻均勻。3、低速攪拌，不使刨花破損。改進了注膠位置和方式，保證施膠均勻。下圖2.1為工廠內(nèi)施膠機。圖2.1施膠機拌膠機對比傳統(tǒng)拌膠系統(tǒng)特點：1、樹脂消耗量減少5～8%。2、對比前一代攪拌機有更好的板子技術性能。3、穩(wěn)定的技術指標。4、一周清理一次攪拌機。5、減少邊緣速度使得機器磨損減少50%。6、幾乎不因為混合而破幻刨花形態(tài)。下圖為生產(chǎn)線內(nèi)拌膠機。圖2.2拌膠機2.2拌膠機系統(tǒng)工藝結構圖2.3為拌膠系統(tǒng)的工藝流程圖圖2.3工藝流程圖生產(chǎn)線上的原料被切割、篩選后送到貯存料倉上。木屑由承運人送至碎木機制備刨花，而制備的木屑則由承運人送至濕木屑，以允許過度保存。干燥的木屑被送至一種干燥的木屑由載體干燥，干燥的木屑被送至干燥的木屑層，由載體過量貯存，過大的木屑被送至干燥的木屑表面層，鋸條為例外。表面干燥木屑由載體和木屑混合，然后送至粘結劑攪拌器；與此同時，工藝所需的粘結劑通過膠調(diào)整和供應區(qū)送到粘結劑攪拌器；并且木屑和粘結劑溶液完全由淺芯混合機混合，得到均勻混合的效果和完整的粘結劑應用[15]。加入粘結劑后，由帶式輸送機將刨花輸送到機械分級鋪裝機中，機械分級鋪裝機用于均勻分布層壓板。產(chǎn)生的胚子是通過永磁除鐵器、壓機、縱向磨邊機、橫截鋸、加速運輸器、運輸承重板、存儲輸送器、傳送帶等方法引導到充電器的加載籠中的。板件由裝載架引導至多層熱壓機，而裝載車的載體將多層熱壓機的原料壓在裝載機上。剩馀的布料零件由卸料機引導至冷卻板，并由冷卻器進行冷卻。冷卻器中冷卻后的板從冷卻板運行運輸?shù)綑M機，最后從干燥板運行運輸?shù)缴嫡?。后處理包括板材料的冷卻、切割邊、砂光、檢測、分類、修復等過程。2.3拌膠機攪拌系統(tǒng)的工作過程1、備料工段生產(chǎn)線上的原料被切割、篩選后送到貯存料倉上。木屑由承運人送至碎木機制備刨花，而制備的木屑則由承運人送至濕木屑，以允許過度保存。。2、干燥分選打磨工段濕刨花經(jīng)運輸機送到轉子式刨花干燥機進行干燥，經(jīng)過干燥的刨花通過刨花分選(篩選)合格的芯層干刨花經(jīng)運輸機被送往芯層干刨花料倉過渡儲存。過大的刨花經(jīng)打磨機打磨后被送往表層干創(chuàng)花料倉過渡儲存。3、調(diào)膠樹膠施膠工段合格的表芯層干刨花經(jīng)運輸機、刨花計量料倉分別計量后送到拌膠機中，同時調(diào)供膠工段將工藝所要求的膠液送到拌膠機中，刨花和膠液在表芯層拌膠機的充分攪拌下，達到均勻混合充分施膠的效果。4、鋪裝熱壓成型工段(年產(chǎn)3萬以上生產(chǎn)線)施膠后的刨花經(jīng)皮帶運輸機送至機械分級鋪裝機，由機械分級鋪裝機組鋪裝出均勻平整的板坯。板坯經(jīng)永磁除鐵器、預壓機、縱向鋸邊機、橫截鋸、加速運輸機、稱重運輸機和儲存運輸機、裝板運輸機等工序送到裝板機的裝機吊籠中，由裝機吊籠將板坯送到多層熱壓機中進行熱壓成型，經(jīng)多層熱壓機熱壓成型的毛板同時由裝板小車托盤推到卸板機中。5、后處理工段停留在卸板機中的毛板經(jīng)卸板運輸機送至冷卻進板運輸機，由冷卻進板運輸機送到?jīng)霭鍣C中進行冷卻。在涼板機中停留(冷卻)后的毛板由冷卻出板運輸機送到縱橫裁邊截斷機進行裁邊分割，最后經(jīng)干板運輸機運至升降臺堆垛停留存。6、后期加工主要包括對從熱壓機中取出的板材進行冷卻、裁邊、砂光、檢驗、分等、修補等加工。冷卻處理可在封閉的裝置內(nèi)采用強制通風的方法，也可用自然通風冷卻。目前常用的冷卻設備是星形冷卻器。裁邊就是將毛邊板鋸成符合尺寸要求的成品，使用的設備多為縱橫聯(lián)合鋸邊機。砂光能夠增加板的均勻厚度，消除板面缺陷，使板面光潔，便于使用和進行表面裝飾。目前多用寬帶式砂光機進行砂光處理。砂光后的板材經(jīng)過分揀、檢驗，對裂縫、鼓泡等缺陷進行修補后，就可送入成品倉庫。刨花由螺旋給料機供給，壓力傳感器檢測刨花量。膠由膠泵抽給，用電磁流量計檢測膠流量;刨花和膠要按一定的比率送到攪拌機內(nèi)攪拌，然后將混料供給下一道工序蒸壓成型。2.4拌膠機控制系統(tǒng)的技術指標和研究內(nèi)容課題內(nèi)容概述：上位機采用德國西門子公司S7-300系列PLC進行設計,下位機監(jiān)控程序采用組態(tài)軟件進行開發(fā)，針對拌膠工藝過程，查閱相關文獻資料，討論并論證拌膠機PLC控制系統(tǒng)的總體設計方案，完成整個控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計，實現(xiàn)了拌膠機的全自動控制。主要技術指標：1、通過手動和自動方式對拌膠機進行控制，并具有上位機與下位機雙重控制的功能。2、復雜工作過程的順序控制。3、上位機組態(tài)畫面實時監(jiān)控。2.5本章小結本章主要介紹了拌膠機攪拌的原理，工作過程，工藝流程等，明確本次設計的技術指標和主要內(nèi)容。接下來按照這個工藝有條理的完成論文和畢業(yè)設計的撰寫。第三章拌膠機系統(tǒng)總體方案論證3.1控制器論證與選擇PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的，具有很高的抗干擾性和可靠性，是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程[17]。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計[18]。PLC的特點：1、可靠性高，抗干擾能力強PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。2、硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅(qū)動-般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3、易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。4、系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序-般采用順序控制設計法。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品;種、小批量的生產(chǎn)場合。5、體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機的比較：1、PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別:前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“軟件”，后者用“硬件”。繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸電的串聯(lián)或者并聯(lián)及延時繼電器的之后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是一程序方式存儲在內(nèi)存中的，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，稱軟接線。此外，PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和現(xiàn)實功能。PLC或者外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC.上的發(fā)光二極管或者編程器提供的住處迅速的查明故障原因，用更換模塊的方法可以迅速的排除故障。圖3.1所示為臺達PLC，圖3.2為繼電器2、PLC與微機區(qū)別:前者工作方式是“循環(huán)掃描”。后者工作方式是“待命或中斷”的方式。此外，相比于微機，PLC有良好的使用性能，方便改寫，有通信，開關量，數(shù)字量，控制模擬量等圖3.1PLC圖3.2繼電器PLC與工控機的比較：工控機與PLC的區(qū)別并不在于長得什么樣子，也不在于使用的工作環(huán)境，而在于它們的功能。它就發(fā)展來說，它們來自不同的途徑，PLC來源以繼電器為特征的電氣邏輯控制，工控機來源于計算機[19]。早期PLC只能用于進行邏輯運算，現(xiàn)在功能越來越強大了，但總體來說，還是適合于進行以順序控制為主的自動化工程中，如流程工業(yè)。工控機(Industrial

Personal

Computer—IPC)是一種加固的增強型個人計算機。工控機是一種采用總線結構，對生產(chǎn)過程及機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的工具總稱。工控機具有重要的計算機屬性和特征，如具有計算機CPU、硬盤、內(nèi)存、外設及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡和協(xié)議、計算能力、友好的人機界面[20]。工控機作為控制設備，主用于以過程控制為主的自動化工程，如化工工業(yè)。工控機作為上位機人界面，認為只相當一臺PC,與控制功能沒什么關系。下圖3.3為工控機。圖3.3工控機西門子與三菱、歐姆龍的比較：三菱PLC是一種集成型小型單元式PLC.具有擴展輸入輸出,模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴展性且具有完整的性能和通訊功能等擴展性。如果考慮安裝空間和成本是一種理想的選擇。其主要特點為:1、編程語言在FX系列可編程控制器中，除基本的指令表變成方式外，還可以采用在圖形畫面上進行階梯符號作圖的梯形圖編程方式,以及對應機械動作流程進行順控設計的SFC(順序功能圖)方式，而且，這些程序可以相互轉換2、高速處理三菱系列PLC可以實現(xiàn)高速處理,FX系列可編程控制器內(nèi)置的高速計數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高速脈沖進行中斷處理，因此與掃描時間無關，可以進行高達60kHz/h的高速脈沖3、FX的PLC支持順序控制可編程控制器的掃描周期是恒定模式,采用次模式可以以固定的周期處理和運算同步執(zhí)行的指令。在設備不停機的情況下也可以對運行過程中的程序進行改變的功能西門子SIAMTIC模塊化控制器有著很大的優(yōu)勢,它可以即買即用，長期兼容性和可用性，可以在惡劣環(huán)境下工作，模塊還可以擴展和升級。西門子的產(chǎn)品十分的抗震動，通過集中式和分布式I/O控制。S7-200它適用于一系列機械設備的制造或用作獨立的解決方案，微型自動化系統(tǒng)的組成部分，STEP7Micro/WIN工程組態(tài)軟件應用于它，應用于性能要求較低的自動化任務[20]。它是低成本的微型系統(tǒng)。西門子PLC現(xiàn)在不僅全面使用16位、32位高性能微處理器，高性能位片式微處理器，RISC(reducedinstructionsetcomputer)精簡指令系統(tǒng)CPU等，而且在一-臺PLC中配置多個微處理器，進行多通道處理，同時生產(chǎn)了大量內(nèi)含微處理器的智能模塊，使得第四代PLC產(chǎn)品成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的真正名符其實的多功能控制器[21]。下圖3.3為西門子S7-200系列plc。圖3.4西門子S7-200系列PLC歐姆龍PLC包括微型機，中型機，大中型機三種。CPM1A微型機屬于結構緊湊、成本較低的PLC，在CPU單元中裝配了10-40點的輸入輸出端子，為一體化組建型的plc。增加了實現(xiàn)平穩(wěn)輸入輸出動作的輸入濾波器功能、外部輸入中斷功能、快速響應輸入功能、高速計數(shù)器功能，模擬設定定時器功能等采用快速山村，無電池的內(nèi)存支持得以實現(xiàn)，維護簡單化[22]。下圖3.4為歐姆龍PLC，其的特點有:1、更快的響應和轉速與U系列型號相比，W系列AC伺服電機和伺服驅(qū)動器提供了400Hz的高頻響應(U系列為250Hz)。而月且3000-r/min伺服電機最高轉速可達5000t/min,而U系列最高轉速為4500r/min,因此W系列的定位更快速2、選擇范圍更大除3000/min(30W-5kW)伺服電機以外，W系列生產(chǎn)線還提供1000r/min(300W-5.5kW)型號以及1500/min(450W-15kW)型號供用戶選擇。它們是高轉矩應用的理想產(chǎn)品。3000/min型號中還包括扁平型(100W-15kW)伺服電機，適用于在有限空間內(nèi)安裝的應用3、內(nèi)部再生能量處理除了使用再生電阻的內(nèi)置再生能量處理功能以外，還可以連接外部再生電阻，使W系列產(chǎn)品可用于縱軸上具有高再生能量的應用中4、在線自動調(diào)整正常運行時期間可以進行自動調(diào)整，不必切換至特殊自動調(diào)整模式，就可輕松正確地設置增益圖3.5歐姆龍PLC通過上述PLC和微機、繼電器、工控機和西門子與三菱、歐姆龍的比較可以發(fā)現(xiàn)西門子系列的PLC有相當突出的優(yōu)勢，非常適合用于做本次城市污水處理設計的控制核心，因此，考慮各方面的的因素，選用西門子S7-300來實現(xiàn)本次設計用。3.2工藝論證刨花板（又有“實木顆粒板”等稱謂）是將木材等原材料切削成一定規(guī)格的碎片，經(jīng)過干燥，拌以膠粘劑、硬化劑、防水劑，在一定的溫度下壓制而成的一種人造板材[23]。制成品刨花板不需要再次干燥，可以直接使用，吸音和隔音性能也很好。但它也有其固有的缺點，因為邊緣粗糙，容易吸濕，所以用刨花板制作的家具封邊工藝就顯得特別重要。另外由于刨花板容積較大，用它制作的家具，相對于其他板材來說，也比較重。按壓制方法分為擠壓、平壓和滾壓等刨花板[24]：擠壓法。將干燥的碎料噴上一定量的膠粉劑、添加劑，從加熱沖模中基礎連續(xù)的板帶?？缮a(chǎn)0.55-0.65g/cm口的實心板和容重0.25-0.4g/cm口的空心板。板的厚度10-75mm，空心板的最小厚度為22mm。其縱向抗彎強度較低，一般需要貼面以增加強度。平壓法。將施膠的碎料板胚，送入熱壓機的平行熱壓板之間，受垂直板面的壓力而制成，可生產(chǎn)單層、三層和芯材疏松的板材。其橫縱方向強度都較高。滾壓法。用滾壓機壓成厚度為1.6-8mm的薄型刨花板。刨花板分類：根據(jù)用途分：A類刨花板；B類刨花板根據(jù)刨花板結構分：單層結構刨花板；三層結構刨花板；漸變結構刨花板；定向刨花板；華夫刨花板；模壓刨花板。根據(jù)制造方法分：平壓刨花板；擠壓刨花板。按所使用的原料分：木材刨花板；甘蔗渣刨花板；亞麻屑刨花板；棉稈刨花板；竹材刨花板等；水泥刨花板；石膏刨花板。根據(jù)表面狀況分：1、未飾面刨花板：砂光刨花板；未砂光刨花板。2、飾面刨花板：浸漬紙飾面刨花板；裝飾層壓板飾面刨花板；單板飾面刨花板；表面涂飾刨花板；PVC飾面刨花板等。圖3.6為打磨過用于裝飾的刨花板。圖3.6用于裝飾的刨花板熱壓是刨花板生產(chǎn)一個關鍵性工序，所起作用是使板坯中膠料固化，并將松散的板坯經(jīng)加壓后固結成規(guī)定厚度的板材。其工藝要求為：1、適當?shù)暮?。表層含水率?8～20%時有利于抗彎強度、抗拉強度和表面光潔度的提高，減少卸壓時板坯鼓泡分層的可能。芯層含水率應適當?shù)陀诒韺?，以保持適當?shù)钠矫婵估瓘姸取?、適當?shù)臒釅簤毫Α毫δ苡绊懪倩ㄖg接觸面積、板材厚度偏差和刨花之間膠料轉移程度。按照產(chǎn)品不同密度要求，熱壓壓力一般1.2～1.4兆帕。3、適當?shù)臏囟?。溫度過高不僅會使脲醛樹脂分解，也會造成升溫時板坯局部提前固化而產(chǎn)生廢品。4、適當?shù)募訅簳r間。時間過短，則中層樹脂不能充分固化，成品在厚度方向的彈性恢復加大，平面抗拉強度顯著降低。熱壓后的刨花板應經(jīng)一段時期的調(diào)濕處理使其含水率達平衡狀態(tài)，然后鋸裁砂光，檢驗包裝。但卸壓后不能熱態(tài)堆疊，否則將增加板材脆性[25]。模壓技術系指一次操作即形成產(chǎn)品的技術。成熟的工藝有3種。熱模法可以少用膠料或不用膠料,靠木質(zhì)素在封閉熱模中活化流動而起膠合作用,但需冷卻脫模,熱量消耗大，生產(chǎn)率低，已逐漸淘汰。箱體成型法是用特殊壓機加壓,一次加壓制成產(chǎn)品,用于制造包裝箱。熱壓成型法主要制造家具配件、室內(nèi)裝修配件及托板等產(chǎn)品，膠粘劑以脲醛樹脂為主，制品表面用單板或樹脂浸漬紙復貼，一次成型。此外，還有在已制成的刨花板表面，或未經(jīng)熱壓的成型板坯上用模板加壓，以制成浮雕圖案的平面模壓法等。3.3PID控制算法在過程控制中，按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進行控制的PID控制器(亦稱PID調(diào)節(jié)器)是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點:而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象一“--階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制器是--種最優(yōu)控制[26]。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結構改變靈活(PI、PD、PID)因此在控制理論和技術飛躍發(fā)展的今天，在工業(yè)控制領域仍具有強大的生命力。常規(guī)的PID控制器的輸入輸出關系式為：(3.1)式中，Un:控制器的輸出;En:控制器偏差輸入;ECn:系統(tǒng)誤差變化率;Kp:比例增益;Ki:積分增益;Kd:微分增益。比例增益Kp使控制器的輸入輸出成對應比例關系。一旦輸入輸出有偏差，比例作用會立即產(chǎn)生控制作用，比例控制是用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)增益的，它是基于偏差進行調(diào)節(jié)的，是有差調(diào)節(jié)。為了盡量減小偏差，同時也為了加快系統(tǒng)的響應速度，縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，需要增大Kp值。但是因為Kp值又受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，所以Kp值不能任意的增大。積分作用Ki是為了消除靜差而引入的。然而，Ki值的引入使得系統(tǒng)的響應的快速性下降，穩(wěn)定性變差。尤其在系統(tǒng)出現(xiàn)大偏差階段時，積分往往使得系統(tǒng)的響應出現(xiàn)過大的超調(diào)，從而使調(diào)節(jié)時間變長。微分作用Kt的作用.使之能夠根據(jù)偏差變化的趨勢作出反應，它加快了對偏差變化的反應速度，能夠有效地減小超調(diào)，縮小最大動態(tài)偏差。但是，同時又會使系統(tǒng)容易受到高頻干擾的影響[27]。在實際的系統(tǒng)設計中只有合理地整定上述三個參數(shù)，才能獲得比較滿意的控制性能。在增量式算法中，比例項與積分項的符號有以下關系:如果被控量繼續(xù)偏離給定值，則這兩項符號相同，而當被控量向給定值方向變化時，則這兩項的符號相反。由于這一性質(zhì)，當被控量接近給定值的時候，反號的比例作用阻礙了積分作用，因而避免了積分超調(diào)以及隨之帶來的振蕩,這顯然是有利于控制的。但如果被控量遠未接近給定值，僅剛開始向給定值變化時，由于比例和積分反向,將會減慢控制過程。為了加快開始的動態(tài)過程，我們可以設定一一個偏差范圍v,當偏差|e(t)|時，即被控量接近給定值時，就按正常規(guī)律調(diào)節(jié)，而當1et)>=B時，則不管比例作用為正或為負，都使它向有利于接近給定值的方向調(diào)整，即取其值為|e(t)-e(t-1)|，其符號與積分項一致。利用這樣的算法，可以加快控制的動態(tài)過程。在拌膠機的自動控制中，為了使系統(tǒng)的進料和施膠環(huán)節(jié)能夠連續(xù)的工作，必須加上PID控制算法，是系統(tǒng)能夠閉環(huán)，實現(xiàn)所設計的拌膠機PLC控制系統(tǒng)能夠連續(xù)的工作，實現(xiàn)拌膠機的連續(xù)工作。3.4本章小結本章主要是系統(tǒng)總體方案的論證，介紹了PLC的工作原理，以及控制器的確定，并介紹了控制器的工作原理，以及相關電機，流量計以及泵的對比討論和選擇，為拌膠機PLC控制系統(tǒng)的設計奠定基礎。第四章拌膠機PLC控制系統(tǒng)硬件設計4.1控制器4.1.1控制器的選擇和設計由于整個系統(tǒng)涉及的基本上是開關量，并且數(shù)量不多，攪拌機控制系統(tǒng)的按扭輸入信號有3個，其中用于啟動、停止、隨動選擇的4個比例開關為開關量信號，數(shù)字開關量12個指示燈。6個模擬信號,刨花設定、壓力傳感器、膠設定、流量計信號4個為模擬輸入量信號;用于驅(qū)動可控硅調(diào)速裝置及螺旋給料機驅(qū)動器，均為2個模擬量輸出信號。所以用了西門子S7-300系列PLCCPU226AC/DC/繼電器(圖4.1)作為控制器，并配置了數(shù)字量輸入/輸出模塊作為擴展模塊。圖4.1CPU226接線圖CPU226在拌膠機PLC控制系統(tǒng)設計中需要有模擬量輸入和PID閉環(huán)控制，因此需要在PLC的上外接模擬量輸入/輸出模塊，西門子公司專門為S7—300系列PLC配置了模擬量輸入輸出模塊EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅(qū)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求，因此。采用模擬量輸入輸出模塊EM235來實現(xiàn)模擬量的輸入和處理的功能。由于本次拌膠機PLC控制系統(tǒng)設計中CPU226的I/O口正好夠用。因此，不需要外擴輸入輸出口模塊EM223輸入/輸出混合擴展模塊就可以滿足控制系統(tǒng)的I/O需求。最佳適應性：可適用于復雜的控制場合直接與傳感器和執(zhí)行器相連：12位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連例如EM23模塊可直接與PT100熱電阻相連靈活性：當實際應用變化時PLC可以相應地進行擴展并可非常容易的調(diào)整用戶程序模擬量擴展模塊的功耗為2W，它有4路模擬量輸入和2路模擬量輸出。模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能優(yōu)點如下：模擬量擴展模塊EM235的接線圖如圖4.1所示。圖4.2EM235接線圖4.1.2PLC的I/O點資源配置(1)根據(jù)I/O信號的數(shù)量、類型以及控制要求，選擇CPU-226主機，4通道模擬量輸入/2通道模擬量輸出通道，滿足控制要求。所以用了西門子S7-300系列PLCCPU-226作為控制器，并配置了模擬量輸入/輸出模塊作為拓展模塊，詳細的地址定義如表4.1和表4.2。表4.1攪拌機系統(tǒng)設計的PLC數(shù)字量輸入/輸出統(tǒng)計輸出地址輸出設備符號Q0.0變頻器1線圈KA1Q0.1變頻器2線圈KA2Q0.2給料機線圈KM1Q0.3膠泵線圈KM3Q0.4攪拌機線圈KM5Q0.5啟動標志顯示燈L1Q0.6停止標志顯示燈L2輸入地址輸入設備符號I0.0啟動按鈕S1I0.1停止按鈕S2表4.2攪拌機系統(tǒng)設計的PLC模擬量輸入/輸出統(tǒng)計名稱地址輸入/輸出刨花設定PAIW300輸入膠設定PIW302輸入流量計PIW304輸入壓力計PIW306輸入電動執(zhí)行器1PQW304輸出電動執(zhí)行器2PQW306輸出CPU-226特點:本機集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展值至168路數(shù)字量I/O點或38路模擬量I/O點。4.2控制系統(tǒng)的儀表選用儀器名稱特點EJA110A差壓變送器用于測量液體、氣體和蒸汽的液位、密度和壓力，然后將其轉變成4-20mADC的電流信號輸出。EJA110A也可以通過BRAIN手操器或CENTUMCS/UXL或HART275手操器相互通訊，通過它們進行設定和監(jiān)控等[28]。測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響低頻或多頻方波勵磁、功耗小、零點穩(wěn)定、低流速特性優(yōu)越可雙向測量，具有雙向電流，雙向脈沖。圖4.3為EJA110A差壓變送器E-mag電磁流量計多種流量顯示、空管檢測、過程自動診斷；抗干擾性強，EMC(電磁兼容性)指標符合BS6667及EN50081-1標準；使用壽命長，無故障運行時間20000小時；防護等級可達IP68，水下沉浸10米；多種通訊方式，通訊接口配置有RS232、RS485、HART、ProfibusDP和ProfibusPA[29]。圖4.4為E-mag電磁流量計圖4.3差壓變送器圖4.4E-mag電磁流量計流量計在攪拌機控制系統(tǒng)的選用；流量計的選用，攪拌機控制系統(tǒng)主要測量膠的流量。攪拌機用的膠屬于腐蝕性介質(zhì)，屬于粘稠液體。所以選擇了電磁流量計。壓力傳感器在攪拌機控制系統(tǒng)的選用；壓力傳感器的選用，攪拌機控制系統(tǒng)主要測量刨花的重量。用壓力問接的測量刨花的重量。所以選用差壓變送器。變頻器在液體攪拌機上的應用；攪拌機的配置及運用；攪拌機械在設計時均是按使用工況的要求考慮一定余量的，而攪拌機在實際使用過程中，則不一定要在最大轉速下工作，有很多時間都可以工作在非滿載狀態(tài);傳統(tǒng)的攪拌機通常不進行調(diào)節(jié)或采用機械方式調(diào)速;機械方式調(diào)速會增大攪拌機的損耗，同時會使攪拌機工作在波動狀態(tài)，也使攪拌機設備工作在“大馬拉小車”的狀態(tài)，很不經(jīng)濟[30]。攪拌機變頻方案：根據(jù)攪拌機配置及運行轉矩大的特點，通常是在攪拌機上加裝設一套范用型的變頻器調(diào)速裝置;保留攪拌機原工頻系統(tǒng),并與攪拌機的變頻系統(tǒng)互為備用可相互切換使用，工頻與變頻之間設聯(lián)鎖。攪拌機變頻調(diào)速裝置的功能及優(yōu)點:(1)攪拌機變頻節(jié)能裝置為開環(huán)調(diào)節(jié)(2)軟啟動方式可減小啟動沖擊電流(3)變頻器帶有智能保護，故障時可自動停機(4)可根據(jù)不同的工藝采用不同的轉速(5)通過變頻調(diào)速實現(xiàn)節(jié)能:因為攪拌機的電動機在變頻調(diào)速方式下運行時的功率與其轉速的特性與泵類負載相似，即其運行功率與其轉速(頻率)的三次方成正比，粘度高的該比例會有所下降(一般會介于二次方與三次方之間)。故使用變頻器方式調(diào)速時還會獲得很可觀的節(jié)電率圖4.5為MM440變頻器。圖4.5MM440變頻器4.3主電路設計圖4.6中用到3個電機，其中2個變頻、一個工頻，分別是給料機、膠泵以及攪拌機。給料機和膠泵分別接入一個MM440變頻器，在手動控制時還分別接入熱繼保證電路的安全性，自動控制的情況下變頻器就已經(jīng)起到了熱繼的作用，所以不需要在另外接入。三個電機分別連接空氣開關和地線?？刂齐娐酚善渲幸桓鹁€和和零線引出。圖4.6主電路接線圖4.4控制電路設計圖4.7手/自動電路切換控制電路中分為手動電路和自動電路，手動電路部分由啟動和停止按鈕來控制電動機，自鎖電路保證電機持續(xù)工作，自動部分由PLC控制，手/自動轉換由一個單刀雙擲開關來選擇控制模式，總線上接入一個急停按鈕。如下圖4.7所示。PLC部分由CPU226和EM235組成，CPU輸入部分有啟動按鈕和停止按鈕，輸出部分有2個變頻器的線圈、3個電機的線圈以及啟動停止指示燈。EM235部分接入流量傳感器和壓力傳感器。如圖4.8所示。圖4.8PLC控制電路4.5本章小結本章介紹了系統(tǒng)的硬件設計，包括控制器的選擇，即PLC的選型，PLC的I/O點分配，傳感器的選擇與設計，執(zhí)行器的選擇與設計，明確了本次設計各部件的工作原理和設計電路，為以后的軟件設計奠定基礎。第五章攪拌控制系統(tǒng)軟件設計5.1可編程控制器在模擬量閉環(huán)控制中的應用在工業(yè)生產(chǎn)中，用閉環(huán)控制方式來控制溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，無論是使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)還是使用計算機(包括可編程序控制器)的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制(即比例積分微分控制)都得到了廣泛的應用，這是因為PID控制有以下的優(yōu)點:1、不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。至今為止，由于非線性和時變性，很難求出許多業(yè)控制對象準確的數(shù)學模型，因為不能使用自動控制理論中的設計方法。對于這一類系統(tǒng)，使用PID控制可以得到比較滿意的效果。2、PID控制器的結構典型，程序設計簡單，易于實現(xiàn)，參數(shù)調(diào)整方便。3、有較強的靈活性和適應性，根據(jù)對象的具體情況，可以采用各種PID控制的變種和改進的控制方式，如PI、PD、帶死區(qū)的PID、積分分離PID、變速積分PID等。隨著智能控制技術的發(fā)展，PID控制與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等現(xiàn)代控制方法相結合，可以實現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制器具有經(jīng)久不衰的生命力[31]。用可編程控制器對模擬量進行PID控制時，可采用以下幾種方法:1、使用PID過程控制模塊這種模塊的PID控制程序是可編程序控制器生產(chǎn)廠家設計的，并存放在模塊中，用戶在使用時只需設置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。但是這種模塊的價格昂貴，一般在大型控制系統(tǒng)中使用。2、用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制,有的可編程序控制器沒有PID過程控制模塊和PID控制用的功能指令,有時雖然可以使用PID控制指令，但是希望采用某種改進的PID控制算法。在上述情況下，都需要用戶自已編制PID控制程序。5.1.1PID控制器的數(shù)字化典型的PID模擬控制系統(tǒng)如圖(5.1)所示。圖中sp(t)是給定值，pv(t)為反饋量，c(t)為系統(tǒng)輸出量，PID控制器的輸入輸出關系式為：(5.1)即輸出=比例項+積分項+微分項+輸出的初始值，(5.1)式中，M(t)是控制器的輸出，誤差信號e(t)=sp(t)-pv(t)，Minitial是回路輸出的初始值，Kc是PID回路的增益，Ti和Td分別是積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)。式(5.1)中等號右邊前3項分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差的積分和微分成比。如果取其中的一項或兩項，可以組成P、PD或PI控制器。需要較好.的動態(tài)品質(zhì)和較高的穩(wěn)態(tài)精度時，可以選用PI控制方式;控制對象的慣性滯后較大時，應選擇PID控制方式。計算機模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖(5.2)所示，虛線部分在可編程控制器內(nèi)。圖中的sp(t)、pv(t)、e(t)、M(n)均為第n次采樣時的數(shù)字量，pv(t)、m(t)、c(t)為模擬量。假設采樣周期為Ts，系統(tǒng)開始運行的時間為t=0，用巨型積分來近似精確積分，用差分近似精確微分，將式(5.1)離散化，第次采樣時控制器的輸出為:(5.2)式中，e(n)是第n次采樣時的誤差值，e(n-1)是第

n-1次采樣時的誤差值，Kc、Ki和Kd分別是PID回路的增益、積分項的系數(shù)和微分項的系數(shù)。將式(5.2)

化簡為式，每一次計算只需要保存上一次的誤差e(n-1)和上一次的積分項MX:(5.3)CPU實際使用的改進型PID算法的算式為：(5.4)式中右邊3項依次是比例項、積分項和微分項。比例項：(5.5)式中的SPn和PVn分別是第n次采樣時的給定值和反饋值圖5.1模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖圖5.2計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖積分項積分項與誤差的累加和成正比，其計算公式為：(5.6)式中，Ts是采樣時間隔，Ti是積分時間常數(shù)，MX是前面所有積分項之和。每次計算出后，需要用它去更新MXn在第一-次計算時MXn的初值為控制器的初值Minitial。微分項微分項MD與誤差的變化率成正比，其計算式為:(5.7)為了避免給定值變化引起的微分部分的跳變，可另給定值不變(SPn=SPn-1)，微分項的算式變?yōu)椋?5.8)為了下一.次計算，必須保存過程變量PVn-1,而不是保存誤差。初始化時令PVn-1=PVn。在許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制類型。例如，可能只要求比例控制或比例與積分控制。通過設置參數(shù)可對回路控制類型進行選擇[32]。如果不需要積分作用，可將積分時間設為無窮大。因為有積分的初值MX，即使沒有積分運算，積分項得數(shù)值也可能不為零。如果不想要微分作用，可令微分時間為0.0。如果不想要比例作用，但是需要積分或需要積分和微分控制，應將回路增益設為0.0。因為回路增益是計算積分及微分項公式內(nèi)的系數(shù)，系統(tǒng)在計算積分項與微分項時，令回路增益Kc為1.0。5.1.2回路輸入輸出變量的轉化與標準化PID回路有兩個輸入量，既給定值(SP)與過程變量(PV)。給定值通常是固定的值，如如熱爐溫度的給定值。過程變量是經(jīng)A/D轉換和計算后得到被控量的實測值，如如熱爐溫度的測量值。給定值與過程變量都是現(xiàn)實世界的值，對于不同的系統(tǒng)，它們的大小，范圍與工程單位有很大的區(qū)別[33]。PID指令對這些量進行運算之前，必須將其轉化成標準化的浮點數(shù)(實數(shù))。5.1.3梯形圖程序

根據(jù)控制要求，I/O分配表，設計PLC梯形圖，如圖5.5所示。圖5.5拌膠機PLC控制系統(tǒng)設計梯形圖5.2組態(tài)軟件設計5.2.1組態(tài)軟件介紹MCGS是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統(tǒng)[34]。MCGS組態(tài)軟件包括三個版本：分別是網(wǎng)絡版、通用版和嵌入版。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能[35]。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。MCGS組態(tài)軟件五大組成部分：MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性[36]。主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調(diào)度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。設備窗口：是連接和驅(qū)動外部設備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備，注冊設備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設備用的數(shù)據(jù)變量。用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。實時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅(qū)動的對象。運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序（if…then腳本程序），選用各種功能構件，如：數(shù)據(jù)提取、定時器、配方操作、多媒體輸出等。5.2.2主畫面設計主畫面顯示了拌膠機工作的工藝流程。顯示畫面，給料機、膠泵以及攪拌機的工作狀態(tài)，撥動開關控制系統(tǒng)的啟動和停止。編輯畫面：首先進入畫面編輯環(huán)境，利用“插入元件”工具從元件庫中選擇所需要的進料斗、電動機、膠泵、傳送帶、傳感器、開關以及攪拌機等設備，調(diào)整大小及位置，然后保存。畫面完成后如圖5.4所示。圖5.4拌膠機控制系統(tǒng)組態(tài)畫面5.3總體流程設計圖5.3程序流程圖5.4本章小結本章介紹了梯形圖的編程軟件，并編寫了本次設計的程序梯形圖，此外，還介紹了組態(tài)軟件MCGS，并繪制了攪拌機PLC控制系統(tǒng)的組態(tài)圖，完成了本次設計的軟件設計?？偨Y本文設計的攪拌機控制系統(tǒng)具有拌膠均勻、施膠量低等功能和在生產(chǎn)線臨時停機時，可以避免膠的浪費的優(yōu)點。而且還具有刨花形態(tài)的質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，刨削體積刨花的單位能耗低，自動化程度高，操作維修方便，安全可靠性高等特點。

在PID的控制中，積分控制的特點是:只要還有余差存在，積分控制就逐漸增加控制作用，直到余差消失。微分控制的特點是:實際測量值比設定值低，但需要及早加以抑制。比例控制的反應快，穩(wěn)定性好，是最基本的控制作用。在本次設計中比例和積分放在一起使用，比例承擔主要的控制作用，積分幫助消除余差。微分只有在被控對象反應遲緩，需要在開始有所反應時，及早補償，才予以采用。

本文設計的攪拌控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的300系列，300系列具以下顯著特點:循環(huán)周期短，處理速度高，指令功能強大，可用于復雜功能，產(chǎn)品設計緊湊，可用于空間有限的場合，模塊化結構，適合密集安裝，有不同檔次的CPU,各種各樣的功能，模塊和I/O模塊可供選擇，務虛電池備份，免維護，可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型(SIPIUS)。這次的設計也讓我認識到在工作和學習中要不斷的培養(yǎng)自己的創(chuàng)造性思維和要有堅持不懈的努力才能在以后的漫長道路上取得新的突破。致謝在本次設計中,我是在廉老師的耐心指導和幫助下，最終圓滿的完成任務。在此過程中，難免有難以理解的問題無法解決，廉老師總是細致而富有耐心的為我們答疑解惑，使問題迎刃而解，為我們進行下一步任務鋪平了道路。同時，廉老師淵博的知識和嚴謹?shù)闹螌W作風，給我們留下了深刻的印象。在此，我要向廉宇峰老師表示衷心的感謝，感謝你花費了大量的時間和精力對我們進行指導，感謝您教給我們許多寶貴的知識。在設計的過程中，我除了應用在書本上的知識外，還有得到老師在我們并不太熟悉的設計方面的支持。如果沒有老師的指點，我也不可能在我們所沒有接觸過的領域有更深的了解。多謝老師的幫助。參考文獻[1]方承運，王炳勛編。電氣控制原理與設計[M].第一版.銀川:寧夏人民出版社，1989，7-19[2]揚長能，張興毅.可編程序控制器(PC)基礎及應用[M].重慶:重慶大學出版1997，5-27[3]吉順平，孫承志，路明.西門子PLC與工業(yè)網(wǎng)絡技術[M].機械出版社，2008/2,111~186[4]陳金華.可編程序控制器(PC)應用技術[M].北京:電子工業(yè)出版社，1996/5,56~87[5]趙明，等.工廠電氣控制設備[M].北京:機械工業(yè)出版社，1994，153~174[6]李景學，金礦業(yè)。可編程序控制器應用系統(tǒng)設計方法[M].北京:電子工業(yè)出版社，1999，36~59[7]CaoWei.Programmablelogiccontroldeviceprinciples,methodsandguidelinesforthedevelopmentofapplications[M].ChangSha:NationalDefenseScienceandTechnologyUniversityPress，1993，53~83[8]顧繩谷.電機及拖動基礎[M].第二版.北京:機械出版社，2000/10,112~155[9]胡敏,深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京航空航天大學出版社,2004/8,16~90[10]王兆義。可編程控制器教程[M].第-版.北京:機械工業(yè)出版社，1992/9，35~83[11]田瑞庭.可編程序控制器應用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社，1994/2，20~85[12]唐永裕;第四講刨花拌膠[J];木材加工機械;1986年04期[13]詹永裕;刨花施膠量的測定與控制[J];木材加工機械;1990年02期[14]齊英杰;孫維林;李寧;廉魁;吳朝陽;代大力;;BS111型拌膠機施膠均勻度的檢