PID控制在感光乳劑制備中的應用

周志雄

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

關鍵詞：PLC;PID;控制;FB4l

可編程控制器（PLc）是現代工業自動化支柱 之一，近年來發展迅速，應用廣泛，在對諸如溫度及流量等過程變量實施控制時，一般只需在其基 本硬件上另配D/A、A/D模塊，再采用相應廠家提供的PID功能塊，設置好參數，即可完成控制回路的構建。一般廠家只提供標準的PID控制功能塊，其靈活性和適用性不高，對于復雜的被控對象和工藝要求苛刻的場合，這種常規填表式的PID 方法往往難以獲得滿意的控制效果，而采用自適 應控制、模糊控制以及神經元控制等方法，實現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PID串級實現方法，基本上能滿足生產工藝要求，溫度控制簡圖如圖 l所示。但在2010年，公司引進柯尼卡乳劑制備 技術后，溫度偏差極限變為±O.5℃，同時因節能 需要，加熱水箱的熱水改為蒸汽。根據其他相關 設備的控制情況來看，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，溫度超調將達到6℃以上，生產根本無法 繼續進行。

2對FB41的改進和溫度控制策略的實施 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系統中相應的功能塊相比，主要是控制上手動、自動問的無擾切換問題，這給前期調試和串級控制帶來很大不便。幸運的 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，實現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，在現有條件下，靈活的溫度控制策略難以實現。

2.1 對FB41的改進 FB41的具體改進措施有：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送給設定值sV-INT，然 后再加一斜坡函數，從而實現完善的手/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，再加一斜坡函數即可。c.以上兩點是針對PID單回路而言的，對于 由FB41組成的雙回路串級控制，要實現主環和副環的手動、自動無擾切換，當然要復雜些，但基本原理一樣。

2.2控制策略的實施由于釜壁、乳劑物性以及乳劑量等原因，和水 箱溫度r。相比，乳劑溫度咒出現滯后、非線性的 現象，問題的關鍵集中在對L的控制上。首先，在現場確定蒸汽調節閥的最大開度 （以水箱少量蒸汽溢出為準）。然后參照疋的設 定sV2（以影像制版印刷軟片乳劑為例，SV2 為72℃），設置水箱L的設定值SVl為80℃，瓦 和咒間的差值△r為8℃，△r值是由相關經驗和現場試驗確定的，既可滿足對于升溫時間的要求，又避免了蒸汽的浪費，以及因△r數值不當，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 是單副環運行），當乳劑溫度咒升至70℃時，E 設定值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內基本穩定，然后將主環投入自動，主環和副環之間加無擾動處理，實現串級控制，系統很快進入恒溫時段。以上策略中，蒸汽閥的最大開度、SVl值的設置和變化、△r的大小是關鍵。實施這種靈活的控 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、實現PID串級控制所無法達到的。

3 結束語

生產工藝上的特殊要求，需要相應的控制策略來實現，針對銀鹽感光乳劑生產上存在的問題，在對現場設備、生產工藝十分熟悉的基礎上，打破常規思維，采用靈活的控制策略，利用西門子S7.300PLC中PID功能塊（FB41），實現了對乳劑制備過程中溫度的成功控制。