340水壓機打壓壓力自動調節人機界面

孫文祥

摘 要：本文主要針對水壓機設備主增壓器的動作，設計一套人機界面進行參數調整，通過PLC程序精細化控制，從而實現主增壓器自動跟隨水壓壓力調整，來保障打壓壓力穩定。

關鍵詞：增壓器;水壓機;PID;WINCC;壓力

一、引言

340水壓機有兩個主增壓器，分為低壓增壓器跟高壓增壓器。增壓器動作采用比例閥控制。高壓打壓生產時，兩個主增壓器聯動生產完成打壓。

二、原有技術：

340水壓機打壓生產時，打壓壓力曲線正常情況下整個過程表現應為前期壓力開始上升，等上升到保壓點后，打壓壓力表指針保持不動，曲線平穩，保壓時間到后，壓力下降至歸零。但實際的表現會是壓力表指針保壓期間頻繁震蕩抖動不穩，或者直接出現壓力到達設定點后就壓力下滑，尤其是生產高壓、超高壓的情況下，表現最為明顯。

三、存在問題：

參數調整，比如說壓力轉換點等參數，想要修改，需要查找PLC程序，查找麻煩耗時，影響檢修調試時間，而且只能電氣維修人員專人修改。

（2）最大的問題就是保壓期間壓力產生波動或大幅下滑，無法精準的試驗鋼管質量，而監造審核對保壓的要求基本就是壓力表指針達到設定壓力保壓期間一動不動，所以既不能滿足監造審核要求，也無法正常進行生產，只能停機檢修。

首先漏水點難查找，需耗費大量檢修時間，而且查找的時候必須邊打壓生產邊查找，存在較大安全隱患。其次，維修漏水點的部位維修頻次高，耗時長。

四、設計內容：

1.設計理念：

分析主增壓器的控制過程，查詢控制參數，歸納總結，將重要參數變成可更改的量值，通過改變參數控制主增壓器的動作，來最終達到漏與補的平衡，最終實現保壓穩定。

2.具體方案：

（1）解讀340水壓機PLC程序，尋找主增壓器比例閥關鍵控制參數。

比例閥采用PID調節。其中主要涉及的關鍵參數有：MD3734（打壓設定壓力與實際打壓壓力的差值），MD3742（斜坡斜率），MD3738（比例閥壓力傳感器換算值），MD876，MD3746，MD844等等。

（2）分析上述關鍵參數，尋找其中可做改變的量值。

尋找原則有三點：首先人員查找更改相對簡單方便，其次是不做大面積程序修改，最后是更改此值后壓力曲線有較明顯的優質變化。

按照PID調節的順序先比例后積分，最后才是微分的順序，首先先查找比例P值的參數，PLC程序中將其設為一條直線即y（比例P值）=kx+b，其中斜率k的換算主要由數據塊DB45（高壓）和DB48（低壓）里的參數決定。該數據塊里的參數是這樣調用的：根據打壓生產管料口徑的不同，PLC程序自動調用相應的參數組，每組參數由18個值組成，選擇調用后再通過MOVE指令最終都將參數發給P#DB45.DBX 0.0 REAL 18（高壓）和P#DB48.DBX 0.0 REAL 18（低壓）。其中兩個參數DB45.DBD24（Maximum Proportional Gain）和DB45.DBD28（Minimum Proportional Gain）對k值的換算起決定作用。而b值的換算也是由DB45.DBD28（Minimum Proportional Gain）決定，為了進行精細化調控，所以兩個值需要仍保持原值分開更改，而不能做合并換算當一個值使用。

由上述數據分析所得，每次想更改比例P值，只要更改數據塊里每組參數中的上述兩個值即可，但從上述程序截圖也可看出存在三個問題：一是每次查找挑出調用的那組參數比較麻煩費時而且易出錯，二是每次修改參數都是修改原始數據，存在數據更改混亂的可能，三是實際調試中壓力曲線穩定性差，要一直頻繁的調整參數，而更改參數又只能在PLC程序中進行，只能電氣維修人員修改，栓人且耗時。

（3）針對上述問題制定對策綜合處理，由于340水壓機操作觸摸屏更改空間有限，也為了以后優化開發設備功能方便，還要節省維修費用。所以我們首先在340水壓機已有電腦上做一套wincc人機界面，與340水壓機PLC通訊上投入使用。然后更改PLC程序，添加兩個中間過程量MD2164和MD2168（高壓），從而避免原始數據的修改。

做好程序后最后添加wincc壓力曲線比例P值調節參數畫面。主要方案如下：當操作工在wincc畫面上設定管料口徑與實際生產管料（操作工根據合同要求在觸摸屏下拉菜單選擇管料口徑）一致時，即可根據實際打壓壓力曲線的情況調節過程參數PG max和PG min，畫面上為防止混亂就不做高壓低壓區分，PLC程序后臺自動選擇換算進行調節。

以上辦法經調試已基本解決了壓力曲線調整的目的，但是仍然會出現設備不穩定的情況，即打幾支管料之后壓力曲線又變樣了，設備又出現了新的狀態，所以又要對參數進行校準，就這樣需要人員一直處于調試參數中，比較栓人。

同樣還有一種情況，即壓力曲線震蕩出現小尖峰，表現為壓力表指針突然飄高，而且通過改變比例P值無法輕易消掉，這就需要調整一下PID調節的D微分環節來配合。

針對以上兩種情況查詢PLC程序中比例與微分的換算，進行比對，發現其中都牽扯到參數MD3734，也就是所謂的誤差壓差，即設定與實際壓力的差值，也還是比例調節y=kx+b其中的x。

主要方案如下：將MD3734做成動態量，讓其跟隨實際壓力變化周期內做微小的浮動，這樣既能將比例調節做成微小精準的動態調節，也同時可以對微分調節進行改動，使之與比例調節相互協作，兩者結合來調整壓力曲線。從而既能解決比例調節不具備實時性的問題，也能良好的去掉壓力曲線震蕩的小尖峰。

針對MD3734繼續深化PLC程序分析，發現只要更改程序塊FC68里的一個比例系數就能對MD3734進行變化。所以設計調試一段新程序，目的是將這個系數在周期時間內跟隨實際壓力的變化做跟隨響應。

做好程序后最后添加wincc FC68壓力系數調節畫面。主要方案如下：將此壓力系數的調節匹配PLC程序在畫面上區分高低壓，畫面可根據打壓壓壓力的設定自動將可調的部分變綠，提示“可修改”。系數分為實際值與設定值，其中還做了“動態調節模式”選擇按鈕，主要針對設備狀態極不穩定的時候。

當啟用動態模式時，壓力系數變化將以設定值為中心，比對實際壓力情況周期內自動動態跟隨調節浮動。即進入保壓期間時，若壓力表指針下滑，系數將自動提高，增大誤差，從而適當提高比例與微分值，反之降低。每打壓完一根管料時，實際值都將恢復到與設定值相等，生產下一根管料時，重新再自動調整。至于這其中的調節周期要多長，下滑多少的時候又提高多少，這些問題已基本通過現場試驗調試出參數。

當不啟用時，設定值就與實際值相等。設備就以設定值為準并保持不變進行生產。設定值的修改只有在動態模式“不啟用”的情況下才可進行，否則無法修改。

同時，由于打壓壓力傳感器壓力與壓力表壓力應該相同，但可能之間存在誤差，也會影響到壓力曲線，所以也在畫面上做出了壓力傳感器校準以及壓力轉換點畫面，方便調整。

本文中主要針對PID調節中的比例調節做了大量改動，微分稍作調整，因在實際調試中，壓力曲線已經有明顯優質變化，基本滿足要求。

參考文獻：

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