基于西門子S7-300的智能氣力輸送系統(tǒng)研究

摘 要：隨著氣動輸送控制系統(tǒng)對質(zhì)量和運輸效率的要求的提高，這使得對空氣壓力，流量，末端壓力的有效控制變得非常必要。 首先，簡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。 根據(jù)分級管理的設(shè)計原則，設(shè)計了控制系統(tǒng)的二級計算機(jī)控制方案，并建立了硬件平臺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。

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

0.概述

國內(nèi)用于氣力輸送控制系統(tǒng)無論在應(yīng)用水平還是在先進(jìn)研究水平上與發(fā)達(dá)國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，無論是在理論研究領(lǐng)域還是在應(yīng)用領(lǐng)域[1]。 同時控制在實際應(yīng)用過程中對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

通常兩管氣動輸送系統(tǒng)是通過采用正壓壓縮式雙管密相輸送技術(shù)。 啟動相應(yīng)的控制系統(tǒng)管路的十字閥動作; 在低壓輸電和高負(fù)荷的氣密輸送過程中，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，然后向前移動到儲物箱。 控制系統(tǒng)通過分離儲罐和過濾器中的混合物，由風(fēng)機(jī)排出[5]。

2.智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

基于PLC和工控機(jī)在控制系統(tǒng)構(gòu)建過程中的特點，從系統(tǒng)運行效率和操作便利性兩個方面入手。 在集成PLC的控制過程中，根據(jù)已建立的過程和過程參數(shù)，可以通過進(jìn)入傳動系統(tǒng)來提高設(shè)備效率。 最大的優(yōu)勢是與作為控制系統(tǒng)核心的工業(yè)計算機(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PLC的輸入輸出點驅(qū)動按鈕和指示燈來完成。

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

2.2通訊方式

本文涉及使用PROFIBUS和MPI通信系統(tǒng)的二級控制方案。 ，PROFIBUSFIBUS是以現(xiàn)有的國家和國際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，在過程自動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)實現(xiàn)通訊連接。

2.3智能算法

氣動輸送系統(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)問題，由于PID控制可以實現(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.智能控制方案實現(xiàn)

3.1PLC控制的硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)的控制級別已經(jīng)實現(xiàn)了西門子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層級通訊的實現(xiàn)

PLC底層通訊采用串行通信技術(shù)實現(xiàn)背板總線，背板總線是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)計制造的核心技術(shù)。

3.3算法優(yōu)化與實現(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)。各種實驗結(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輸過程的最大兩個參數(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。并手動設(shè)置安全閥出口壓力值。壓縮空氣控制帶來了很多不確定性，用戶可以手動調(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。僅通過壓力控制就無法實現(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)，以實現(xiàn)壓力和流量的自動控制。在此利用壓力和流量，利用對角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別亞克比信息系統(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，對角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)識別系統(tǒng)的輸出和對角回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)輸出誤差用作調(diào)整誤差的標(biāo)識符。

4.智能控制效果評價

在二級控制系統(tǒng)設(shè)計中通過氣動傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(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，兩級控制系統(tǒng)處于相對獨立的，通信中斷或PC故障之間的階段，仍然能夠完成基本的獨立控制級，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)的一個子系統(tǒng)，就實現(xiàn)了對氣力輸送關(guān)鍵參數(shù)，空氣壓力，流量，最佳混合參數(shù)和工藝參數(shù)等自動有效控制的最佳控制點。

參考文獻(xiàn)：

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[6]王尚元，劉總兵，史博川.電解鋁生產(chǎn)用氧化鋁的氣力輸送系統(tǒng)[J].中國金屬通報，2019（08）：11+13.

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作者簡介：

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)。