一、工艺概述
此项目是某英资食品公司制糖生产的一个工艺过程,糖浆进入换热器(壳程蒸汽加热),利用轴流电泵搅拌推进并循环加热,当糖浆温度和浓度达到设定值时出料,出料完成后,人工清洗设备、管道,等待进入下一工艺过程(如下图)。
二、控制要求
1.温度、浓度在线检测并无纸记录;
2.工艺过程实现稳定的自动化控制:循环加热、在线检测,当达到设定的温度、浓度要求时出料,在整个过程中蒸汽加热产品的温度偏差不超过设定温度值的±2℃。
3.从蒸汽锅进料到容缸后,进行循环加热煮糖以达到浓度、温度以及浓度、温度达到后糖浆全部出完进入下一次的一个生产循环必须控制在30分钟以内(蒸汽压力6-8kg/f,180℃)。因煮糖时间过长产品会变质,导至报废。
4.温度值设定范围在100℃--160℃之间。(也就是说这个范围内不论设定哪个温度,在生产过程中都能达到温度控制值偏差范围不大于±2℃。)
5.当本次煮糖过程结束后开始出料的过程中,由于加热缸内的产品容量变化较大,致使温度的变化也校大,允许该阶段的温度在短时间(10秒以内)偏差范围不大于±3℃。
三、工艺流程图
四、系统分析及解决方案
1.系统分析:经过对本项目中的控制对象煮糖加热缸的工艺流程进行分析研究,发现这是一种非线性、时变、大滞后、强耦合、结束条件苛刻的复杂控制对象,如果采用传统的纯PID控制,效果并不理想,在实践中误差达±10℃,无法满足工艺要求。
2. 解决方案:为了满足该复杂控制对象的控制要求,本方案引入了当今自动化控制领域最先进的参数自调整模糊控制技术,同时结合传统的PID控制,利用可编程控制器(PLC)具有的高速运算、丰富的指令等强大功能作为控制程序的运行平台,能较好地解决系统的非线性、大滞后问题。
3、技术浅析:模糊控制是当今三大新型的智能控制方法之一(其它为专家系统控制、人工神经网络控制)。自1965年L.A.Zadeh教授提出模糊集理论后,1973年E. H. Mamdani教授首次成功地将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机的控制中,获得了比PID控制更好的控制效果;1979年丹麦工程师Ostergaard成功地将模糊控制技术应用于石灰窑生产过程的控制中,揭开了模糊控制技术工业化应用的新篇章。模糊控制规则是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制系统,是一种从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的智能控制方法,是模糊数学与控制理论相结合的产物,能够解决许多复杂而无法建立精确数学模型的系统的控制问题。它先将操作人员或专家的经验归结为模糊控制规则,然后把传感器信号模糊化,并用此模糊输入去适配控制规则,完成模糊逻辑推理,最后将模糊输出量进行解模糊判决,变为模拟量或数字量后送到执行器上。
本方案采用的是经过优化的模糊控制方法,即参数自调整模糊控制技术。它的优点是能根据不同阶段温度的实时变化趋势,通过自适应调整机制对模糊控制的比例因子进行在线自动调整,从而更好地改善系统的响应速度,提高控温精度。