（控制理论与控制工程专业论文）薄片生产线自动控制系统的设计与开发.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着中国工业的飞速发展，传统的生产技术已经满足不了日益扩大 的市场需求，自动化控制技术和信息化建设在制造企业中得到迅速的普 及，以上两者已经成为衡量一个制造企业的管理水平和先进性的标准。 充分利用先进的自动化技术，可以增强生产运行的高效性，满足市场需 求，保持竞争的领先地位，并获得最大利润。 在烟草企业对生产线的自动化程度要求更加严格，首先生产效率对 企业是非常重要的，其次整个系统的稳定性和故障的及时发现和排除也 非常重要，停产一分钟对烟厂所带来的损失是巨大的。所以该论文中的 设计思想和方法都应用了国内外比较先进的设计理念，并且使用了国内 外较为领先和成熟的软硬件设备来完成整个系统的实现方案。 山东瑞博斯烟草有限公司位于山东省沂水县，公司占地310 亩，总 投资7 0 0 0 万元，设计生产能力为2 0 0 0 吨年，其造纸法再造烟叶中试 生产线具有国内指导和示范作用。造纸法再造烟叶是目前世界上最先进 的烟草再生技术，是一项兼具绿色环保概念和重大社会与经济效益的高 新技术。 本系统采用当今先进的计算机技术、p l c 技术、网络技术，通讯 技术、现场总线技术、分布集中控制技术、模糊p i d 控制技术等。本 文主要做了如下几个方面的研究： l 、根据系统的功能要求，结合现场的实际情况，对可编程序控制 器、变频器、软启及仪器仪表进行了选型。 2 、对系统和网络进行了架构，采用c o n t r o l n e t 、d e v i c e n e t 和 e t h e r n e t i p 三层体系的n e t l i n x 网络结构，d e v i c e n e t 现场总线及分 布式i o 站最大限度的缩短控制信号的传输距离。 3 、对整个生产工艺最重要的薄片加香系统进行了详细的分析与研 究，结合现场实际情况采用了自适应模糊控制和p i d 控制相结合的控 制策略。 山东大学硕士学位论文 4 、根据生产工艺及控制策略编写相应的p l c 程序，完成对整个生 产线的自动控制。 5 、上位监控软件采用i f i x ，监视画面直观，操作简便，功能丰富， 实现集中的监视、操作与控制。对现场数据进行采集与显示，形成实时 数据库，采用o p c 实现了自由定义的e x c e l 报表输出，完善的故障报 警功能。 关键词：再造烟叶、现场总线、自适应模糊p i d 控制、上位机、可编 程逻辑控制器。 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n e s ei n d u s t r y ，t h et r a d i t i o n a l p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y h a s b e e nu n a b l et o m e e t g r o w i n g m a r k e t r e q u i r e m e n t ，a u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y h a v eb e e nd e v e l o p i n gr a p i d l yi nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，a n dt h e s eh a v e b e c o m et h em e a s u r eo fam a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s em a n a g e m e n tl e v e la n d a d v a n c e d s t a n d a r d s s o ，m a k i n g f u l lu s eo fa d v a n c e da u t o m a t i o n t e c h n o l o g yc a ne n h a n c et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dm e e tt h em a r k e t d e m a n d ，m a i n t a i n t h el e a d i n gp o s i t i o n i nt h e c o m p e t i t i v e n e s s o f e n t e r p r i s e s ，a n da c h i e v et h eg r e a t e s tp o s s i b l ep r o f i t s t o b a c c oc o m p a n i e sr e q u i r eah i g h e r d e g r e eo fa u t o m a t i o n f i r s to fa l l ， t h ep r o d u c t i v i t yi sc r u c i a lf o r t h ee n t e r p r i s e s ，a n dt h ee n t i r es y s t e m s t a b i l i t ya n df a u l td e t e c t i o na n de x c l u s i o na r e a l s oi m p o r t a n tf o rt h e e n t e r p r i s e s s t o pf o ro n em i n u t ec a nb r i n ge n o r m o u sl o s s s o ，d o m e s t i c a n di n t e r n a t i o n a la d v a n c e dd e s i g ni d e aa n dm e t h o da r eu s e di nt h i sp a p e r ， a n dt h ea d v a n c e da n ds o p h i s t i c a t e dh a r d w a r ea n ds o f t w a r ee q u i p m e n t sa r e u s e di nt h ew h o l es y s t e m s h a n d o n gr e b i r t ht o b a c c ol t dw i t h t o t a li n v e s t m e n ts e v e n t e e n m i l l i o ny u a nl i e s i ny i s h u is h a n d o n gp r o v i n c e ，a n do c c u p i e s310a c r e s ， a n dt h e p r o d u c t i o nc a p a c i t y i s2t h o u s a n dt o n s p e ry e a r a n di t s p a p e r m a k i n gt o b a c c os h e e tp l a y st h er o l eo fg u i d a n c ea n dm o d e li no u r c o u n t r y t h et e c h n o l o g yo fp a p e r m a k i n gt o b a c c os h e e ti st h ew o r l d s m o s ta d v a n c e dt o b a c c or e n e w a b l e t e c h n o l o g y ，a n di s a na d v a n c e d t e c h n o l o g yo fb o t he n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds o c i a la n de c o n o m i c b e n e f i t ss o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s t h em o s ta d v a n c e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y ，p l ct e c h n o l o g y ，n e t w o r k t e c h n o l o g y ，c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，f i e l d b u st e c h n o l o g y ，d i s t r i b u t e d i i i 山东大学硕士学位论文 c e n t r a l i z e dc o n t r o lt e c h n o l o g y ，f u z z yp i dc o n t r o la r eu s e di nt h es y s t e m t h i sp a p e rm a i n l ya c c o m p l i s h e ds e v e r a lt a s k sd e s c r i b e da sf o l l o w s 1 c h o s ea p p r o p r i a t ep l c ，i n v e n e r s ，s o f ts t a r t e r sa n di n s t r u m e n t a t i o n s a c c o r d i n gt ot h es y s t e mr e q u i r e m e n t sa n dt h ea c t u a ls i t u a t i o n 2 s e tu pt h es y s t e mn e t w o r k ，u s en e t l i n xs y s t e mo fc o n t r o l n e t ，d e v i c e n e ta n d e t h e m e t i pt h r e e t i e rn e t w o r ka r c h i t e c t u r e d e v i c e n e tf i e l d b u sa n dd i s t r i b u t e di o s t a t i o nc a ng r e a t l yr e d u c et r a n s m i s s i o nd i s t a n c eo ft h ec o n t r o ls i g n a l s 3 c a r r yo u tad e t a i l e da n a l y s i sa n dr e s e a r c ht os l i c e f l a v o r i n gs y s t e m ，t h em o s t i m p o r t a n tp a r to ft h ew h o l es y s t e m u s et h ea d a p t i v ef u z z yp i dc o n t r o la c c o r d i n gt h e a c t u a ls i t u a t i o n 4 d e s i g np l cp r o g r a m sa c c o r d i n gt ot h ep r o d u c t i o np r o c e s sa n dc o n t r o ls t r a t e g y ， a c h i e v ea u t o m a t i cc o n t r o lo ft h ee n t i r es y s t e m 5 u s ei f i xf o rm o n i t o r i n gs o f t w a r e ，、) l ，i t ht h ei n t u i t i v em o n i t o rs c r e e n ，e a s yt o o p e r a t e ，s t r o n gf u n c t i o n s ，c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n g ，o p e r a t i o na n dc o n t r o l ，l o c a ld a t a c o l l e c t i o na n ds h o w ，c r e a t er e a l - t i m ed a t a b a s e r e p o r te x c e l o u t p u tb a s e do no p ca c o m p r e h e n s i v ef a u l ta l a r mf u n c t i o n s k e yw o r d s ：r e c o n s t i t u t e dt o b a c c o ，f i e l db u s ，a d a p t i v ef u z z yp i d c o n t r o l ，h o s tc o m p u t e r ，p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r i v 山东大学硕士学位论文 符号说明 c m c ；c a r b o x y m e t h y ic e l l u l o s e 羧甲基纤维素 d p ：d e g r e eo fp o l y m e r i z a t i o n 聚合度，衡量聚合物分子大小的指标 e d s ：e l e c t r o n i cd a t as y s t e m s 电子数据系统 a d o ：a c t i v e xd a t ao b j e c t s一个用于存取数据源的c o m 组件 o d b c - o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y 开放数据库互连 c i p ：c o n t r o li n f o r m a t i o np r o t o c o l控制与信息协议 r t u ：r e m o t et e r m i n a lu n i t 远程终端单元 o p c ：o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l用于过程控制的o l e s c a d a s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n监控和数据采集 p l c ：p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r 可编程控制器 p i d - p r o p o r t i o ni n t e g r a t i o nd i f f e r e n t i a t i o n 比例、微分、积分 v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：j 亟丝垒 日期： ! ：三，工，! 乡 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：立监导师签名 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 造纸法再造烟叶的生产技术是一项具有绿色环保概念和重大社会 经济效益的高新技术，它是国内外公认的最好的再造烟叶技术，造纸法 再造烟叶不但可以充分利用烟草生产废弃物，而且通过在卷烟中掺兑再 造烟叶，它还可以起到降焦减害，提高或改善卷烟抽吸品质、调节燃烧 性能，稳定卷烟质量等功效，它是我国当前烟草行业发展的重中之重。 1 1 国内外发展现状 自2 0 世纪5 0 年代以来，降焦减害技术一直都是国际烟草界研究的 热点、重点和难点。上个世纪9 0 年代以来，国际上掀起了一轮新的控 烟浪潮。世界上一些主要发达国家相继对市售卷烟的焦油、烟碱及c o 的含量做出了严格的限制。如今，欧美国家卷烟产品配方设计中再造烟 叶的使用量已平均达2 5 以上，无论烤烟型和混合型卷烟都已使用再 造烟叶作为配方设计中不可缺少的一个组分来使用。据美国最新报到， 美国平均掺兑量达3 0 3 5 ，个别品牌如美国的爱克丽斯( e c l i p s e ) ， 德国的h i q 两种品牌则10 0 使用再造烟叶，在国际上再造烟叶工艺 有取代膨胀烟丝和膨胀梗丝的趋势【3 1 。减少吸烟对人体的危害是国内 外烟草行业和卫生部门共同关心的焦点，但是吸烟对于人们提神和社交 的作用是无可代替的。造纸法再造烟叶的掺入能够明显的减少卷烟焦 油、烟碱( 尼古丁) 、c o 等有害物质，这是全世界业内人士的共识。 如今，欧美国家的造纸法再造烟叶的技术已经非常成熟，生产线的自动 化程度非常高，并且先后投资研究高效型、智能型、集约型自动化设备 和自动化控制仪表。 中国是世界烟草大国，卷烟生产量和消费量均占世界的1 3 ，但我 国目前尚没有一条先进的、可靠的、令人满意的、可以规模化地生产造 纸法再造烟叶的自动化生产线。这是由于：一方面引进外国技术来生产 造纸法再造烟叶投资太大( 如美国雷诺公司在19 8 5 年所建的年产2 万 吨的生产线其投资高达1 8 亿美金) ，生产成本也居高不下，而且许多 山东大学硕士学位论文 配套技术、关键控制策略依然掌握在国外公司手中；另一方面，我国再 造烟叶生产技术( 如配方技术、提取浓缩、打浆制浆、抄造成型、涂布 加料、功能薄片、烘烤工艺) 系统讲究很不够。因此，在近几年内抓紧 时间，大力发展造纸法再造烟叶工程项目，努力提高配套关键工艺技术 及生产线的自动化程度，是我国烟草行业发展的头等大事。 1 2 课题的意义及背景 我国每年烟叶收购量达3 5 0 0 万担，会产生10 左右的废弃物，即 在卷烟生产过程中将会相当于3 5 0 万担原料的废弃烟梗、废弃烟末、废 弃烟丝产生。这里还不包括未被收购的低档次烟叶在内，它将在收购、 打叶复烤、制丝、卷接过程中产生。将这些废弃物储存，销毁必将占用 土地和污染环境，而它正是再造烟叶的主要材料。由此可见，发展造纸 法再造烟叶势必为我国节省大量的卷烟原料，减少大量的农田面积。以 山东省为例，全省年生产量约2 0 0 万箱，收购量约2 0 0 万担，如果以 10 的再造烟叶掺兑量，可以节省大量农田用以栽果树等经济作物或绿 化环境或发展旅游则可取得很大的经济效益。 欧共体规定，从2 0 0 4 年元月1 日起在卷烟产品上必须明确标识， 焦油含量 = 10 m g 支，c o 含量 = lo m g 支，烟碱含量 = l m g 支，否则 不予进入市场，而我国相对落后，焦油含量 = 15 m g 支，烟碱含量 0 ，被控量朝着偏离给定值方向变化。此时，当f e f 较 大时，应采取较强的控制以改变误差的变化趋势，迅速减小误差绝对值。 k p 可取较大值，同时可取较小的局和中等的k d ：当| e i 较小时，可取 中等的k p ，同时取较大的k l 和较小的k d ，以提高系统的稳态性能，避 6 8 山东大学硕士学位论文 免产生振荡。 ( 3 ) 若e e c 0 。被控量朝着偏离给定值方向变化。此时，当l e l 较大时，应迅速减小误差绝对值，可取中等的琊，同时可取较小的厨 和中等的k o ；当i e i 较小时，可采取强度较低的控制，取较小的k p ，同 时取较大的k i 和较小的k o ，以提高系统的稳态性能，避免产生振荡。 ( 4 ) e c 的大小表明偏差变化的速率，e c 越大，郧取值越小，k i 取值越大，反之亦然。 由以上可得控制规则如下： i f ( ei sn b ) a n d ( e ci sn b ) t h e n ( 硒i sp b ) ( k ii sn b ) ( k di sp s ) i f ( ei sn b ) a n d ( e ci sn m ) t h e n ( k pi sp b ) ( k ii sn b ) ( k di sn s ) i f ( ei sn b )a n d ( e ci sn s ) t h e n ( k pi sp m ) ( k ii sn m ) ( k oi sn b ) i f ( ei sn b )a n d ( e ci sz o ) t h e n ( k pi sp m ) ( k ii sn m ) ( k di sn b ) i f ( ei sn b ) a n d ( e ci sp s ) t h e n ( 秭i sp s ) ( 墨i sn s ) ( k di sn b ) i f ( ei sn b )a n d ( e ci sp m ) t h e n ( k pi sz o ) ( k xi sz o ) ( k di sn m ) i f ( ei sn b )a n d ( e ci sp b ) t h e n ( k pi sz o ) ( k ii sz o ) ( k di sp s ) 由以上分析可得硒、k i 和k d 的模糊控制规则表分别如下： 6 9 山东大学硕士学位论文 7 0 表6 1k p 控制规则表 e c 艇。 n bn mn s z op sp m p b n bn bp bp mp mp sz oz o n m p b p bp mp sp sz on s n sp mp mp mp sz o n sn s z omp m p sz o n sn mn m p sp sp sz on sn sn mn m p mp sz on sn mn mn m n b p bz o z on mn mn m n bn b 表6 2k l 控制规则 、e c 赳 n bn mn sz op sp mp b n b n bn bn mn mn sz oz o n mn bn bn mn sn sz oz o n sn bn mn sn sz 0p sp s z on mn m n sz op sp mp m p sn m n sz op sp sp mp b p mz oz op sp sp mp bp b p bz o z op sp mp mp b p b 山东大学硕士学位论文 表6 3k d 控制规则表 e c 艇 n bn m n s z op sp mp b n b p sn sn bn bn bn mp s n mp sn sn bn mn mn sz o n sz on sn mn mn sn sz o z o z on sn sn s n s n sz o p s z oz 0z oz oz oz 0z o p mp bn sp sp sp sp sp b p bp bp mp mp mp sp sp b 6 3 3 模糊推理及决策 在获得了三者的调整规则后，接下来就要根据模糊理论进行算法合 成，求得相应的硒、k l 和k d 的三个控制表。因为三个控制表的求解过 程完全一样，故在此仅以k p 为例，介绍一下控制表的求取过程。 郧控制规则表中的每条规则的关系可以表示为： r i = e 。e c k 硝 ( 6 10 ) 其中：为模糊直积运算。 则： r 。= ( 加) ex ( n b ) 昭x ( p s ) 勋 r ：= 岫) ex ( n m ) 嬲x ( e b ) 勋 r 。，= ) e ) 盯( 舫) 勋 根据每一条模糊语句决定的f u z z y 关系g k ( k = 1 ，2 ，4 9 ) ， 可得描述整个系统的足p 控制规则总的f u z z y 关系矩阵r ： r = r lu r 2u u r 4 9 ( 6 一l1 ) 则输出郧的控制量集合可由下式求出： 7 l 山东大学硕士学位论文 k ，= 征e c ) 。r 其中：o 为模糊合成运算。 ( 6 1 2 ) 按照式( 6 10 ) 一式( 6 12 ) 计算，即可求出秭的模糊子集，接下来要 进行模糊判决，本系统采用最大隶属度法。经过模糊判决，就可以得到 邱的模糊控制表如表6 - 4 。同法可得k i 和k d 的模糊控制表见表6 5 、 表6 - 6 。 7 2 表6 4k p 模糊控制表 、e c 艇 32- 10123 - 3332 2 lo0 - 2332 。 11o- 1 1 1222l011 o 22 l0122 l1lo112- 2 21012223 3 o 02 22- 3 3 表6 5k i 模糊控制表 、e c 赳 - 321 o 1 2 3 - 333- 221o0 - 2- 33- 2- 11 o 0 - l- 3 2- 11oll 022- 1o122 1- 2101123 20o1 1 233 3o 0 1 223 3 山东大学硕士学位论文 表6 - 6k d 模糊控制表 x , x e c 心 32 - lo 123 - 31 1- 33321 2 l1- 3221o - 101- 22_ l1o 0o1 1 1 - 1 1o 1oo0 o 00o 231 1l113 3 32221l3 6 3 4 自适应模糊p i d 控制系统软件实现 本系统实现自适应模糊p i d 算法对薄片加香系统进行控制是通过 p l c 完成的，软件设计核心部分流程图如下所示： 7 3 山东大学硕士学位论文 取当前采样值 j e ( k ) - - r ( k ) - y ( k ) j e c ( k ) 彳( k ) - e ( k - 1 ) j e ( k - 1 ) - - e ( k ) j 巫产 i 模糊整定k p ，a k i ，, x k 。 计算当前k r ，k 。，k 。 p i d 控制器输出 图6 7 自适应模糊p i d 控制程序流程图 6 3 5 控制效果分析 为了更好地分析比较传统p i d 控制与自适应模糊p i d 控制的优缺 点，根据本系统的特点，通过用m a t l a b 做仿真来进行比较。 m a t l a b 语言是一种高级语言，它集计算、数据可视化和程序设 计于一体，并能将问题和解决方案以用户熟悉的数字符号表示出来。其 工作环境是一个集成了许多应用程序和工具的工作空间【4 6 】【4 7 】【4 引。本系 统具体仿真步骤如下： 在m a t l a b 的命令窗口中输入f u z z y ，出现f i se d i t o r 的界面， 即可在此方便地编辑所需的模糊推理系统。考虑到系统是一个比较实变 7 4 山东大学硕士学位论文 的，所以选择控制器类型为m a m d a n i 型，取a n d ( 与) 的方法为m i n ， o r ( 或) 的方法为m a x ，i m p l i c a t i o n ( 推理) 的方法为m i n ，a g g r e g a t i o n ( 合成) 的方法为m a x ，d e f u z z i f i c a t i o n ( 去模糊化) 的方法为c e n t r o i d ( 重心平均法) 。由图6 - 8 可看出该模糊控制器有两输入( e 、e c ) 、 三输出( 曲、局、g v ) ，打开f i se d i t o r 的下拉菜单e d i t ，在a d dv a r i a b l e 中选定输入输出变量数目。 区野4 式恙 m 咐 f u r y f st y p e ：啪m 出“ n d m e t h o d r a i n 一 口 ，f m “” m ，j 蚓m 耐n m x，i ”。”“ c e r n o i d 二j | h v l p c m e w m 。z 2 “8 3 m t “4 9r 图6 8 模糊推理系统( f i s ) 编辑器 将上文得到的模糊控制规则输入到编辑器中。可分别得到规则观察 器窗口和曲面观察器窗口。 规则观察嚣显示了全模糊推理过程的路径图，可以完全了解整个模 糊推理的过程，显示了本系统隶属度函数是如何影响整个模糊推理结果 的。它以非常详细的方式在任一时刻显示计算过程，给出了模糊推理系 统一种微观视角，本系统规则观察器如下图t ! ! ：!：当查奎耋堡圭耋堡丝苎 雪雪雪墓藿 i 喜；皇智毒剥露宣喜鲁 ；辜耄毒耄暮萄声萄声幕 i 茸崔崮崮斟 b = = = # 1 2 dk ! = = = = 曼b ! j _ l 刽s = = = = ，_ 一b j d o 叫 i 亘雪冒垦墓 | 墓雪雷藿| 耋墓 1 if 2 = 2 气p 2 2 f 号p 2 = 舄 2 2 气f 予t 1 j ，皇三刍皇竺型芒三型巴苎= 刍彦芏兰刍 鐾i 雪冒雷冒| | 亘亘至匡蠹垦嚣 | | 蜜雪莺冒冒 卜m 】一m 炒回回j 丽1 可 r “。7 “”“一盐i i 塑i 国6 9 规则观察器窗口 曲面观察器可以观察到系统的整个输出曲面，即基于整个输入集变 化范围内的整个输出集的变化范围，本系统得到的曲面观察嚣如下图： ：坐奎奎竺堡圭塞堡墼塞 e 睡 。( 叫1 e 7 嘶叫i e - c 一2 ( o “州i k p x f 1 5v 8“ “ | | l h e l p c m 。 图6 1 0 曲面观察器窗口 取量化因子岛= o 3 ，也。= 01 ，取坼、蜀、k o 的比例因子分别为 k p = 0 8 ，蜀= o 0 0 5 ，k d - 00 2 ，令p i d 参数的初始值k ，= 3 0 0 ，k ，= o3 、 矗= 2 8 0 。采样时间为l m s ，加单位阶跃信号，并在第3 0 0 个采样周期 时输出加10 的干扰，最终得到的常规p i d 与模糊自适应p i d 阶跃响应 曲线以及误差响应曲线分别如下所示。 ：当奎奎兰堡圭耋堡墼塞 图6 - 1 1 常规p i d 控制系统阶跃响应曲线 图6 1 2 模糊自适应p i d 控制系统阶跃响应曲线 当奎奎耋堡圭耋堡丝兰 图6 1 3 常规p i d 控制系统误差响应曲线 山东大学硕士学位论文 从曲线可看出模糊自适应p i d 控制的各项性能指标均优于常规 p i d 控制，具有响应快，超调小，过渡时间快的特点，显示出了良好的 动态性能和稳态精度，且抗干扰能力较强，误差影响小等。 本仿真实现了一个参数自调整模糊p i d 控制器，其特点是找出p 、 i 、d 三个参数与e 和e c 之间的模糊关系，通过编写m 文件s 函数， 将m a t l a b 与s i m u l i n k 有机结合起来，实现了量化因子鼠、疋。的 参数自调整。并在运行中不断检测e 和e c ，根据模糊控制原理来对这 3 个参数在线修改，以满足不同e 和e c 时对控制参数的不同要求，提 高系统的控制性能。 这种控制方法较之常规的p i d 控制方法，对环境变化有较强的自 适应能力，在随机环境中能对控制器进行自动校正。使得在被控对象特 性变化或扰动的情况下，控制系统能保持较好的性能。它实际上是将模 糊系统辨识和模糊控制结合起来的一种控制方式，通过辨识能更好地了 解被控过程，以便使控制器能跟上过程和环境的变化。 6 4 本章小结 本章首先分析了薄片加香技术的特点，根据其特点综合分析比较了 现阶段的控制方案，最终确定采用自适应模糊p i d 算法来实现对薄片 加香的控制。然后详细介绍了自适应模糊p i d 控制器的设计并对其做 了仿真分析。最后介绍了模糊p i d 算法的实现和应用效果。 8 0 山东大学硕士学位论文 7 1 总结 第七章总结与展望 本文通过对实际工程背景的分析与研究，综合运用了自动控制、计算机 技术、通信网络、仪器仪表等众多学科知识，是一个复杂的综合性研究 领域。总结整个研究过程，本文所做的主要工作如下： 1 针对造纸法再造烟叶生产的实际情况及其成产工艺，以“集中 管理、分散控制 为原则，确定采用基于以太网和现场总线的i p c + p l c 分布式监控系统方案，对薄片生产线的各系统工艺流程中的重要参数、 设备状况等进行计算机实时监测。 2 对系统和网络进行了架构，根据设备的结构特点，选择了a b 的 c o n t r o l l o g i x 系统，应用d e v i c e n e t 网络连接的f l e xi o ，主p l c 只用一根 d e v i c e n e t 网络线将现场的f l e xi 0 工作站及变频器连接在一起，这样有效地减 少了电缆敷设的数量和工作量，缩短了安装周期。 3 本文对薄片加香技术进行了研究，提出了利用了一种基于模糊自适应结 合p i d 控制算法，解决了配料控制器的优化控制问题，该控制器能够较好地解 决配料速度与精度之间的矛盾，且有较好的实用性，现场控制结果表明，控制精 度较高。 4 本文设计并开发的基于i f i x 的监控管理系统，功能完善，结构合理，充 分利用了系统资源，画面设计美观，人机界面友好，操作灵活实用，较好地满足 了生产和管理的需要。 此外，通过毕业设计期间到现场的调试和安装过程，使我深刻地认识到要成 为一名优秀的工程科学技术人员，不但要具备扎实的专业理论知识，还要注重平 时现场经验的积累，当然尽可能地掌握一些现代工具的使用技能也是必不可少 的。更为重要的是在具备治学严谨的科研态度和扎实肯干的吃苦精神的同时，时 刻保持一种乐观向上、锲而不舍的自信心往往是成功的关键。 山东大学硕士学位论文 7 2 展望 造纸法再造烟叶是国内外公认的最好的再造烟叶技术，造纸法再造 烟叶不但可以充分利用烟草生产废弃物，而且还可以起到降焦减害，提 高或改善卷烟抽吸品质、调节燃烧性能，稳定卷烟质量等功效。但是， 造纸法再造烟叶的生产在我国还是相对比较落后的，我国目前还没有一 条先进的、可靠的、令人满意的可以规模化地生产造纸法再造烟叶的自 动化生产线。因此，对造纸法再造烟叶的生产工艺进行进一步研究，设 计开发出更好的自动化控制系统，提高企业生产效率，对我国烟草行业 的发展具有重要的意义。 该系统也存在一些需要进一步研究和改进的方面。如何有效地实现 控制规则和控制参数的自调整是一个值得研究的课题，由于各薄片线的 设备参数存在一定差异，模糊控制规则和控制参数的局部调整不可避 免，目前的调试是根据运行记录，进行人工修改，这种修改带有一定主 观性，且需多次修改，本系统对控制规则和控制参数的自学习、自适应 还处于初步阶段，对其进行更好的优化设计是下一步的研究工作。另外， 整个生产线的p l c 程序和组态画面还有待于进一步优化与调整。 由于本系统设计周期较短，加之作者经验和能力有限，还存在着一 些不足和问题，在以后的学习和工作中要通过不断的学习积累，加以改 进和提高。 8 2 山东大学硕士学位论文 参考文献 【1 】陈祖刚国内外造纸法薄片工艺与品质比较【】烟草科技，2 0 0 2 2 【2 】郭琳，李斌，黄焕桂我国烟草薄片生产工艺发展的综述【】中国烟草学 会工业委员会烟草化学学术研讨会，海南，2 0 0 5 3 】n a k a n i s h iy u k i o ，m i y a k o s h iy o s h i s a t o s h e e tt o b a c c oa n dm e t h o da n ds y s t e m f o rp r o d u c i n gt h es a m e p e p l 2 0 8 7 5 6 2 0 0 2 【4 】中国烟草总公司等烟草工业实用技术手册 m 】贵阳贵州人民出版社， 1 9 8 9 5 】王加深国产造纸法再造烟叶在烤烟型卷烟产品改造中的应用【】烟草科 技，2 0 0 4 3 6 】苏德成烟草化学与分析【m 】北京：中国财政经济出版社，2 0 0 0 7 】李正军现场总线与工业以太网及其应用系统设计 m 】人民邮电出版社， 2 0 0 6 【8 】曾毅现代运动控制系统工程【m 】机械工业出版社，2 0 0 6 【9 】李凤阁， 佟为明电气控制与可编程控制器应用技术 m 】机械工业出版 社，2 0 0 7 1 0 】r o c k w e l la u t o m a t i o n c o n t r o l l o g i xs e l e c t i o ng u i d e 2 0 0 5 【11 】r o c k w e l la u t o m a t i o n m u l t i - c h a n n e lh i g hs p e e dc o u n t e ru s e rm a n u a l p u b l i c a t i o n s 2 0 0 4 【12 】r o c k w e l la u t o m a t i o n r s n e t w o r xf o rd e v i c en e tg e t t i n gr e s u l t2 0 0 4 【1 3 】周美兰，周封，王岳宇p l c 电气控制与组态设计【m 】北京科学出版社， 2 0 0 3 【1 4 】陈洁p l c 基础及应用【m 】苏州：苏州大学出版社2 0 0 5 【15 姚锡禄变频器控制技术与应用【m 】福州：福建科学技术出版社，2 0 0 7 【16 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工控组态软与关系数据库o r a c l e 通讯研究 j j p l c & f a ，2 0 0 4 【31 】b i l lj e l e n ，t r a c ys y r s t a d e x c e l2 0 0 7v b a 与宏完全剖析【m 】北京：人民邮 电出版社，2 0 0 6 【2 4 g e t z ，k ，g i l b e r t ，m v b a 高级开发指南【m 】邱仲潘译北京- 电子工业出版 社，1 9 9 7 【3 2 】李正军计算机测控系统设计与应用【m 】北京：机械工业出版社，2 0 0 4 【3 3 苏小林计算机控制技术【m 】北京：中国电力出版社，2 0 0 4 3 4 】王再英，刘淮霞，陈毅静过程控制系统与仪表【m 】北京：机械工业出版 社，2 0 0 6 【3 5 】刘镇，姜学智，李东海p i d 控制器参数整定方法