系统控制的关键是压力

1、一、系统控制的关键是压力从系统工作的实际过程来看，压力控制可分为二个阶段：起始加压，正常工作压力控制和工作结束时卸荷。1.起始加压和工作结束时卸荷。系统工作压力较高时，有的高压设备工作压力达60MPa，如果设备直接加压至工作压力P 工作或由工作压力P 工作直接卸荷至0 MPA, 必然会产生大的压力冲击, 严重损伤设备降低设备使用寿命, 甚至发生事故。,为了解决这个问题，可使设备缓慢加压和卸荷，如图1。设备加压时，使系统压力沿加压曲线缓慢上升，经过一段时间（如10 分钟，可设定），压力达到P 工作时停止加压，系统进入工作状态。设备卸荷时，使系统压力沿卸荷曲线缓慢卸压，经过一段时间，系统压力卸至

2、0 MPA 时，系统停止卸压。加压和卸压的控制在实际工作中是容易实现的。2. 正常工作压力控制。正常工作压力控制方法：由于系统压力变化是非线性的，而且受各种因素如加工精度、温度、物料粘度等的影响较大，因而系统是非定常的 , 时变的。对这种非线性时变，且无法建立其数学模型的系统，用传统的控制理论方法是难以保证控制效果的，只能采用在不了解系统数学模型基础上的控制方法，当今常用的模糊控制方法能比较好地解决本系统控制问题。本系统具有其特殊性。由于系统采用往复柱塞泵送液体物料，压力脉动较大，要想象一般控制系统一样精确控制压力是很难的。从设备要求的性能来看，有一定的压力波动对均质效果反而有好处，这种压力脉

3、动可加剧物料颗粒的相对运动，使它们受到更多的碰撞和剪切，产生更好的细化效果。但压力脉动太大也有不利的一面，压力脉动过大使系统工作不稳定，降低关键部位件的使用寿命。总之，从系统性能要求来看，最好压力能在一个较小的范围内有压力脉动，而当压力超出这个范围时能很快回到这个范围里来。具体控制方法：如图2，系统允许压力范围P1， P2，当压力P P1， P2时，系统正常工作。（P2，P4）U（ P3， P1）为模糊控制区，在这个范围内根据压力偏差E 及其变化律C调整压力，使之回到P1， P2区间内。为保证控制迅速可靠，0， P3U P4，+ 区间内采用砰砰控制，给予系统最大调整量，当压力回到P3， P4时

4、再由模糊控制使压力回到P1， P2之内。图 2 压力控制分区3.压力阻尼由于往复泵的压力变化较大，根据设备使用的实际要求，允许对压力进行一定阻尼之后的信号作为控制输入信号，使系统具有较好的稳定性。这种阻尼可采用两个环节：其一，为保证传感器和均质阀之间加一阻尼器，使传感器的输入压力有所衰减。其二，由压力传感器输出的信号不直接作为压力输入信号，而使之经过一阻尼环节，本系统可采用一惯性环节阻尼输入信号，之后再输入控制器中。这种阻尼参数调整应恰当，一方面要使系统稳定工作，另一方面又要不使压力信号过分失真，影响控制效果。二、流量的控制是容易实现的。我们知道， 往复柱塞泵属于容积式泵， 其理论流量与压力无

5、关，表达式为 Q nzd2s /4 ，其中柱塞数、柱塞直径、柱塞行程对于同一台机器而言是固定的，不可更改，唯一可以变动的就是柱塞往复运动的频率。因此，通过变频可以方便地控制电机转速，从而改变柱塞运动频率，达到控制流量的目的。三、系统硬件分析设计1. 机器对系统硬件的要求：能够实现控制作用。具体地说，能够正确控制如下元件：主电机、油泵、电磁卸荷阀、步进电机、出料换向阀，以及能够检测系统压力信号、进出料状况、冷却润滑情况等。性能可靠。元件动作正确，对环境的适应性强。具有良好的抗干扰能力。便于安装、维修。2.硬件设计总体方案。为保证系统控制的可靠性，选用PLC 为中心控制元件，控制系统压力及各开关量

6、。总体结构如图3图 3 系统硬件结构图3. PLC选择过程中应注意的一些问题。输入、输出电压为 24V 并有足够的开关输入、输出接点。PLC的响应速度要快，能够跟上压力的变化。PLC 要具有高的可靠性、抗干扰性，以适用均质机较恶劣的使用工况。四、系统软件分析设计1. 机器工作过程分析。开机：首先由PLC 发信号开控制油泵，关卸荷阀，而主电机未开，这时 PLC检测控制油路压力P 控是否小于P0，如果 P 控PO，系统可正常开机。如果系统由于工作过程中突然断电等原因使机器未卸荷即停止工作，这时P控>P 。如果直接开机，压力冲O击会给机器带来损害，为此应先使系统卸压，当P控P 时卸O压完毕。加

7、压：如果 P控P ，开主电机，系统正常加压， 当系统压力 PPO正常即停止加压。系统正常工作：正常工作过程中，PLC 监视机器工作状态，以模糊控制理论控制系统压力。关机：当P 控 PO时，系统卸荷完毕，关液压泵、开卸荷阀、关主电机。特殊工况 强制关机在任何情况下关机，都应先卸荷后关机。无料关机如进料口断料或来料不足，进料口传感器发出信号，系统卸荷关机报警。料满关机如储料罐料满，传感器发出电信号，系统卸荷关机报警。断水关机如冷却水压力低于设定值，传感器发出信号，系统卸荷关机报警。断油关机如润滑油压力低于设定值，传感器发出信号，系统卸荷关机报警故障关机系统具有一定自检测故障，如果系统突然大幅度失压

8、，或加不上压力时，系统发出故障报警并关机卸荷。2.系统软件总体结构如图4图 4 程序总结构框图在此，将略去各硬件的造型及功能介绍，并省去程序的具体设计。作为一台实际使用的机器除了配置全自动控制系统以外，还必须配置手动控制系统。这是因为：其一，机器调试时，为了解部件的装配情况，必须用手动控制；其二，自动控制系统发生故障而又必须开机时，也要用手动控制。全自动控制均质机、喷雾泵的使用有其现实意义，下面拟用两个实例加以说明。1. 在采用超高温瞬时灭菌的物料处理系统中的应用APV公司多年前就推出间接加热超高温处理的超自动控制装置，处理过程流程图如下：图5 APV公司超自动控制装置中物料流程图包括灌装器在

9、内的整个装置的情况采用“就地清洗系统”，都编成了程序卡片。 操作人员只要按下“清洗”按钮，不需要人工拆除设备，余后的一切装置自动完成：全部清洗过程装置的消毒过程也是如此。总之，本装置的整个操作过程，包括清洗、装置消毒、起动。停车以及产品处理都预先编排程序。这一设计将使操作人员的工作大为简化，只要按下“起动”按钮，余下的工作就自动完成。 因此， 均质机亦必须采用全自动控制，对于提高系统的可靠性和先进性有着决定性的意义，否则，这一系统也就名不符实了。2. 在高压喷雾系统中的应用工业制粉时都要用到喷雾泵，喷雾原理就是利用喷嘴的节流作用而产生喷雾压力，如下图：图6喷雾泵原理图目前所有的喷雾泵几乎都是手工操作。 由于喷嘴受到液态制品的高速冲刷， 其磨损是渐进的。 随着喷嘴直径受到磨损而变大，喷嘴压力 P 就会逐渐下降 , 当达到一定偏差之后，就要进行人工调整，如果调整不及时，就会导致产品粗细不均，质量下降。如果采用全自动控制喷雾泵，一旦压力 P 降至设定区域之下， PLC 接到压力传感器送来的信号后，即发出指令驱动步进电机，调整压力。这一调整过程是随机迅速完成，保证了产品质量的稳定。另外，由于喷雾泵出口至喷嘴的管道内充满了高压液态物料