陶瓷壓磚機(jī)的壓力閉環(huán)控制研究

蘇龍保，楊金輝，周恩杰

（佛山市恒力泰機(jī)械有限公司，佛山 528000）

1 前言

陶瓷壓磚機(jī)是以液壓驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行壓制粉料成型的設(shè)備，在使用過程中，粉料的成型壓力是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。因此對(duì)陶瓷壓磚機(jī)的成型壓力控制也是設(shè)備性能的關(guān)鍵指標(biāo)。也是生產(chǎn)產(chǎn)品的關(guān)鍵之一，壓力的穩(wěn)定性對(duì)產(chǎn)品的成型以及質(zhì)量穩(wěn)定起到?jīng)Q定性的作用。低壓壓力決定了產(chǎn)品的分層與否，最終成型壓力穩(wěn)定決定了磚坯厚度尺寸的穩(wěn)定性。當(dāng)前市場(chǎng)磚坯規(guī)格尺寸越做越大，對(duì)壓力的控制要求越來越高，一點(diǎn)點(diǎn)的不穩(wěn)定直接導(dǎo)致磚坯的質(zhì)量出現(xiàn)問題。所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對(duì)人員的要求也是極高，而且需要頻繁檢測(cè)粉料的情況以防造成壓力波動(dòng)引起磚坯質(zhì)量問題。針對(duì)此種情況，需要研究一種新型的壓力控制方法，以便降低生產(chǎn)人員的要求以及工作強(qiáng)度。

2 當(dāng)前壓力控制方法

當(dāng)前陶瓷壓磚機(jī)有普通插裝閥控制與比例閥控制，普通插裝閥控制壓力普遍用于小機(jī)型以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，大部分場(chǎng)合均需要比例閥控制，以完成更精準(zhǔn)的壓力控制要求，以達(dá)到高質(zhì)量的產(chǎn)品。

本文主要針對(duì)比例閥控制壓力的場(chǎng)合進(jìn)行研究。常規(guī)的比例閥控制均是到達(dá)壓力即開始關(guān)閉比例閥，此種控制簡單明了。如圖1 所示：開始加壓時(shí)，按照設(shè)定開度給到比例閥；當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力P1 時(shí)，開始給定比例閥0的指令讓比例閥關(guān)閉；當(dāng)比例閥完全關(guān)閉時(shí)，壓力上升到P2，至此一個(gè)加壓過程完成。整個(gè)控制過程簡單明了，是最為簡單的一種壓力控制，但是此種壓力控制存在很多不確定因素：比例閥完全關(guān)閉后的最終成型壓力P2跟需要的成型壓力P1 可能存在較大差距，對(duì)磚坯的影響比較大，特別是第一次加壓過程。隨著比例閥開度的給定越大，最終比例閥完全關(guān)閉后上升增加的壓力會(huì)越多，跟實(shí)際需求的壓力偏差會(huì)越大，完全靠人為去判斷及預(yù)估。此種控制最終的壓力偏差完全超過了薄磚能承受的壓力波動(dòng)，磚坯質(zhì)量很難達(dá)標(biāo)。

圖1 濕法水玻璃濾渣生產(chǎn)零水偏硅酸鈉工藝流程圖

圖1 壓力控制模型1

3 壓力閉環(huán)控制方法

要想最終達(dá)到精準(zhǔn)的目標(biāo)壓力，必不可少的需要進(jìn)行過程控制，因?yàn)樵谡麄€(gè)控制回路中很多因素會(huì)影響壓力的變化，比如管道的長短、供油壓力的波動(dòng)、比例閥的閥芯磨損、其他閥的泄露等。以下著重介紹一種閉環(huán)控制方法，如圖2 框圖所示，根據(jù)目標(biāo)壓力P 以及設(shè)定的比例閥開口度V 通過算法計(jì)算出預(yù)控系數(shù)K，當(dāng)開始加壓時(shí)，直接給定比例閥開度V，當(dāng)實(shí)時(shí)壓力達(dá)到K*P 時(shí)，則開始切入PID 控制，進(jìn)一步精準(zhǔn)控制.

圖2 濕法水玻璃濾渣生產(chǎn)零水偏硅酸鈉設(shè)備相對(duì)位置示意圖

圖2 壓力閉環(huán)控制框圖

此種控制模式，增加一個(gè)預(yù)控K，保證加壓開始時(shí)能盡量多的往油缸里充油，節(jié)省時(shí)間，待達(dá)到一定壓力切入PID 閉環(huán)控制進(jìn)行控制最終的目標(biāo)壓力。避免直接使用PID 控制在剛開始加壓時(shí)耗費(fèi)很多時(shí)間進(jìn)行油缸充油，影響整機(jī)性能。

PID 控制模塊如下：

e(k):目標(biāo)壓力與實(shí)時(shí)壓力的差值

比例環(huán)節(jié)：根據(jù)壓力偏差，成比例產(chǎn)生控制信號(hào)

積分環(huán)節(jié)：對(duì)過程誤差進(jìn)行累積

微分環(huán)節(jié)：消除靜態(tài)誤差

進(jìn)入PID 控制模式，相當(dāng)于控制壓力增長的一個(gè)減速過程，在此過程需要合適的PID 參數(shù)，保證最終壓力的準(zhǔn)確以及消耗時(shí)間最少。同時(shí)在連續(xù)運(yùn)行過程中需要加入?yún)?shù)自適應(yīng)，防止出現(xiàn)粉料波動(dòng)等情況導(dǎo)致加壓時(shí)間加長，影響設(shè)備的生產(chǎn)效率。

4 壓力閉環(huán)控制試驗(yàn)測(cè)試

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，來驗(yàn)證以及完善過程PID 控制參數(shù)的優(yōu)化。根據(jù)設(shè)定壓力、給定閥開度，確定合適的PID 參數(shù)，同時(shí)在連續(xù)運(yùn)行過程中再進(jìn)行在線識(shí)別并修正參數(shù)，達(dá)到壓力控制更精準(zhǔn)、時(shí)間更少。控制效果如圖3 所示。此種控制模式，能夠有效解決當(dāng)前大規(guī)格磚坯壓制過程中的壓力不穩(wěn)定導(dǎo)致的分層、尺寸波動(dòng)大等問題。進(jìn)一步提升的產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高了生產(chǎn)設(shè)備的性能。

圖3 壓力閉環(huán)控制曲線

5 壓力閉環(huán)控制的推廣應(yīng)用

通過實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及連續(xù)生產(chǎn)驗(yàn)證了壓力閉環(huán)控制是可行的，并且得到了顯著的效果。結(jié)合高速運(yùn)算能力的控制器，其控制效果更加優(yōu)異，目前此種壓力閉環(huán)控制方法已經(jīng)應(yīng)用到恒力泰的配備比例閥壓力控制的壓機(jī)，進(jìn)一步降低了客戶的使用要求，提高客戶的產(chǎn)品生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。