食品厂煮糖工艺温度精确控制系统
日期：2009-5-19 23:11:44 来源：中国自动化网
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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。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
一、工艺概述
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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)。
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
二、控制要求
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
1．温度、浓度在线检测并无纸记录；
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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℃。
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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。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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℃。）
plcjs.技.术_网
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℃。
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三、工艺流程图
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四、系统分析及解决方案
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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。
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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。
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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。
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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。
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