飲用水杯自動封口控制系統的研究

摘要：普通的飲水玻璃杯的封口和壓絲過程全程由人工控制，手動調節氧氣和煤氣的混合比例及點火時間，存在精度差、速度慢、有一定危險性等問題。本文研發的一種飲用水杯自動封口和壓絲系統，由西門子PLC控制器依據火頭溫度，通過自適應模糊控制算法，由模擬量實時控制氧氣和煤氣的混合比例，由閉環控制實現混合比的精確控制。

關鍵詞：飲水玻璃杯；封口；自適應模糊控制

中圖分類號：TH 文獻標識碼：A 文章編號：

0引言

玻璃杯自動封口機對保證玻璃杯產品的產品質量、降低現場工人的操作強度及工作環境的危險性有重要意義。目前玻璃杯產品的封口設備非常落后，基本為手動或半自動設備，不但存在安全隱患，而且對現場工人的熟練程度要求較高，用工成本隨之增加，更重要的是落后的生產設備大大限制了玻璃杯制造業的生產能力。因此，為玻璃杯設計一種自動化智能封口設備，提高玻璃杯產業鏈的自動化和先進性勢在必行。

1飲用水杯自動封口控制系統方案設計

本文設計的飲用水杯封口溫度控制系統，利用模糊理論實時監控溫度，由西門子PLC控制器依據火頭溫度，通過自適應模糊控制算法，由模擬量實時控制氧氣和煤氣的混合比例，由閉環控制實現混合比的精確控制。

2模糊控制結構圖

模糊控制的輸入量為水杯內的溫度偏差及其變化率，輸出量的控制對象為水加熱器等，結構圖如圖1

3模糊控制數據

設定溫度偏差e的論域取[-5，+5]，溫度偏差變化率 的論域取[-3，+3]，控制器的輸出量為PID的比例、微分和積分系數變化值

輸出 的論域取為[-0.3，+0.3]， 的論域取為[-0.06，+0.06]，

的論域取為[-3，+3]，模糊子集{NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB}，分別代表負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。輸入輸出隸屬度函數均設為Gauss型，如圖2所示。

解模糊控制采用重心法（centroid），表達式為：

式中， -解模糊輸出量；y-輸出變量；u-模糊集隸屬度函數；min-解模糊值下限；max-解模糊值上限。

4模糊控制流程

通過計算當前系統誤差e和誤差變化率ec，查詢模糊控制規則對參數在線調節，保證溫度穩定。通過采集水杯內部溫度，在規定的采樣周期內，計算出內部溫度實測值與設定值的偏差和偏差變化率，將比較值送入模糊控制器進行運算，在線調用模糊控制規則對參數進行修改，計算得出PLC輸出端的模擬量，自動調節水加熱器輸出功率，獲得良好的溫度控制效果，其控制流程圖3所示。

五 模糊算法仿真分析

基于Matlab/Simulink軟件，建立數學模型進行控制系統的仿真。控制系統的采樣周期約為10ms，建立的控制對象模型，表達式為：

仿真程序如圖4所示。

仿真結果如圖5所示。

結論

在PLC控制器中，需要對燒杯火頭溫度進行實時控制，控制算法主要采用了基于自適應PID的模糊控制算法，建立模糊控制算法的決策表，以火頭溫度為反饋量，以煤氣和氧氣的伺服控制閥為控制點，改變混合比例，達到控制溫度的目的，該算法通過仿真驗證具有良好的控制效果。

參考文獻：

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作者簡介：賈祥云，女，機械設計制造及自動化專業。現在日照職業技術學院從事機電一體化專業教學，研究方向：機電一體化.