340水壓機(jī)打壓壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)人機(jī)界面

孫文祥

摘 要：本文主要針對(duì)水壓機(jī)設(shè)備主增壓器的動(dòng)作，設(shè)計(jì)一套人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過(guò)PLC程序精細(xì)化控制，從而實(shí)現(xiàn)主增壓器自動(dòng)跟隨水壓壓力調(diào)整，來(lái)保障打壓壓力穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：增壓器;水壓機(jī);PID;WINCC;壓力

一、引言

340水壓機(jī)有兩個(gè)主增壓器，分為低壓增壓器跟高壓增壓器。增壓器動(dòng)作采用比例閥控制。高壓打壓生產(chǎn)時(shí)，兩個(gè)主增壓器聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)完成打壓。

二、原有技術(shù)：

340水壓機(jī)打壓生產(chǎn)時(shí)，打壓壓力曲線正常情況下整個(gè)過(guò)程表現(xiàn)應(yīng)為前期壓力開(kāi)始上升，等上升到保壓點(diǎn)后，打壓壓力表指針保持不動(dòng)，曲線平穩(wěn)，保壓時(shí)間到后，壓力下降至歸零。但實(shí)際的表現(xiàn)會(huì)是壓力表指針保壓期間頻繁震蕩抖動(dòng)不穩(wěn)，或者直接出現(xiàn)壓力到達(dá)設(shè)定點(diǎn)后就壓力下滑，尤其是生產(chǎn)高壓、超高壓的情況下，表現(xiàn)最為明顯。

三、存在問(wèn)題：

參數(shù)調(diào)整，比如說(shuō)壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)等參數(shù)，想要修改，需要查找PLC程序，查找麻煩耗時(shí)，影響檢修調(diào)試時(shí)間，而且只能電氣維修人員專人修改。

（2）最大的問(wèn)題就是保壓期間壓力產(chǎn)生波動(dòng)或大幅下滑，無(wú)法精準(zhǔn)的試驗(yàn)鋼管質(zhì)量，而監(jiān)造審核對(duì)保壓的要求基本就是壓力表指針達(dá)到設(shè)定壓力保壓期間一動(dòng)不動(dòng)，所以既不能滿足監(jiān)造審核要求，也無(wú)法正常進(jìn)行生產(chǎn)，只能停機(jī)檢修。

首先漏水點(diǎn)難查找，需耗費(fèi)大量檢修時(shí)間，而且查找的時(shí)候必須邊打壓生產(chǎn)邊查找，存在較大安全隱患。其次，維修漏水點(diǎn)的部位維修頻次高，耗時(shí)長(zhǎng)。

四、設(shè)計(jì)內(nèi)容：

1.設(shè)計(jì)理念：

分析主增壓器的控制過(guò)程，查詢控制參數(shù)，歸納總結(jié)，將重要參數(shù)變成可更改的量值，通過(guò)改變參數(shù)控制主增壓器的動(dòng)作，來(lái)最終達(dá)到漏與補(bǔ)的平衡，最終實(shí)現(xiàn)保壓穩(wěn)定。

2.具體方案：

（1）解讀340水壓機(jī)PLC程序，尋找主增壓器比例閥關(guān)鍵控制參數(shù)。

比例閥采用PID調(diào)節(jié)。其中主要涉及的關(guān)鍵參數(shù)有：MD3734（打壓設(shè)定壓力與實(shí)際打壓壓力的差值），MD3742（斜坡斜率），MD3738（比例閥壓力傳感器換算值），MD876，MD3746，MD844等等。

（2）分析上述關(guān)鍵參數(shù)，尋找其中可做改變的量值。

尋找原則有三點(diǎn)：首先人員查找更改相對(duì)簡(jiǎn)單方便，其次是不做大面積程序修改，最后是更改此值后壓力曲線有較明顯的優(yōu)質(zhì)變化。

按照PID調(diào)節(jié)的順序先比例后積分，最后才是微分的順序，首先先查找比例P值的參數(shù)，PLC程序中將其設(shè)為一條直線即y（比例P值）=kx+b，其中斜率k的換算主要由數(shù)據(jù)塊DB45（高壓）和DB48（低壓）里的參數(shù)決定。該數(shù)據(jù)塊里的參數(shù)是這樣調(diào)用的：根據(jù)打壓生產(chǎn)管料口徑的不同，PLC程序自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的參數(shù)組，每組參數(shù)由18個(gè)值組成，選擇調(diào)用后再通過(guò)MOVE指令最終都將參數(shù)發(fā)給P#DB45.DBX 0.0 REAL 18（高壓）和P#DB48.DBX 0.0 REAL 18（低壓）。其中兩個(gè)參數(shù)DB45.DBD24（Maximum Proportional Gain）和DB45.DBD28（Minimum Proportional Gain）對(duì)k值的換算起決定作用。而b值的換算也是由DB45.DBD28（Minimum Proportional Gain）決定，為了進(jìn)行精細(xì)化調(diào)控，所以兩個(gè)值需要仍保持原值分開(kāi)更改，而不能做合并換算當(dāng)一個(gè)值使用。

由上述數(shù)據(jù)分析所得，每次想更改比例P值，只要更改數(shù)據(jù)塊里每組參數(shù)中的上述兩個(gè)值即可，但從上述程序截圖也可看出存在三個(gè)問(wèn)題：一是每次查找挑出調(diào)用的那組參數(shù)比較麻煩費(fèi)時(shí)而且易出錯(cuò)，二是每次修改參數(shù)都是修改原始數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)更改混亂的可能，三是實(shí)際調(diào)試中壓力曲線穩(wěn)定性差，要一直頻繁的調(diào)整參數(shù)，而更改參數(shù)又只能在PLC程序中進(jìn)行，只能電氣維修人員修改，栓人且耗時(shí)。

（3）針對(duì)上述問(wèn)題制定對(duì)策綜合處理，由于340水壓機(jī)操作觸摸屏更改空間有限，也為了以后優(yōu)化開(kāi)發(fā)設(shè)備功能方便，還要節(jié)省維修費(fèi)用。所以我們首先在340水壓機(jī)已有電腦上做一套wincc人機(jī)界面，與340水壓機(jī)PLC通訊上投入使用。然后更改PLC程序，添加兩個(gè)中間過(guò)程量MD2164和MD2168（高壓），從而避免原始數(shù)據(jù)的修改。

做好程序后最后添加wincc壓力曲線比例P值調(diào)節(jié)參數(shù)畫面。主要方案如下：當(dāng)操作工在wincc畫面上設(shè)定管料口徑與實(shí)際生產(chǎn)管料（操作工根據(jù)合同要求在觸摸屏下拉菜單選擇管料口徑）一致時(shí)，即可根據(jù)實(shí)際打壓壓力曲線的情況調(diào)節(jié)過(guò)程參數(shù)PG max和PG min，畫面上為防止混亂就不做高壓低壓區(qū)分，PLC程序后臺(tái)自動(dòng)選擇換算進(jìn)行調(diào)節(jié)。

以上辦法經(jīng)調(diào)試已基本解決了壓力曲線調(diào)整的目的，但是仍然會(huì)出現(xiàn)設(shè)備不穩(wěn)定的情況，即打幾支管料之后壓力曲線又變樣了，設(shè)備又出現(xiàn)了新的狀態(tài)，所以又要對(duì)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，就這樣需要人員一直處于調(diào)試參數(shù)中，比較栓人。

同樣還有一種情況，即壓力曲線震蕩出現(xiàn)小尖峰，表現(xiàn)為壓力表指針突然飄高，而且通過(guò)改變比例P值無(wú)法輕易消掉，這就需要調(diào)整一下PID調(diào)節(jié)的D微分環(huán)節(jié)來(lái)配合。

針對(duì)以上兩種情況查詢PLC程序中比例與微分的換算，進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)其中都牽扯到參數(shù)MD3734，也就是所謂的誤差壓差，即設(shè)定與實(shí)際壓力的差值，也還是比例調(diào)節(jié)y=kx+b其中的x。

主要方案如下：將MD3734做成動(dòng)態(tài)量，讓其跟隨實(shí)際壓力變化周期內(nèi)做微小的浮動(dòng)，這樣既能將比例調(diào)節(jié)做成微小精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，也同時(shí)可以對(duì)微分調(diào)節(jié)進(jìn)行改動(dòng)，使之與比例調(diào)節(jié)相互協(xié)作，兩者結(jié)合來(lái)調(diào)整壓力曲線。從而既能解決比例調(diào)節(jié)不具備實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，也能良好的去掉壓力曲線震蕩的小尖峰。

針對(duì)MD3734繼續(xù)深化PLC程序分析，發(fā)現(xiàn)只要更改程序塊FC68里的一個(gè)比例系數(shù)就能對(duì)MD3734進(jìn)行變化。所以設(shè)計(jì)調(diào)試一段新程序，目的是將這個(gè)系數(shù)在周期時(shí)間內(nèi)跟隨實(shí)際壓力的變化做跟隨響應(yīng)。

做好程序后最后添加wincc FC68壓力系數(shù)調(diào)節(jié)畫面。主要方案如下：將此壓力系數(shù)的調(diào)節(jié)匹配PLC程序在畫面上區(qū)分高低壓，畫面可根據(jù)打壓壓壓力的設(shè)定自動(dòng)將可調(diào)的部分變綠，提示“可修改”。系數(shù)分為實(shí)際值與設(shè)定值，其中還做了“動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模式”選擇按鈕，主要針對(duì)設(shè)備狀態(tài)極不穩(wěn)定的時(shí)候。

當(dāng)啟用動(dòng)態(tài)模式時(shí)，壓力系數(shù)變化將以設(shè)定值為中心，比對(duì)實(shí)際壓力情況周期內(nèi)自動(dòng)動(dòng)態(tài)跟隨調(diào)節(jié)浮動(dòng)。即進(jìn)入保壓期間時(shí)，若壓力表指針下滑，系數(shù)將自動(dòng)提高，增大誤差，從而適當(dāng)提高比例與微分值，反之降低。每打壓完一根管料時(shí)，實(shí)際值都將恢復(fù)到與設(shè)定值相等，生產(chǎn)下一根管料時(shí)，重新再自動(dòng)調(diào)整。至于這其中的調(diào)節(jié)周期要多長(zhǎng)，下滑多少的時(shí)候又提高多少，這些問(wèn)題已基本通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)試出參數(shù)。

當(dāng)不啟用時(shí)，設(shè)定值就與實(shí)際值相等。設(shè)備就以設(shè)定值為準(zhǔn)并保持不變進(jìn)行生產(chǎn)。設(shè)定值的修改只有在動(dòng)態(tài)模式“不啟用”的情況下才可進(jìn)行，否則無(wú)法修改。

同時(shí)，由于打壓壓力傳感器壓力與壓力表壓力應(yīng)該相同，但可能之間存在誤差，也會(huì)影響到壓力曲線，所以也在畫面上做出了壓力傳感器校準(zhǔn)以及壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)畫面，方便調(diào)整。

本文中主要針對(duì)PID調(diào)節(jié)中的比例調(diào)節(jié)做了大量改動(dòng)，微分稍作調(diào)整，因在實(shí)際調(diào)試中，壓力曲線已經(jīng)有明顯優(yōu)質(zhì)變化，基本滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

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