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摘 要：在制糖工业生产过程中，对糖浆锤度这项技术指标有着严格的要求。在糖浆锤度控制稳定的前提下，才能更好地保证成品糖的产量。因此糖浆锤度的自动控制对制糖工业有着重要的意义。本系统采用西门子S7-200系列的PLC，通过对硬件的选型和软件配对，以编程软件STEP 7 micr/Win 编写控制程序，实现对生产工程中除毛箱的糖浆锤度进行自动调节。运用成熟的PID算法使得系统有较为满意的糖浆锤度控制效果。结合编程软件中的PID控制模块使得程序简洁。系统还对各种意外情况作出故障警告的处理，使得系统功能更加完善。本设计注重于过程量的控制，在STEP7 micr/Win中编写程序，并能根据生产环境进行参数自整定。
关键词：PID控制 糖浆锤度控制 PLC控制 Wincc flexible
1 糖浆锤度的自控方案
该控制系统的控制对象是除毛箱的糖浆锤度，大概的工作过程如下：
糖浆锤度计安装在除毛箱内，并被糖浆全部浸没。糖浆锤度计输出的密度数据和除毛箱的温度传感器输出的温度数据一起输送至PLC，在PLC内部进行运算和校正后，得出一个正确的糖浆浓度检测值，并根据这个正确的糖浆浓度检测值与根据生产要求设定的糖浆浓度检测值进行比较，从而得到一个差值；当糖浆浓度偏高，PLC就输出一个电信号给除毛箱的气动调节阀，令其开启，甜水就进入除毛箱，稀释除毛箱里的糖浆，使其浓度下降。随着糖浆浓度的下降，差值就会相应减少；PLC输出给气动调节阀电信号，相应发生变化，令气动调节阀的开启度逐渐关小；当糖浆浓度达到要求时，差值为零，气动调节阀全关闭。此外，当糖浆温度高于设定值时，PLC还根据检测到的温度值，输出相应的电信号对蒸气调节阀进行相应的调节，令到糖浆温度被控制在一个允许的范围。
糖浆浓度调节是两级调节。当糖浆浓度与设定值差距不超过某个数值时，PLC只控制除毛箱的加水调节阀开度，溶糖机加水调节阀处于关闭状态；当糖浆浓度与设定值差距超过一定值时，PLC输出信号给溶糖机加水调节阀，开启溶糖机加水调节阀。除毛箱的加水和加蒸汽的调节都是连续调节，调节阀的开度由检测到的糖浆浓度与设定值的差值作决定。
2 系统硬件设计
该自控系统是以西门子S7-200系列中CPU 226为控制中心，系统由以下部分组成：
①信号的输入：采集现场的模拟信号和开关量，包括糖浆锤度、糖浆温度和甜水流量。
②信号的转换：把采集到模拟量输入信号转换为0—20mA的标准电流信号，本系统采用EM231模拟量输入模块。
③信号的处理：CPU 226完成对模拟输入量的采集和数据量的处理并输出控制信号。
④信号的输出：CPU处理好的信号，通过EM232模块输出0—20mA的标准电流信号。
⑤信号的执行：根据标准的0—20mA电流输出信号，甜水与蒸汽调节閥做出相应的开度动作。
3 PID控制算法的选择与应用
该系统虽然符合PID闭环控制原理的要求，但是单回路PID控制算法对于糖浆锤度自控系统的控制效果并不太理想。由于糖浆必须先经过溶糖机和预灰桶的工艺处理后才进入除毛箱，糖浆传输过程形成了时间的纯滞后。根据糖浆锤度的过程特性和工艺要求，选取了以PID为基础的串级控制算法。
串级调节与单回路调节相比，多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中，因此，副调节回路能及时发现并消除干扰对主调节参数的影响，提高调节品质，可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器又能自动改变副调节器的给定值，提高了系统的适应能力。
糖浆锤度-甜水流量串级控制系统的方框图：
串级控制系统就是由两个调节器串联在一起，控制一个执行阀，实现定值控制的控制系统。采用以PID为基础的串级控制系统后，内部回路的交叉频率比外部回路高，使内部回路控制器有更高的增益，能够在没有危及系统的稳定性的情况下更有效的调节内部回路干扰事故的影响。糖浆锤度的控制有了较大的改善。与单回路系统相比，串级回路系统能迅速克服进入副回路的二次干扰，系统的工作频率得到提高，增大系统对糖浆锤度变化的适应能力。
4 结束语
本系统运用西门子Wincc flexible和S7-200系列的PLC构建了一个监控的糖浆锤度控制系统。由于系统采用以PID为基础的串级控制，从对象提取出副变量并增加了一个副环，整个系统克服干扰的能力更强，克服干扰的作用更及时，控制性能明显提高，较好地解决了系统大迟滞、非线性难题，得到了一个响应迅速、控制精度较高的糖浆锤度控制系统。该系统投入生产运行后，减少人为因素的影响，提高清糖浆的质量，减少煮糖回煮量，节省大量的加热蒸汽和炼糖用水量，降低集团公司的生产成本。最后，十分感谢技术中心和制糖厂的同事，在工艺流程、化验取样、机电仪安装、数据处理等方面作出的贡献。
参考文献
[1] 孙炳达.自动控制原理. 北京，机械工业出版社，2005.3
[2] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京，机械工业出版社，2008.1
[3] 施仁，刘文江，郑辑光，王勇.自动化仪表与过程控制[M].北京，电子工业出版社，2009.2
关键词：PID控制 糖浆锤度控制 PLC控制 Wincc flexible
1 糖浆锤度的自控方案
该控制系统的控制对象是除毛箱的糖浆锤度，大概的工作过程如下：
糖浆锤度计安装在除毛箱内，并被糖浆全部浸没。糖浆锤度计输出的密度数据和除毛箱的温度传感器输出的温度数据一起输送至PLC，在PLC内部进行运算和校正后，得出一个正确的糖浆浓度检测值，并根据这个正确的糖浆浓度检测值与根据生产要求设定的糖浆浓度检测值进行比较，从而得到一个差值；当糖浆浓度偏高，PLC就输出一个电信号给除毛箱的气动调节阀，令其开启，甜水就进入除毛箱，稀释除毛箱里的糖浆，使其浓度下降。随着糖浆浓度的下降，差值就会相应减少；PLC输出给气动调节阀电信号，相应发生变化，令气动调节阀的开启度逐渐关小；当糖浆浓度达到要求时，差值为零，气动调节阀全关闭。此外，当糖浆温度高于设定值时，PLC还根据检测到的温度值，输出相应的电信号对蒸气调节阀进行相应的调节，令到糖浆温度被控制在一个允许的范围。
糖浆浓度调节是两级调节。当糖浆浓度与设定值差距不超过某个数值时，PLC只控制除毛箱的加水调节阀开度，溶糖机加水调节阀处于关闭状态；当糖浆浓度与设定值差距超过一定值时，PLC输出信号给溶糖机加水调节阀，开启溶糖机加水调节阀。除毛箱的加水和加蒸汽的调节都是连续调节，调节阀的开度由检测到的糖浆浓度与设定值的差值作决定。
2 系统硬件设计
该自控系统是以西门子S7-200系列中CPU 226为控制中心，系统由以下部分组成：
①信号的输入：采集现场的模拟信号和开关量，包括糖浆锤度、糖浆温度和甜水流量。
②信号的转换：把采集到模拟量输入信号转换为0—20mA的标准电流信号，本系统采用EM231模拟量输入模块。
③信号的处理：CPU 226完成对模拟输入量的采集和数据量的处理并输出控制信号。
④信号的输出：CPU处理好的信号，通过EM232模块输出0—20mA的标准电流信号。
⑤信号的执行：根据标准的0—20mA电流输出信号，甜水与蒸汽调节閥做出相应的开度动作。
3 PID控制算法的选择与应用
该系统虽然符合PID闭环控制原理的要求，但是单回路PID控制算法对于糖浆锤度自控系统的控制效果并不太理想。由于糖浆必须先经过溶糖机和预灰桶的工艺处理后才进入除毛箱，糖浆传输过程形成了时间的纯滞后。根据糖浆锤度的过程特性和工艺要求，选取了以PID为基础的串级控制算法。
串级调节与单回路调节相比，多了一个副调节回路。调节系统的主要干扰都包括在副调节回路中，因此，副调节回路能及时发现并消除干扰对主调节参数的影响，提高调节品质，可以克服调节机构的滞后和非线性的影响。而当主调节参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器又能自动改变副调节器的给定值，提高了系统的适应能力。
糖浆锤度-甜水流量串级控制系统的方框图：
串级控制系统就是由两个调节器串联在一起，控制一个执行阀，实现定值控制的控制系统。采用以PID为基础的串级控制系统后，内部回路的交叉频率比外部回路高，使内部回路控制器有更高的增益，能够在没有危及系统的稳定性的情况下更有效的调节内部回路干扰事故的影响。糖浆锤度的控制有了较大的改善。与单回路系统相比，串级回路系统能迅速克服进入副回路的二次干扰，系统的工作频率得到提高，增大系统对糖浆锤度变化的适应能力。
4 结束语
本系统运用西门子Wincc flexible和S7-200系列的PLC构建了一个监控的糖浆锤度控制系统。由于系统采用以PID为基础的串级控制，从对象提取出副变量并增加了一个副环，整个系统克服干扰的能力更强，克服干扰的作用更及时，控制性能明显提高，较好地解决了系统大迟滞、非线性难题，得到了一个响应迅速、控制精度较高的糖浆锤度控制系统。该系统投入生产运行后，减少人为因素的影响，提高清糖浆的质量，减少煮糖回煮量，节省大量的加热蒸汽和炼糖用水量，降低集团公司的生产成本。最后，十分感谢技术中心和制糖厂的同事，在工艺流程、化验取样、机电仪安装、数据处理等方面作出的贡献。
参考文献
[1] 孙炳达.自动控制原理. 北京，机械工业出版社，2005.3
[2] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京，机械工业出版社，2008.1
[3] 施仁，刘文江，郑辑光，王勇.自动化仪表与过程控制[M].北京，电子工业出版社，2009.2