蒸煮過程是造紙工業(yè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是復(fù)雜的化學(xué)化工過程。在蒸煮過程中，由于漿溫度的測(cè)量要大大難于壓力的測(cè)量，故一般根據(jù)溫度與飽和蒸汽的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過控制壓力來間接地控制漿的溫度，反映在實(shí)際控制過程中即是控制飽和蒸汽閥門的開度來調(diào)節(jié)蒸煮的溫度。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分，在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用是接受來自調(diào)節(jié)單元的控制信號(hào)，使調(diào)節(jié)閥的開度產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。其中，電動(dòng)執(zhí)行器具有動(dòng)作快、適合遠(yuǎn)距離信號(hào)傳送、便于和計(jì)算機(jī)配合使用等優(yōu)點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)過程中的廣泛應(yīng)用，電動(dòng)執(zhí)行器越來越多地被應(yīng)用。在蒸煮車間的控制環(huán)節(jié)中引入開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器將會(huì)有更大的優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)常用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不足。
1開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器與傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器的比較
常用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括伺服放大器和執(zhí)行器（以常用的調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例）兩個(gè)部分，其中伺服放大囂放大輸入信號(hào)Id與反饋信號(hào)If的偏差，根據(jù)偏差信號(hào)的正負(fù)與大小驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)角的大小，起到調(diào)節(jié)閥門的作用。調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛，但是在工控中存在著以下幾個(gè)缺點(diǎn)：①加入伺服放大器，加大了硬件的投資；②中間環(huán)節(jié)多，接線復(fù)雜，故障率增大，檢修困難；③伺服放大器本身等效于繼電特性的非線性環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)整定和實(shí)際控制效果都會(huì)有一定的影響，從而使控制效果變差，甚至發(fā)生震蕩；④信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送時(shí)容易受到干擾。
開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器在以下幾個(gè)方面存在優(yōu)勢(shì)：①開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器接受220V開關(guān)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)閥門電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從控制柜到現(xiàn)場(chǎng)就可以用動(dòng)力線代替以前的信號(hào)線，避免了4~20mA信號(hào)在傳輸中可能受到的干擾；②省去伺服放大器，相當(dāng)于去掉了-個(gè)非線性環(huán)節(jié)，同時(shí)減少了時(shí)間延遲，使控制效果更好；③省去了伺服放大器，節(jié)省了成本，也使接線簡(jiǎn)單；④開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器響應(yīng)速度快，執(zhí)行精度高，工藝上進(jìn)行了針對(duì)開關(guān)信號(hào)頻繁而設(shè)計(jì)的長(zhǎng)壽命電機(jī)，并配有電氣機(jī)械限位開關(guān)和位置測(cè)量開關(guān)，保證了它的準(zhǔn)確可靠運(yùn)行。
傳統(tǒng)工業(yè)控制原理框圖見圖1，本文采用的控制原理圖見圖2。
2開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器的直接數(shù)字PID控制方案
我們?cè)谀吃旒垙S蒸煮車間的蒸煮控制中，省去笨重的伺服放大器，采用精度較高的開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器，直接由計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)控制，同時(shí)編制相應(yīng)的直接數(shù)字比例積分微分（PID）控制程序，投運(yùn)以來取得了較好的控制效果，得到了工廠的一致贊同和認(rèn)可。
開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器接線圖如圖3。上位監(jiān)控采用組態(tài)軟件，滑動(dòng)電阻取得閥位信號(hào)，固態(tài)繼電器轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。
根據(jù)控制的要求和硬件上的改動(dòng).我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的PID控制程序。首先進(jìn)行初始值的設(shè)定，包括蒸煮過程控制工藝曲線，即溫度設(shè)定值（Sv），閥門的動(dòng)作周期長(zhǎng)度T（在一個(gè)周期里閥門有三種可能狀態(tài)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和保持不變，用戶可以在線修改T來調(diào)整閥門開關(guān)頻度），控制精度ε（即可以允許的上下溫度變化范圍，能夠表示用戶所要求的控制精度，當(dāng)溫度偏差在ε以內(nèi)時(shí)，輸出保持信號(hào)使閥門不動(dòng)作，通過設(shè)定合適的ε值，就可以使控制偏差小到一定范圍，同時(shí)避免閥門的震蕩）以及歷史偏差值E（k-1）和E（k-2）。在主程序中，我們進(jìn)行了**條件的判斷（包括蒸汽壓力是否超限、是否有回流出現(xiàn)、警報(bào)信號(hào)是否消除等），在采樣時(shí)進(jìn)行溫度采樣，PID計(jì)算，根據(jù)變化值Du的**值與閥門滿量程相對(duì)值K的比值確定閥門動(dòng)作時(shí)間Tc（K選擇比較靈活，為計(jì)算方便我們?nèi)≈?00），閥門動(dòng)作信號(hào)輸出（在Tc時(shí)間里輸出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號(hào)，在T-Tc時(shí)間里輸出保持信號(hào)，正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)由偏差E與ε的關(guān)系和Du的正負(fù)來共同決定）。
程序流程如圖4所示。
3 總結(jié)
通過以上對(duì)比，可以看出這種控制方案具有傳統(tǒng)控制所沒有的優(yōu)勢(shì)，不但在蒸煮的溫度控制上起到很好的作用，而且也會(huì)在其他的工控環(huán)境中發(fā)揮巨大的作用，改善控制效果，提高經(jīng)濟(jì)效益。