造紙廠配漿控制系統(tǒng)——控制程序設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 造紙廠配漿控制系統(tǒng) 控制程序設(shè)計(jì) 專業(yè)年級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 評(píng)閱人 自動(dòng)化2003級(jí) 03051101 趙海娜 錢艷平 袁曉玲 二七年六月 中國(guó) 南京 摘 要 摘 要 造紙工業(yè)是一個(gè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明建設(shè)息息相關(guān)的重要產(chǎn)業(yè)。配漿系統(tǒng)是整個(gè)造 紙工藝流程的重要組成部分。為了達(dá)到配漿系統(tǒng)給定的工藝要求，保證紙漿的產(chǎn)量和質(zhì)量，必 須對(duì)配漿系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造。同時(shí)，該系統(tǒng)可以充分提供配漿系統(tǒng)的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn) 工藝的改進(jìn)、管理水平的提高創(chuàng)造條件。 本文研究了造紙工業(yè)中紙漿配比自動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為監(jiān)控程序、基于組態(tài)軟件 DDCRun 的控制程序

2、與硬件及接口程序三層結(jié)構(gòu)，三者相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行。本文著重研究配漿系統(tǒng)中控制程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在分析了整個(gè)系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上提出了系統(tǒng)的控制目標(biāo)和策略，主要包括絕干量配比控制、濃度控制和液位及聯(lián)鎖控制等。同時(shí)，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)，將上述控制策略分解為各種算法模塊并采用Visual C+語言實(shí)現(xiàn)?；谧跃幍慕M態(tài)軟件DDCRun，實(shí)現(xiàn)了紙漿配比系統(tǒng)中的控制程序。首先，利用算法添加程序?qū)⒏鞣N算法添加到組態(tài)軟件中以組成算法庫(kù)；其次，利用策略組態(tài)程序搭建了配漿系統(tǒng)的整個(gè)控制策略；最后，采 用策略執(zhí)行程序以運(yùn)行配漿控制策略。 最后，結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程討論了存在的不足和體會(huì)。 關(guān)鍵詞：紙漿；絕干量；配比控制；動(dòng)態(tài)

3、鏈接庫(kù)；軟件組態(tài)；DDCRun I Abstract Abstract The paper industry is the important industry which is closely linked with the national economy development and the social civilizationconstruction. Proportioning system is an important constituent portion of the entire papermaking technical process. In order to ac

4、hieve the technological requirement which the proportioning system requires, ensure the output and the quality of the paper pulp, the proportioning system must carry on the automated transformation. Meanwhile this system may fully provide all kinds of production data of the proportioning system, cre

5、ating conditions for the improvement of production process, and the enhancement of the management level. This article has studied the paper pulp proportioning automatic control system in the paper industry. The whole systems software structure may be divided into three structures which are the monit

6、or routine, based on the configuration software DDCRun control procedure and the hardware and the interface routine. The three relative independently operates. This article has emphatically studies the control procedures design and realization in the proportioning system. Based on the analysis of th

7、e needs of the entire system, proposes the systems control objectives and strategies, mainly included the dry component ratio control, density control, liquid level and interlock control, and so on. Meanwhile, using the Dynamic-Link Library technology, divides the above control strategies into vario

8、us algorithm modules and uses Visual C + + to realize these algorithm modules. Based on the configuration software, DDCRun, which is designed oneself, achieves the control procedure in the paper pulp proportioning system. At first, uses algorithm accession programme to add various algorithms to the

9、configuration software, composing algorithm-base; Next, uses the strategy configuration procedure to build up the whole control strategy of the proportioning system; At last, uses the strategy executive routine to run the proportioning system. At the end of the article, discusses the existent insuff

10、iciency and experience, combining with the process of graduation project. Key words: paper pulp; dry component; ratio-control; software configuration; DDCRun II 目 錄 目 錄 摘 要.I Abstract . II 第 1 章 緒 論. 1 1.1 課題背景. 1 1.1.1 工業(yè)過程自動(dòng)化控制的發(fā)展. 1 1.1.2 造紙行業(yè)的自動(dòng)化過程. 1 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo). 2 1.2.1 配漿方式. 2 1.2.2 系統(tǒng)概述. 2 1.

11、2.3 控制程序與其他部分的接口. 3 1.3 本文主要內(nèi)容. 4 第 2 章 系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì). 5 2.1 系統(tǒng)控制目標(biāo). 5 2.2 控制策略設(shè)計(jì). 6 2.2.1 絕干量配比控制. 6 2.2.2 濃度控制. 6 2.2.3 液位及聯(lián)鎖控制. 7 第 3 章 系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn). 9 3.1 控制算法庫(kù)實(shí)現(xiàn). 9 3.1.1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù). 9 3.1.2 算法庫(kù)內(nèi)容. 10 3.2 控制程序?qū)崿F(xiàn). 25 3.2.1 組態(tài)軟件概述. 25 3.2.2 算法添加. 27 3.2.3 控制策略組態(tài). 29 3.2.4 控制程序運(yùn)行. 32 第 4 章 結(jié)論. 34 參考文獻(xiàn). 35 致 謝

12、. 36 III 第1章 緒 論 第 1 章 緒 1.1 課題背景 1.1.1 工業(yè)過程自動(dòng)化控制的發(fā)展 論 當(dāng)今社會(huì)中，自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用?，F(xiàn)在自動(dòng)化裝 置已是大部分設(shè)備不可分割的重要組成部分。一些大型生產(chǎn)過程如果不配置合適的自動(dòng)控制系 統(tǒng)，是根本無法運(yùn)行的。可以說，生產(chǎn)過程自動(dòng)化的程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一 個(gè)重要標(biāo)志。 我國(guó)工業(yè)過程自動(dòng)化的水平在近年來有了較大的提高，但是與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有較大的差距。 自20世紀(jì)50年代計(jì)算機(jī)開始用于工業(yè)過程控制以來1，過程控制的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 1直接數(shù)字控制（DDC） 2分散集中控制（DCS）

13、3兩級(jí)優(yōu)化控制 4工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成控制（CIPS） 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了控制理論的發(fā)展。先進(jìn)控制的理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)控 制的微機(jī)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，也推進(jìn)了先進(jìn)控制理論的應(yīng)用。同時(shí)，先進(jìn)控制理論的成功應(yīng)用也促進(jìn)了控制理論的持續(xù)和深入的開展。因此，計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)和理論研究中發(fā)揮的作用是無法估量的。同時(shí)采用計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程連續(xù)化、大型化和精密化的要求，可以 進(jìn)行在線運(yùn)算，完成一些比PID更靈活的控制。 1.1.2 造紙行業(yè)的自動(dòng)化過程 計(jì)算機(jī)應(yīng)用于造紙工業(yè)始于1964年23。最初的應(yīng)用集中于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程變量或產(chǎn)品質(zhì)量的自動(dòng)控制，如漿的蒸煮溫度，流漿箱液位、壓力，

14、紙抄造過程中的漿濃度與流量、 紙張定量水分控制等。 20世紀(jì)70年代后期，以其優(yōu)良的性能在工業(yè)控制中嶄露頭角，很快在造紙工業(yè)中也得到了普遍的應(yīng)用而自動(dòng)化系統(tǒng)也逐漸由原來單一的過程控制向管理與控制一體化的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。 隨著造紙生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)步和生產(chǎn)設(shè)備的不斷更新， 造紙生產(chǎn)的自動(dòng)控制，過去只集中在電氣傳動(dòng)方面?，F(xiàn)在的范圍已經(jīng)擴(kuò)大到打漿控制系統(tǒng)、配 漿控制系統(tǒng)、上漿流送控制系統(tǒng)、紙機(jī)干燥部多段通氣控制系統(tǒng)（熱泵控制）和水分定量檢測(cè)等方面，即通常說的DCS過程控制系統(tǒng)和QCS質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，正朝著整廠集中控制的方向發(fā) 展。 1 第1章 緒 論 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 本次設(shè)計(jì)的課題為造紙廠生產(chǎn)自

15、動(dòng)控制系統(tǒng)，主要完成造紙廠紙漿的配比控制。當(dāng)前在造 紙行業(yè)中，隨著造紙機(jī)車速的提高和設(shè)備的更新，紙漿配漿控制方式中原來的配漿箱方式配漿已經(jīng)逐步被管道配漿方式替代。 1.2.1 配漿方式 當(dāng)前紙漿管道配漿有三種方式4，可根據(jù)生產(chǎn)情況、技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)情況來選取。 第一種為流量給定控制方式，此種方式用人工給定參與配漿的各漿種流量的大小，來控制 到成漿池各種漿的比率。 第二種為比率自動(dòng)控制方式，主要利用成漿池液位控制的輸出作為主要漿種的流量給定，并通過比率控制器決定其它漿種的流量給定。其具有的優(yōu)點(diǎn)為：能按紙機(jī)抄造情況，自動(dòng)控制瞬時(shí)配比的各種漿流量大小，可保證成漿池液位穩(wěn)定。 第三種為絕干量比率自動(dòng)控制

16、方式，此種方式按參與配漿漿種的絕干纖維量來計(jì)算和控制 各種漿配比的比率。它比流量控制更為準(zhǔn)確，能夠穩(wěn)定控制各種漿的配比。其優(yōu)點(diǎn)是配漿效果好，漿種的纖維配比穩(wěn)定，更改、調(diào)整更為容易。此方案不需要人工計(jì)算，只需給定各種漿絕 干的配比。 1.2.2 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)提供了廢紙漿和自制紙漿兩種紙漿，為了達(dá)到節(jié)省造紙成本的目的，使兩種紙漿按一 定的配比注入到成漿池進(jìn)行充分的混合，為后續(xù)環(huán)節(jié)提供達(dá)到一定生產(chǎn)要求的成漿。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)首先是獲得要控制的各個(gè)量的值，將其進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的信號(hào) 形式，然后根據(jù)控制目的進(jìn)行相應(yīng)的控制，將控制信號(hào)輸出給硬件系統(tǒng)使其執(zhí)行相應(yīng)的操作， 同時(shí)還需要監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)

17、行狀態(tài)，有利于遠(yuǎn)程監(jiān)控人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。所以系統(tǒng)可以分 為硬件及接口程序部分、系統(tǒng)控制部分和監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)相對(duì)獨(dú)立5，但又聯(lián)系密切的部分。三個(gè)部分有機(jī)結(jié)合起來構(gòu)成完整的系統(tǒng)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1.1所示。 DDCRun 控制程序 接口程序 圖 1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2 監(jiān)控系統(tǒng) 硬件系統(tǒng) 第1章 緒 論 圖 1.1表示了系統(tǒng)中各部分之間的關(guān)系，各部分通過動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）來連接。硬件系 統(tǒng)提供系統(tǒng)的輸入信號(hào)由接口程序傳送給DDCRun控制程序；生控制信號(hào)并將控制信號(hào)由接口程序輸出給硬件系統(tǒng)；其中的監(jiān)控系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)來獲取系統(tǒng)當(dāng)前各個(gè)變量的狀態(tài)信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理后顯示一些相關(guān)的畫面，有利于遠(yuǎn)程監(jiān)

18、控人員及時(shí)的了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，同時(shí)還能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行一定的控制。 1.2.2.1 硬件及接口程序部分 該部分主要是硬件及軟件與硬件的接口部分。能夠提供模擬信號(hào)的輸入輸出功能，為控制 程序提供相應(yīng)的變量輸入， 及接收控制和監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號(hào)，系統(tǒng)能夠構(gòu)成完整的回路。其主要是將實(shí)際系統(tǒng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，使控制程序能夠根據(jù)輸入的信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。 1.2.2.2 系統(tǒng)控制部分 該部分主要是完成整個(gè)系統(tǒng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)配比的自動(dòng)控制。整個(gè)設(shè)計(jì)過程主要是依賴計(jì)算機(jī)，方式，絕干量配比控制方式的控制效果最好，且絕干量配比控制方式中的絕干量配比可以通過 軟件來給定，因此采用絕干量

19、配比控制方式。 在造紙工業(yè)中，紙張的絕干漿量（單位面積上紙的克重）是考察紙張質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)， 紙張絕干漿量一般可以認(rèn)為是濃度和流量的乘積： G= F C 式中： G紙漿絕干漿量； F紙漿流量； C紙漿濃度。 (1) 就本系統(tǒng)而言，將系統(tǒng)提供的廢紙漿和自制紙漿按一定的絕干量配比進(jìn)行控制。除了要進(jìn) 行絕干量配比的控制，此部分還要實(shí)現(xiàn)濃度、流量和液位的控制及系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況的時(shí)候能采取適當(dāng)?shù)奶幚淼裙δ?。同時(shí)還要為監(jiān)控部分提供所需的數(shù)據(jù)，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠得到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)。 1.2.2.3 監(jiān)控系統(tǒng) 這部分是一個(gè)人機(jī)界面，使工作人員能夠及時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)，有利于系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。其利

20、用從控制部分讀入的相應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成一些圖表，使工作人員能夠較直觀的了解系統(tǒng)當(dāng)前或歷史的運(yùn)行情況，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一些分析。同時(shí)還可以對(duì)系統(tǒng)的一些參數(shù)進(jìn)行控制，使遠(yuǎn)程人員也可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的控制，具體包括整個(gè)控制系統(tǒng)的主框架 圖、實(shí)時(shí)顯示各個(gè)量的值、流量和濃度的變化曲線、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及密碼保護(hù)等功能。 1.2.3 控制程序與其他部分的接口 由圖 1.1知，控制系統(tǒng)是通過動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)來與監(jiān)控系統(tǒng)和接口程序相聯(lián)系的。 我們采用的組態(tài)軟件提供了一些函數(shù)，其能夠獲得當(dāng)前系統(tǒng)的變量的值與狀態(tài)，同時(shí)還可 以對(duì)控制模塊的參數(shù)進(jìn)行獲取和設(shè)置。只要其他程序包含了組態(tài)軟件提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和相應(yīng) 3 第1章

21、 緒 論 的頭文件，就可以調(diào)用這些函數(shù)，從而可以與控制程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。只是在調(diào)用這些函數(shù)的 時(shí)候要注意一些相應(yīng)的設(shè)置，否則可能無法調(diào)用。同時(shí)還要注意，調(diào)用程序從控制程序中得到 數(shù)據(jù)或?qū)刂瞥绦虻囊恍┳兞窟M(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，各個(gè)變量的名稱要一致，不然不能正常的進(jìn)行 數(shù)據(jù)的通信。 1.3 本文主要內(nèi)容 本文研究配漿自動(dòng)控制的控制策略，即完成上述的系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)。本文的主要內(nèi)容包括： 1確定系統(tǒng)的控制目標(biāo)； 2系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì)與研究； 3控制算法庫(kù)的設(shè)計(jì)與研究； 4控制程序的實(shí)現(xiàn)。 4 第2章 系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì) 第 2 章 系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)控制目標(biāo) 系統(tǒng)的配漿結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1所示

22、。 圖 2.1系統(tǒng)配漿結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)絕干量配比控制的原理，絕干量是漿料的濃度和流量的函數(shù)，濃度和流量的變化都會(huì)導(dǎo)致絕干量發(fā)生變化。眾所周知，如果濃度和流量?jī)蓚€(gè)量同時(shí)變化，則要控制絕干量在一個(gè)給 定的值不變是不容易實(shí)現(xiàn)的，且控制效果不一定令人滿意，因此我們可以采用保持其中一個(gè)量（如濃度）不變，根據(jù)給定的絕干量來控制另一個(gè)量（流量）來使絕干量達(dá)到并保持給定值。 由于系統(tǒng)的兩種紙漿是已經(jīng)制造好的，我們不考慮制漿的復(fù)雜過程，認(rèn)為其濃度不會(huì)發(fā)生大幅度的變化。但紙漿是懸濁液，其中含有不能溶解的固體物質(zhì)，故其濃度是不均勻的。同時(shí) 生產(chǎn)工藝對(duì)紙漿的濃度有一定的要求，要對(duì)濃度進(jìn)行稀釋，使其達(dá)到生產(chǎn)要求。 由于自制

23、紙漿和廢紙漿注入成漿池后要充分的混合，需要攪拌器進(jìn)行攪拌，再加上液位本身的不穩(wěn)定，因此成漿池的液位波動(dòng)較大?？紤]到生產(chǎn)過程的實(shí)際情況，成漿池的液位控制要 求較寬，要達(dá)到既要防止缺漿，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，又要防止?jié)M漿，造成不必要的浪費(fèi)。同 時(shí)還要避免自制漿泵和廢紙漿泵的頻繁啟停。 系統(tǒng)的控制主要是由軟件來完成的，因此所用的軟件必須安全可靠，具有較好的可移植性和可擴(kuò)展性，參數(shù)修改方便，調(diào)試簡(jiǎn)單等。 5 第2章 系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì) 2.2 控制策略設(shè)計(jì) 控制程序采用軟件組態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)的控制目的可將系統(tǒng)控制策略分為絕干量配比控制、自制漿池和廢紙漿池的濃度控制、成漿池的液位控制及聯(lián)鎖控制。同時(shí)各

24、部分之間具有耦合作用。 2.2.1 絕干量配比控制 絕干量的配比控制比較復(fù)雜，其影響因素比較多，廢紙漿及自制紙漿的濃度、流量變化都會(huì)對(duì)配比控制產(chǎn)生影響。在保持廢紙漿和自制紙漿的濃度相對(duì)穩(wěn)定的情況下，還要解決廢紙漿 和自制紙漿的流量控制問題，此時(shí)絕干量主要的決定因素是流量。根據(jù)對(duì)配漿過程的分析，我們可以保持一個(gè)漿池泵的頻率一定，調(diào)節(jié)另一個(gè)漿池泵的頻率來調(diào)節(jié)流量的大小。兩種漿種在配漿過程中所占的比重不一樣，而管道的流量是一定的。若保持其中比重較小的漿種的流量不變，調(diào)節(jié)比重較大的漿種的流量，可能出現(xiàn)根據(jù)絕干量配比計(jì)算出的比重較大的漿種的流量超過管道的最大的流量，此時(shí)就不能達(dá)到預(yù)期的控制效果，所以要保

25、持比重較大的漿種的流量一 定。廢紙漿和自制紙漿中自制紙漿占的比重較大，我們可以使自制漿泵滿負(fù)荷運(yùn)行，控制自制 紙漿流量的電動(dòng)閥開度保持在一個(gè)固定的值，廢漿泵根據(jù)給定的配比，采用增量式PID控制。絕干量配比控制的控制框圖如圖 2.2所示。 廢漿 濃度 廢漿 流量 自制漿 濃度 自制漿 流量 絕干量 計(jì)算 乘除 廢漿 PID 運(yùn)算 控制器 池泵 絕干量 計(jì)算 給定 配比 圖 2.2絕干量控制框圖 圖 2.2中的絕干量計(jì)算模塊具有單位及量程轉(zhuǎn)換和絕干量計(jì)算的功能。濃度和流量信號(hào)均為物理量，有各自的物理意義，單位也不相同，則量程范圍也不同，要對(duì)兩者進(jìn)行一定的處理才能夠正確的計(jì)算廢紙漿和自制紙漿的絕干量

26、。 2.2.2 濃度控制 由于廢紙漿與自制紙漿的濃度是互不影響的，且由前面所述其受其他的影響較小，將兩者分開控制，通過分別控制相應(yīng)的電動(dòng)閥的開度來控制加水量的大小，調(diào)節(jié)濃度。采用最常用的PID控制。 濃度控制的系統(tǒng)框圖如圖 2.3所示。 6 第2章 系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì) PID 給定紙 控制器 漿濃度 實(shí)測(cè) 紙漿濃度 圖 2.3濃度控制框圖 反作用 電動(dòng)閥 變換 注意到，在圖 2.3中有一個(gè)反作用變換模塊，其功能是改變調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。為 了適應(yīng)不同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制的需要，工業(yè)調(diào)節(jié)器都設(shè)置正、反作用開關(guān)，以便根據(jù)需要將調(diào)節(jié)器置于正作用或者反作用方式6。所謂正作用方式是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)

27、u隨著被調(diào)量y的增大而增大，此時(shí)整個(gè)調(diào)節(jié)器的增益為“”處于反作用方式下，u隨著被調(diào)量y的增大而減小，調(diào)節(jié)器的增益為“”只有根據(jù)被控對(duì)象的特性正確選擇調(diào)節(jié)器的作用方式才能夠有效的控制被控量，否則會(huì)使系統(tǒng)的控制性能更糟，甚至帶來生產(chǎn)事故。 由濃度控制的原理可知，當(dāng)調(diào)節(jié)加水量的電動(dòng)閥的開度增大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的濃度變小，此時(shí)控制器的輸出信號(hào)應(yīng)該減小，使電動(dòng)閥的開度減小，增大濃度，以保證濃度穩(wěn)定在給定值，因此調(diào)節(jié)器應(yīng)該選擇反作用方式。借助系統(tǒng)的控制方框圖可以更好的理解反作用的概念，見 圖 2.4。圖 2.4中K，Kv ，Km 分別代表被控過程、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送裝置的增益，Kc 代表調(diào) 節(jié)器運(yùn)算部分的增益，

28、為調(diào)節(jié)閥的開度，ym 為被調(diào)量y的測(cè)量值。注意，調(diào)節(jié)器置于正作用 方式時(shí)，Kc 為負(fù)，反之Kc 為正。就濃度控制而言，K，Kv ，Km 都是正數(shù)，因此負(fù)反饋要求Kc 為正，即要求調(diào)節(jié)器置于反作用方式。 e u r K c K K v y m K m 圖 2.4根據(jù)控制系統(tǒng)方框圖確定正、反作用 y 為了簡(jiǎn)化算法我們此處增加了具有反作用變換的功能模塊來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器的反作用。 2.2.3 液位及聯(lián)鎖控制 系統(tǒng)中要檢測(cè)廢紙漿池、自制紙漿池和成漿池的液位。檢測(cè)廢紙漿池液位和自制紙漿池液 位，目的是為了使廢紙漿池和自制紙漿池的液位不至于過低而影響配比過程的正常進(jìn)行，控制比較簡(jiǎn)單，相比之下成漿池液位的控制比較

29、復(fù)雜。在系統(tǒng)的控制目標(biāo)中已經(jīng)介紹到，成漿池的液位與本系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制有著密切的關(guān)系。各個(gè)漿池的液位變化關(guān)系到系統(tǒng)是否能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行是設(shè)計(jì)人員必須要考慮的重要部 分。為了達(dá)到預(yù)期的控制目的，我們對(duì)液位進(jìn)行高低限控制。通過對(duì)高低限的判斷可以使系統(tǒng)做出相應(yīng)的處理，若有漿池液位越限，發(fā)出報(bào)警信號(hào)的同時(shí)啟動(dòng)聯(lián)鎖控制。 7 第2章 系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì) 就本系統(tǒng)而言，我們采用帶聯(lián)鎖控制的液位控制系統(tǒng)，具體的控制策略為： 1對(duì)成漿池的液位進(jìn)行高液位和低液位控制，當(dāng)成漿池的液位高于設(shè)定的高位限制時(shí)，同 時(shí)自動(dòng)關(guān)閉廢紙漿泵和自制紙漿泵，暫停配比，防止成漿池漿滿；當(dāng)成

30、漿池液位低于設(shè)定的低位限制時(shí)，此時(shí)要考慮廢紙漿池和自制紙漿池的液位，如果廢紙漿池和自制紙漿池的液位都沒有達(dá)到設(shè)定的低液位，即能夠使配比正常進(jìn)行，則同時(shí)啟動(dòng)廢紙漿泵和自制紙漿泵，啟動(dòng)配比，否則同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉廢紙漿泵和自制紙漿泵，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員進(jìn)行處理。 2考慮到液位的波動(dòng)問題，對(duì)采集的液位數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波的同時(shí)對(duì)設(shè)定的限位值給與一 定的變化范圍，即給定上限偏差和下限偏差。當(dāng)成漿池的液位低于設(shè)定的高位值與下限偏差之差時(shí)，則根據(jù)成漿池的液位與設(shè)定的成漿池液位的低液位的比較情況執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作；當(dāng)其液 位高于設(shè)定的高位值與上限偏差之和時(shí)，進(jìn)行第一條所述的相應(yīng)動(dòng)作。 此處我們沒有控制成漿池的液位

31、在一個(gè)給定值，而是讓其在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)變化。由2.1中所述，液位的波動(dòng)較大，如果控制液位在一個(gè)給定值，必然使閥門等硬件工具頻繁的動(dòng)作，縮短機(jī)械壽命，增加系統(tǒng)的成本。同時(shí)將成漿池的液位控制在一個(gè)固定的給定值沒有多大的實(shí)際意義，我們只要保證在生產(chǎn)進(jìn)行的過程中，成漿池一直有紙漿供后續(xù)環(huán)節(jié)使用就可以了。 系統(tǒng)具體的聯(lián)鎖控制關(guān)系見表 2.1。 表 2.1系統(tǒng)聯(lián)鎖控制關(guān)系 8 成漿 池 液位 成漿 池 液 位報(bào)警 自制漿 池 液位報(bào)警 自制 漿泵 自制漿 電動(dòng)閥 廢 紙漿 池 液位報(bào)警 廢 紙 漿泵 廢 紙漿 電動(dòng)閥 上 限 上 限報(bào)警 報(bào)警 / 不 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 報(bào)警 / 不 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 兩 限 之

32、間 不 報(bào)警 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 報(bào)警 / 不 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 兩 限 之間 不 報(bào)警 報(bào)警 / 不 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 兩 限 之間 不 報(bào)警 不 報(bào)警 開 開 不 報(bào)警 開 開 下 限 下 限報(bào)警 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 報(bào)警 / 不 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 下 限 下 限報(bào)警 報(bào)警 / 不 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 報(bào)警 關(guān) 關(guān) 下 限 下 限報(bào)警 不 報(bào)警 開 開 不 報(bào)警 開 開 第3章 系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn) 第 3 章 系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn) 3.1 控制算法庫(kù)實(shí)現(xiàn) 根據(jù)第 2 章中講述的系統(tǒng)的控制策略，各個(gè)控制回路有許多相同功能的模塊，可以將整體的控制系統(tǒng)模塊化，分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊，再組成整體的控制系統(tǒng)。模塊化既降低了系統(tǒng)

33、編程的 工作量，又提高了系統(tǒng)的通用性。控制程序采用的是組態(tài)軟件，其各個(gè)模塊都是以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式存在的，要把編寫的控制算法添加到組態(tài)軟件中，這樣組態(tài)軟件才能夠調(diào)用我們所編寫的控制算法。每個(gè)控制算法都要利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)編寫。 3.1.1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù) 3.1.1.1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)簡(jiǎn)介 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)78（DLL，Dynamic-Link Library）是一種可執(zhí)行文件，但它不能像普通的EXE文件那樣可以直接運(yùn)行，而是用來為其他可執(zhí)行文件（包括EXE文件和其他DLL）提供共享函數(shù)庫(kù)。使用DLL的應(yīng)用程序可以調(diào)用DLL中的導(dǎo)出函數(shù)（import function）不過在應(yīng)用程序本身的執(zhí)行代碼中并不包含這

34、些函數(shù)的執(zhí)行代碼，它們經(jīng)過編譯和鏈接之后，獨(dú)立地保存在DLL中。使用DLL的應(yīng)用程序只包括了用于從DLL中定位所引用的函數(shù)信息，而沒有函數(shù)具體實(shí) 現(xiàn)，要等到程序運(yùn)行時(shí)才從DLL中獲得函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼。 應(yīng)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)可以使多個(gè)應(yīng)用程序共享一段代碼，從而大幅度的降低應(yīng)用程序的資源開銷，同時(shí)也縮小了應(yīng)用程序的最終執(zhí)行代碼的大小。此外，通過使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，我們可以把一些常規(guī)的例程獨(dú)立出來，有效地避免了不必要地重復(fù)開發(fā)，并且由于應(yīng)用程序使用了動(dòng)態(tài)鏈 接的方式，還可以在不需重新改寫甚至編譯應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上更新應(yīng)用程序的某些組件。 由于DLL是獨(dú)立于可執(zhí)行文件的，因此如果需要向DLL中增加新的函數(shù)或增強(qiáng)現(xiàn)有

35、函數(shù) 的功能，只要原有函數(shù)的參數(shù)和返回值等屬性不變，那么，所有使用該DLL的原有應(yīng)用程序都可以在升級(jí)后的DLL的支持下運(yùn)行，而不需要重新編譯。 應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)必須要有相應(yīng)的DLL的支持，同時(shí)使用DLL也增大了程序運(yùn)行的開銷，但一般情況下，這不會(huì)對(duì)應(yīng)用程序造成明顯的影響。 我們利用的編程工具是Microsoft Visual C+ 6.0，其支持多種格式的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，包括： 1非MFC DLL 2靜態(tài)鏈接到MFC的常規(guī)DLL 3動(dòng)態(tài)鏈接到MFC的常規(guī)DLL 4MFC擴(kuò)展DLL 其中非MFC DLL（non-MFC DLL）內(nèi)部不使用MFC，調(diào)用非MFC DLL提供的導(dǎo)出函數(shù) 的可執(zhí)行程序可以使

36、用MFC，也可以不使用MFC。一般來說，非MFC DLL的導(dǎo)出函數(shù)都使用 標(biāo)準(zhǔn)的C接口。余三種DLL的內(nèi)部都使用了MFC。態(tài)鏈接到MFC的常規(guī)DLL(regular DLL statically linking to MFC)與動(dòng)態(tài)鏈接到MFC的常規(guī)DLL(regular DLL dynamically linking to MFC)的區(qū)別在于一個(gè)使用的是MFC的靜態(tài)鏈接庫(kù)，而另一個(gè)使用的是MFC的DLL。 9 第3章 系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn) 相比使用了MFC的DLL，非MFC DLL顯得更為短小精悍。因此，如果DLL不需要使用MFC，那么最好使用非MFC DLL，它將顯著地節(jié)省磁盤和內(nèi)存空間。同時(shí)

37、，無論應(yīng)用程序是否使用了MFC，都可以調(diào)用非MFC DLL中所導(dǎo)出的函數(shù)。 3.1.1.2 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)導(dǎo)出函數(shù)的方法 從動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中導(dǎo)出函數(shù)有兩種方法： 1在創(chuàng)建DLL時(shí)使用模塊定義（module DEFinition，.DEF）文件 2在定義函數(shù)時(shí)使用關(guān)鍵字_declspec(dllexport) 在第一種方法中要注意.DEF文件，此文件中LIBRARY語句用來表明DEF文件屬于一個(gè)DLL，在LIBRARY 之后是DLL的名稱，這個(gè)名稱在鏈接時(shí)將放到DLL的引入庫(kù)中；用EXPORTS語句列出了DLL的所有導(dǎo)出函數(shù)以及它們的順序值。函數(shù)的順序值不是必須的，在指定導(dǎo)出函數(shù)的順序值時(shí)，在函數(shù)名后跟

38、上一個(gè)符號(hào)和一個(gè)數(shù)字，該數(shù)字即導(dǎo)出函數(shù)的順序值。如果在DEF 中指定了順序值，它必須不小于1，且不大于DLL中所有導(dǎo)出函數(shù)的數(shù)目。 第二種方 法 中使用_declspec(dllexport)的 同 時(shí)指定 了調(diào)用協(xié) 議關(guān)鍵 字，則必 須將_declspec(dllexport)關(guān)鍵字放在調(diào)用協(xié)議關(guān)鍵字的左邊。如： int _declspec(dllexport) MyFunc() 使用DEF文件來導(dǎo)出函數(shù)，可以創(chuàng)建具有NONAME屬性的DLL。具有NONAME屬性的DLL在導(dǎo)出表中僅包含了導(dǎo)出函數(shù)的順序值，這種類型的DLL在包括有大量的導(dǎo)出函數(shù)時(shí)，其文件長(zhǎng)度要小于通常的DLL。 3.1.1.

39、3 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用 應(yīng)用程序調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)也有兩種方法：隱式調(diào)用和顯示調(diào)用。 隱式調(diào)用方式需要把產(chǎn)生動(dòng)態(tài)連接庫(kù)時(shí)產(chǎn)生的.LIB文件加入到應(yīng)用程序的工程中，在使用DLL中的函數(shù)時(shí)，只須說明一下后就可以直接通過函數(shù)名調(diào)用DLL的輸出函數(shù)，調(diào)用方法和程 序內(nèi)部其他的函數(shù)是一樣的。隱式調(diào)用不需要調(diào)用Load Library()和Free Library()。程序員在建立一個(gè)DLL文件時(shí)，鏈接程序會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的LIB導(dǎo)入文件。該文件包含了每一個(gè)DLL導(dǎo)出函數(shù)的符號(hào)名和可選的標(biāo)識(shí)號(hào)，但是并不含有實(shí)際的代碼。LIB文件作為DLL的替代文件被編譯到應(yīng)用程序項(xiàng)目中。 顯示調(diào)用方式是指在應(yīng)用程序中用L

40、oad Library或MFC提供的AfxLoadLibrary顯式的將自己所做的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)調(diào)進(jìn)來，指定DLL的路徑作為參數(shù)。應(yīng)用程序在調(diào)用GetProcAddress函數(shù)時(shí)使用這一參數(shù)。當(dāng)完成對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的導(dǎo)入以后，再使用GetProcAddress()獲取想要引入的函數(shù)，該函數(shù)將符號(hào)名或標(biāo)識(shí)號(hào)轉(zhuǎn)換為DLL內(nèi)部的地址，之后就可以像使用本應(yīng)用程序自定義的函數(shù)一樣來調(diào)用此引入函數(shù)了。在應(yīng)用程序退出之前，應(yīng)該用Free Library或MFC提供的AfxFreeLibrary釋放動(dòng)態(tài)連接庫(kù)。 3.1.2 算法庫(kù)內(nèi)容 系統(tǒng)控制部分劃分成各個(gè)模塊，將模塊分類，包括基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊和控制算法模塊，我們分別介紹各類模塊的算法實(shí)現(xiàn)。由于我們使用的是Microsoft Visual C+ 6.0作為編程工具，其語言基礎(chǔ)是C，且我們編寫的程序相對(duì)較簡(jiǎn)單，沒有必要選用MFC DLL，因此我們選用非MFC DLL。 10 第3章 系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn) 在具體編寫程序的過程中要注意，在Microsoft Visual C+ 6.0中，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的導(dǎo)出函數(shù) 的名稱會(huì)在編譯時(shí)被編譯器改編，為了使調(diào)用程序能夠正確的調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，要在關(guān)鍵字_declspec(dllexport)前加extern “C”，即