340水压机打压压力自动调节人机界面

孙文祥

摘 要：本文主要针对水压机设备主增压器的动作，设计一套人机界面进行參数调整，通过PLC程序精细化控制，从而实现主增压器自动跟随水压压力调整，来保障打压压力稳定。

关键词：增压器;水压机;PID;WINCC;压力

一、引言

340水压机有两个主增压器，分为低压增压器跟高压增压器。增压器动作采用比例阀控制。高压打压生产时，两个主增压器联动生产完成打压。

二、原有技术：

340水压机打压生产时，打压压力曲线正常情况下整个过程表现应为前期压力开始上升，等上升到保压点后，打压压力表指针保持不动，曲线平稳，保压时间到后，压力下降至归零。但实际的表现会是压力表指针保压期间频繁震荡抖动不稳，或者直接出现压力到达设定点后就压力下滑，尤其是生产高压、超高压的情况下，表现最为明显。

三、存在问题：

参数调整，比如说压力转换点等参数，想要修改，需要查找PLC程序，查找麻烦耗时，影响检修调试时间，而且只能电气维修人员专人修改。

（2）最大的问题就是保压期间压力产生波动或大幅下滑，无法精准的试验钢管质量，而监造审核对保压的要求基本就是压力表指针达到设定压力保压期间一动不动，所以既不能满足监造审核要求，也无法正常进行生产，只能停机检修。

首先漏水点难查找，需耗费大量检修时间，而且查找的时候必须边打压生产边查找，存在较大安全隐患。其次，维修漏水点的部位维修频次高，耗时长。

四、设计内容：

1.设计理念：

分析主增压器的控制过程，查询控制参数，归纳总结，将重要参数变成可更改的量值，通过改变参数控制主增压器的动作，来最终达到漏与补的平衡，最终实现保压稳定。

2.具体方案：

（1）解读340水压机PLC程序，寻找主增压器比例阀关键控制参数。

比例阀采用PID调节。其中主要涉及的关键参数有：MD3734（打压设定压力与实际打压压力的差值），MD3742（斜坡斜率），MD3738（比例阀压力传感器换算值），MD876，MD3746，MD844等等。

（2）分析上述关键参数，寻找其中可做改变的量值。

寻找原则有三点：首先人员查找更改相对简单方便，其次是不做大面积程序修改，最后是更改此值后压力曲线有较明显的优质变化。

按照PID调节的顺序先比例后积分，最后才是微分的顺序，首先先查找比例P值的参数，PLC程序中将其设为一条直线即y（比例P值）=kx+b，其中斜率k的换算主要由数据块DB45（高压）和DB48（低压）里的参数决定。该数据块里的参数是这样调用的：根据打压生产管料口径的不同，PLC程序自动调用相应的参数组，每组参数由18个值组成，选择调用后再通过MOVE指令最终都将参数发给P#DB45.DBX 0.0 REAL 18（高压）和P#DB48.DBX 0.0 REAL 18（低压）。其中两个参数DB45.DBD24（Maximum Proportional Gain）和DB45.DBD28（Minimum Proportional Gain）对k值的换算起决定作用。而b值的换算也是由DB45.DBD28（Minimum Proportional Gain）决定，为了进行精细化调控，所以两个值需要仍保持原值分开更改，而不能做合并换算当一个值使用。

由上述数据分析所得，每次想更改比例P值，只要更改数据块里每组参数中的上述两个值即可，但从上述程序截图也可看出存在三个问题：一是每次查找挑出调用的那组参数比较麻烦费时而且易出错，二是每次修改参数都是修改原始数据，存在数据更改混乱的可能，三是实际调试中压力曲线稳定性差，要一直频繁的调整参数，而更改参数又只能在PLC程序中进行，只能电气维修人员修改，栓人且耗时。

（3）针对上述问题制定对策综合处理，由于340水压机操作触摸屏更改空间有限，也为了以后优化开发设备功能方便，还要节省维修费用。所以我们首先在340水压机已有电脑上做一套wincc人机界面，与340水压机PLC通讯上投入使用。然后更改PLC程序，添加两个中间过程量MD2164和MD2168（高压），从而避免原始数据的修改。

做好程序后最后添加wincc压力曲线比例P值调节参数画面。主要方案如下：当操作工在wincc画面上设定管料口径与实际生产管料（操作工根据合同要求在触摸屏下拉菜单选择管料口径）一致时，即可根据实际打压压力曲线的情况调节过程参数PG max和PG min，画面上为防止混乱就不做高压低压区分，PLC程序后台自动选择换算进行调节。

以上办法经调试已基本解决了压力曲线调整的目的，但是仍然会出现设备不稳定的情况，即打几支管料之后压力曲线又变样了，设备又出现了新的状态，所以又要对参数进行校准，就这样需要人员一直处于调试参数中，比较栓人。

同样还有一种情况，即压力曲线震荡出现小尖峰，表现为压力表指针突然飘高，而且通过改变比例P值无法轻易消掉，这就需要调整一下PID调节的D微分环节来配合。

针对以上两种情况查询PLC程序中比例与微分的换算，进行比对，发现其中都牵扯到参数MD3734，也就是所谓的误差压差，即设定与实际压力的差值，也还是比例调节y=kx+b其中的x。

主要方案如下：将MD3734做成动态量，让其跟随实际压力变化周期内做微小的浮动，这样既能将比例调节做成微小精准的动态调节，也同时可以对微分调节进行改动，使之与比例调节相互协作，两者结合来调整压力曲线。从而既能解决比例调节不具备实时性的问题，也能良好的去掉压力曲线震荡的小尖峰。

针对MD3734继续深化PLC程序分析，发现只要更改程序块FC68里的一个比例系数就能对MD3734进行变化。所以设计调试一段新程序，目的是将这个系数在周期时间内跟随实际压力的变化做跟随响应。

做好程序后最后添加wincc FC68压力系数调节画面。主要方案如下：将此压力系数的调节匹配PLC程序在画面上区分高低压，画面可根据打压压压力的设定自动将可调的部分变绿，提示“可修改”。系数分为实际值与设定值，其中还做了“动态调节模式”选择按钮，主要针对设备状态极不稳定的时候。

当启用动态模式时，压力系数变化将以设定值为中心，比对实际压力情况周期内自动动态跟随调节浮动。即进入保压期间时，若压力表指针下滑，系数将自动提高，增大误差，从而适当提高比例与微分值，反之降低。每打压完一根管料时，实际值都将恢复到与设定值相等，生产下一根管料时，重新再自动调整。至于这其中的调节周期要多长，下滑多少的时候又提高多少，这些问题已基本通过现场试验调试出参数。

当不启用时，设定值就与实际值相等。设备就以设定值为准并保持不变进行生产。设定值的修改只有在动态模式“不启用”的情况下才可进行，否则无法修改。

同时，由于打压压力传感器压力与压力表压力应该相同，但可能之间存在误差，也会影响到压力曲线，所以也在画面上做出了压力传感器校准以及压力转换点画面，方便调整。

本文中主要针对PID调节中的比例调节做了大量改动，微分稍作调整，因在实际调试中，压力曲线已经有明显优质变化，基本满足要求。

参考文献：

[1]（美）多尔夫Dorf，D.C;（美）毕晓谱Bishop，R.H《现代控制系统》2001

[2]柴瑞娟等《西门子高级培训教程》2009