圖1  壓力控制回路

圖2  閥位開度計算算法流程圖

    在該主程序流程圖中，初始化部分主要完成閥門行程時間的獲取以及各個所要用到的內(nèi)存單元的復(fù)位。
開閥時間T₁的計算由以下具體程序[5]實現(xiàn)：

    COMM:A     #QLMNUP  //開閥信號上升沿啟動定時器
       L     S5T#30S
       SP    T      1   //設(shè)定定時器類型為脈沖定時器
       AN    #QLMNUP //當(dāng)開閥信號終止時復(fù)位定時器
       R     T      1
       LC    T      1
       BTI  
       T     LW    20
       L     300記下每次在得到全開/全關(guān)
       L     LW    20
       －I   
       T     LW    22
       ITD  
       DTR
       T     LD    24  //讀取定時器工作時間并轉(zhuǎn)換為實數(shù)型數(shù)據(jù)
關(guān)閥時間T2的計算程序與此類似。在獲得開關(guān)閥時間T₁、 T₂的基礎(chǔ)之上計算閥門的開度增量：
       L     LD    12   //該暫存存儲單元存放本次循環(huán)周期內(nèi)的開閥開度增量
       L     #OPN_PST  //上次循環(huán)周期內(nèi)的開閥開度增量
       －R
       T     LD    64   //開閥開度增量
       L     LD    12
       T     #OPN_PST
       L     LD    16   //該暫存存儲單元存放本次循環(huán)周期內(nèi)的關(guān)閥開度增量
       L     #CLS_PST  //上次循環(huán)周期內(nèi)的關(guān)閥開度增量
       －R
       T     LD    72   //關(guān)閥開度增量
       L     LD    16
       T     #CLS_PST

開/關(guān)閥開度增量的周期累計，再通過一個積分環(huán)節(jié)，在原有開度的基礎(chǔ)之上得到當(dāng)前的理論開度值。

4  優(yōu)化功能的實現(xiàn)

4.1  行程時間的自計算

    在FB42中，默認(rèn)的MTR_TM（行程時間）為30秒。可實際的閥門由于具體的生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號等客觀因素的影響，行程時間各有不同。從以上所述的計算算法可以看到，閥門的行程時間在整個計算過程中起到了至關(guān)重要的作用。為此，筆者就在開度計算前加入了一段計算行程時間的程序。其具體的功能實現(xiàn)為：手動設(shè)置QLMNDN為1，直至從LMNR_LS得到閥門全關(guān)信號，然后設(shè)置QLMNUP為1，同時啟動定時器，當(dāng)從LMNR_HS得到閥門全開信號時，停止定時，由此得到的時間值就是該閥門的行程時間。

4.2  調(diào)整功能

    一般情況下，由于固態(tài)繼電器以及閥門本身反應(yīng)時間的影響，閥門不會很好地跟蹤FB42的開/關(guān)閥信號輸出，這種誤差經(jīng)過累計就會使上述算法計算得到的理論開度和實際開度有較大的出入。為了解決這個問題，就有必要添加自調(diào)整功能。借助電動閥門提供的全開/全關(guān)反饋信號，筆者提出了基于以下思想的自調(diào)整方案：
    (1)  在得到閥門反饋回來的全開/全關(guān)信號時，強制把當(dāng)前計算得到的開度相應(yīng)地置為100.0和0.0；
    (2)  信號時，計算得到的開度和當(dāng)時的實際開度（0.0或100.0）的偏移量。該偏移量用于修正下次的理論開度。

4.3  自調(diào)整算法

    為了使計算得到的理論開度盡可能準(zhǔn)確地和實際開度保持一致，先從分析控制系統(tǒng)入手。該系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖3所示。

圖3  閥門控制系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

    在這個控制系統(tǒng)中，由于固態(tài)繼電器、閥門本身的動作時間，所以閥門作為一個被控對象是具有較為明顯的純滯后特性。理論開度和實際開度的偏差正是由于這些純滯后所造成的。為此，有必要得到純滯后時間和偏差量之間的定量關(guān)系。以圖4所示的閥門動作過程為例。

圖4  閥門動作過程

    其中，T₁是固態(tài)繼電器、閥門得電動作的滯后時間，T₂是固態(tài)繼電器、閥門失電動作的滯后時間，Δk是閥門的靜態(tài)開度偏差量。
在圖4中，可以看到閥門的一次開過程引入的偏差量是：
    (1)
一次關(guān)過程引入的偏差量是：
    (2)
由(1)、(2)式得到了偏差量Δk和純滯后時間ΔT的關(guān)系表達(dá)式：
(3)
    其中，ΔT=T₂-T₁，m是輸出開閥信號的次數(shù)，n是輸出關(guān)閥信號的次數(shù)。假定在閥門全開時得到的理論開度和實際開度的差值為Δk，而開/關(guān)閥門信號的輸出次數(shù)是可以統(tǒng)計得到的，由上面的關(guān)系式就可以簡單地整定出一個ΔT，如此反復(fù)，每次到達(dá)全開/全關(guān)位置時就整定出一個新的ΔT，然后在每次閥門的開/關(guān)過程中補償因為固態(tài)繼電器、閥門動作所引入的開度偏差，這樣就保證了理論開度值始終可以跟上實際開度值的變化。

4.4  算法驗證及試驗結(jié)果

    注：圖5、圖6中橫坐標(biāo)表示開/關(guān)閥門信號的輸出次數(shù)之差m-n（次），縱坐標(biāo)表示閥門開度k（%）；
‘*’為未經(jīng)自調(diào)整的閥門實際開度采樣值，‘o’為未經(jīng)自調(diào)整的閥門實際理論開度采樣值。

圖5  未經(jīng)自調(diào)整的閥門實際、理論開度對比

    為了驗證本開度計算算法以及優(yōu)化功能的正確性，采用了一臺和無連續(xù)閥位反饋的電動閥有同樣控制機理，而且還有連續(xù)閥位反饋的ZAP-20型電動閥門進(jìn)行試驗。
    FB42作為閥門的PID控制器，結(jié)合開度計算程序，在閥門由全關(guān)到全開的過程中依次取樣，其試驗結(jié)果如圖5所示。
    由圖5試驗曲線通過(3)式可以整定出一個ΔT≈0.1983s，用它去補償其開度偏差，得到如圖6所示的曲線。
    對照圖5、圖6兩組曲線，可以看到自調(diào)整前的理論開度和實際開度的偏差較大，并且其值與m-n值之間存在著近似線性關(guān)系。經(jīng)過自調(diào)整后，兩者的偏差明顯減小，理論開度能很好地跟蹤實際開度。

圖6  自調(diào)整后的實際、理論閥門開度對比

5  算法的擴展

    該算法具有很好的通用性。針對僅有兩點（全開、全關(guān)）狀態(tài)反饋的閥門，可以彌補沒有連續(xù)準(zhǔn)確開度反饋的缺點，針對有連續(xù)開度反饋的閥門同樣也可以起到提高精度的作用。
    將自調(diào)整算法應(yīng)用到有連續(xù)開度反饋的閥門中可以發(fā)現(xiàn)，實際開度和理論開度之間的偏差不光和ΔT（開關(guān)閥門滯后時間之差）有關(guān)，更是和閥門本身的精度有關(guān)，精度越高的閥門，其實際開度跟蹤設(shè)定開度的程度越好，相反地，精度不高的閥門往往因為開度誤差導(dǎo)致工藝質(zhì)量下降，但閥門精度的提高是以犧牲成本為基礎(chǔ)的，本算法就可以通過自調(diào)整程序得到實際閥門數(shù)學(xué)模型的主要參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)的算法優(yōu)化閥門的開度信號，從而達(dá)到控制效果的最優(yōu)。

6  結(jié)語

    在深入研究FB42的基礎(chǔ)上，結(jié)合從控制系統(tǒng)的角度分析得到的自調(diào)整結(jié)論，通過具體程序?qū)崿F(xiàn)了無連續(xù)開度反饋電動調(diào)節(jié)閥的開度計算算法。該算法經(jīng)調(diào)試已經(jīng)在河北某造紙廠正式投入使用，減輕了調(diào)試和操作的難度和復(fù)雜度，達(dá)到了預(yù)期控制效果。同時，節(jié)約了成本，拓寬了閥門的使用范圍，具有較高的實用推廣價值。