摘要:介紹了以M SP 430單片機(jī)為核心控制部件的雙組份高壓聚氨酯發(fā)泡機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計,對溫度控制的原理、控制策略及其改進(jìn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,同時對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及軟件實現(xiàn)也作了細(xì)致的說明。該系統(tǒng)運用交流調(diào)功的方案取得了很好的控制效果,具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。
目前聚氨醋發(fā)泡機(jī)有高壓發(fā)泡機(jī)和低壓發(fā)泡機(jī)兩種。低壓發(fā)泡機(jī)只有提料泵一級加壓,壓力低,制造成本相對比較低,但其原料混合效果比較差,發(fā)泡質(zhì)量不穩(wěn)定,生產(chǎn)效率低,故障率高,且生產(chǎn)過程浪費大;而高壓發(fā)泡機(jī)是由兩臺柱塞泵將兩種發(fā)泡原料Polyp 1}口Iuxryanate泵到灌注槍頭,在槍頭中通過高壓對射達(dá)到完全混合,故高壓發(fā)泡機(jī)較之低壓發(fā)泡機(jī)有更高的性能和更高的生產(chǎn)效率!”。
本設(shè)備適用于橋而聚氨酯噴涂領(lǐng)域。橋而用的雙組份聚氨酯涂料的A組份由蓖麻油、甘油、聚丁二烯、分子篩、Can, Cr203等按比例充分混合制成,B組份為改性MDI B與A充分混合,立即發(fā)生反應(yīng),從而制成聚氨醋涂料。涂層常溫下數(shù)分鐘固化,堅硬,能經(jīng)受至少1h /200℃的高溫,附著力良好,特別是疏水性與抗潮性優(yōu)良,因而可大大減少涂層內(nèi)產(chǎn)生的氣泡。主要用于外表涂料,特別是混凝土表而涂裝,可經(jīng)受因車輛通行、氣候、溫度等變化產(chǎn)生的應(yīng)力,特別適用于橋而有瀝青的混凝土橋蓋板涂料。
在聚氨酯發(fā)泡過程中,溫度和壓力是兩個關(guān)鍵量。壓力過低時雙組份不能充分混合并且影響發(fā)泡速度,過高則對整個設(shè)備提出了更高的工藝要求。溫度對發(fā)泡速度亦有較大的影響,溫度過高,反應(yīng)速度加快,相應(yīng)地要求其它設(shè)備和工藝與之相適應(yīng);溫度過低,反應(yīng)變慢、固化時間長,相應(yīng)地影響生產(chǎn)效率!’一3,。因此在設(shè)計過程中根據(jù)工藝要求溫度必須控制在(65士1)℃的范圍內(nèi)。本設(shè)計中壓力可以通過設(shè)定氣泵每分鐘動作次數(shù)來改變,具有較高的靈活性;溫度控制是通過兩個固態(tài)繼電器來實現(xiàn)的,采用PD控制,具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
設(shè)計要求為:氣泵通過空氣壓縮機(jī)供氣,能夠通過設(shè)置氣泵每分鐘的動作頻率(默認(rèn)為30n /m州來改變雙組份的流量;每個加熱器為1所示。
由6個11}W的加熱管并聯(lián)在一起組成的加熱箱,溫度能夠人為設(shè)定,并且能夠穩(wěn)定在設(shè)定值(默認(rèn)為( 65士1) }C ),當(dāng)外界干擾使溫度超出此規(guī)定范圍時能夠迅速恢復(fù),即具有快速響應(yīng)性。
控制系統(tǒng)的核心部件采用M SP430系列單片機(jī),它是美國TI公司推出的一款超低功耗功能強(qiáng)大的16位單片機(jī)。本系統(tǒng)中采用M SP430F135單片機(jī),它具有16kB的程序存儲器,512B的數(shù)據(jù)存儲器,1個高性能的8通道12位A /D轉(zhuǎn)換器,1個溫度傳感器以及電池低壓時的檢測電路,2個帶有多個捕獲此較寄存器的定時器(帶多路IMM輸出),1個可實現(xiàn)同步、異步及多址訪問的串行接口,1個模擬比較器,數(shù)個可實現(xiàn)方向設(shè)置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。利用芯片內(nèi)置的自動掃描功能,A /D轉(zhuǎn)換器可以不需要中央處理器的協(xié)助而獨立工作,并且將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)自動存入緩沖區(qū),使中央處理器的工作負(fù)擔(dān)大為減輕。
在計算機(jī)控制系統(tǒng)中,使用的是數(shù)字PID控制器,數(shù)字PID控制算法通常分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。本設(shè)計中采用的是位置式。由于計算機(jī)控制是一種采樣控制,它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量,故需要將式(1)進(jìn)行離散化處理。用一系列的采樣時刻點kT代表連續(xù)時間4以和式代替積分,以增量代替微分,則可作如下近似變換:
改進(jìn)的單神經(jīng)元溫度控制器
本系統(tǒng)由于壓力大,組份流量快,故要求溫度動態(tài)性能好,穩(wěn)態(tài)精度高,而且壓力可調(diào)會造成系統(tǒng)存在參數(shù)時變和負(fù)載擾動等被控對象的非線性特性等不確定因素。因此理想的控制策略不僅要求能滿足上述動態(tài)和靜態(tài)性能,而且還應(yīng)該具有抑制各種非線性因素對系統(tǒng)的影響。使用傳統(tǒng)的控制算法P ID是很難滿足上述要求的。近年來,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究引起了控制界的高度重視,單神經(jīng)元是zui基本的控制部件,它只有一個神經(jīng)元,結(jié)構(gòu)簡單,學(xué)習(xí)
M SP430是一款性價比很高的單片機(jī),其豐富的片內(nèi)硬件資源使系統(tǒng)的外圍電路大大簡化,為系統(tǒng)設(shè)計帶來了極大的方便,其12位高精度AD轉(zhuǎn)換器保證了本設(shè)計中溫度的高質(zhì)量控制。實踐證明,基于M SP430的雙組份高壓聚氨醋發(fā)泡機(jī)具有控制準(zhǔn)確、操作簡單、故障率低等優(yōu)點,具有很好的應(yīng)用前景。