饮用水杯自动封口控制系统的研究

摘要：普通的饮水玻璃杯的封口和压丝过程全程由人工控制，手动调节氧气和煤气的混合比例及点火时间，存在精度差、速度慢、有一定危险性等问题。本文研发的一种饮用水杯自动封口和压丝系统，由西门子PLC控制器依据火头温度，通过自适应模糊控制算法，由模拟量实时控制氧气和煤气的混合比例，由闭环控制实现混合比的精确控制。

关键词：饮水玻璃杯；封口；自适应模糊控制

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：

0引言

玻璃杯自动封口机对保证玻璃杯产品的产品质量、降低现场工人的操作强度及工作环境的危险性有重要意义。目前玻璃杯产品的封口设备非常落后，基本为手动或半自动设备，不但存在安全隐患，而且对现场工人的熟练程度要求较高，用工成本随之增加，更重要的是落后的生产设备大大限制了玻璃杯制造业的生产能力。因此，为玻璃杯设计一种自动化智能封口设备，提高玻璃杯产业链的自动化和先进性势在必行。

1饮用水杯自动封口控制系统方案设计

本文设计的饮用水杯封口温度控制系统，利用模糊理论实时监控温度，由西门子PLC控制器依据火头温度，通过自适应模糊控制算法，由模拟量实时控制氧气和煤气的混合比例，由闭环控制实现混合比的精确控制。

2模糊控制结构图

模糊控制的输入量为水杯内的温度偏差及其变化率，输出量的控制对象为水加热器等，结构图如图1

3模糊控制数据

设定温度偏差e的论域取[-5，+5]，温度偏差变化率 的论域取[-3，+3]，控制器的输出量为PID的比例、微分和积分系数变化值

输出 的论域取为[-0.3，+0.3]， 的论域取为[-0.06，+0.06]，

的论域取为[-3，+3]，模糊子集{NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB}，分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。输入输出隶属度函数均设为Gauss型，如图2所示。

解模糊控制采用重心法（centroid），表达式为：

式中， -解模糊输出量；y-输出变量；u-模糊集隶属度函数；min-解模糊值下限；max-解模糊值上限。

4模糊控制流程

通过计算当前系统误差e和误差变化率ec，查询模糊控制规则对参数在线调节，保证温度稳定。通过采集水杯内部温度，在规定的采样周期内，计算出内部温度实测值与设定值的偏差和偏差变化率，将比较值送入模糊控制器进行运算，在线调用模糊控制规则对参数进行修改，计算得出PLC输出端的模拟量，自动调节水加热器输出功率，获得良好的温度控制效果，其控制流程图3所示。

五 模糊算法仿真分析

基于Matlab/Simulink软件，建立数学模型进行控制系统的仿真。控制系统的采样周期约为10ms，建立的控制对象模型，表达式为：

仿真程序如图4所示。

仿真结果如图5所示。

结论

在PLC控制器中，需要对烧杯火头温度进行实时控制，控制算法主要采用了基于自适应PID的模糊控制算法，建立模糊控制算法的决策表，以火头温度为反馈量，以煤气和氧气的伺服控制閥为控制点，改变混合比例，达到控制温度的目的，该算法通过仿真验证具有良好的控制效果。

参考文献：

[1]孙学岩.基于ZigBee无线传感器网络的温度监控系统[J]. 仪表技术与传感器，2010.

[2]张晓娜.基于ZigBee技术的无线温度传感器网络节点的设计[J].仪表技术与传感器.2011.03

[3]尹航，张奇松，程志林.基于Zigbee无线网络的温湿度检测系统[J].机电工程， 2008.

作者简介：贾祥云，女，机械设计制造及自动化专业。现在日照职业技术学院从事机电一体化专业教学，研究方向：机电一体化.