基于PLC的镀锡软熔淬水温度变PID参数控制设计与分析

彭波

（海南海宇锡板工业有限公司，海南海口570311）

摘要：温度控制具有非线性、大滞后和大惯性的特性，连续镀锡生产线对控制软熔淬水温度的超调量、调节时间和控制精度有较高要求，用常规的PID定值算法，参数选择很难做到最优配置，从而影响了控制效果。现提出根据镀锡生产线软熔需要的总淬水冷却热量，分别调整淬水实际温度上升阶段和下降阶段的PID参数。经海宇锡板镀锡生产线淬水控制使用，证明在温度控制精度上有良好的效果。

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关键词 ：连续镀锡生产；淬水温度控制；软熔；总淬水冷却热量；上升阶段；下降阶段；PID参数

0引言

连续镀锡生产线软熔在带钢的连续镀锡生产中起着重要的作用。经过电镀工序的带钢表面是暗色无光泽的，此时锡层在带钢上的附着力也比较差，只有当带钢加热到锡的熔点232℃以上时，然后将带钢快速在水中冷却淬水，才能使镀锡板表面光亮，同时也可达到提高镀锡板抗腐蚀性能的目的。软熔工序的流程以及设备对机组的生产能力、生产成本及成品的质量有着直接的影响。这其中淬水温度波动对软熔合金层的大小及消除淬水水痕缺陷至关重要。海南海宇锡板工业有限公司（以下简称海宇锡板）连续镀锡生产软熔，通过一比例阀的开度大小控制冷却水量来控制淬水温度。其温度控制具有非线性、大滞后和大惯性的特性，并且因为生产的板型不同、生产速度不同和淬水冷却水温的不同，采用传统固定的PID参数KP、KI定值算法，参数选择无法做到最优匹配。特别是镀锡生产线速度变化或工艺条件变动时，会使软熔淬水温度超调量大，易出现淬水水痕质量缺陷。

因连续镀锡生产线是PLC控制，可方便获得软熔的输出加热功率、带钢上的加热热量和冷却水温度TIN，这样可计算出需要的总淬水冷却热量，根据总淬水冷却热量的大小，分别调整淬水温度控制上升阶段和下降阶段的PID参数KP、KI。经海宇锡板实际使用，证明在温度控制精度上有良好的效果。

1原淬水温度控制设计及问题

海宇锡板公司连续镀锡生产线的PLC采用的是西门子S7?416，在对软熔淬水温度控制中，使用西门子S7?416内部连续PID模块FB41［1］对传统的PID算法进行离散化处理。PLC每个扫描周期对输入信号进行采样并进行PID计算，简化的数字公式可近似表述为：

3控制结果对比及分析

图3、图4是WinCC监控海宇锡板连续镀锡生产线淬水实际温度的采样跟踪波形。

图3采用西门子S7?416内部连续PID模块FB41的方式控制淬水温度时，淬水温度波动一般超过±1.5℃，特别是镀锡生产线机组速度波动时，温度波动会超过±2.5℃，PID参数调节困难。因淬水温度偏差大导致的带钢水痕降级量每月多达12t，造成了极大的生产浪费。

图4采用基于PLC的变PID参数控制淬水温度时，淬水温度波动小于±1.0℃，特别是镀锡生产线机组速度波动、工艺条件（热量比值K）发生变化时，温度波动依然小于±1.0℃。明显减少了因淬水温度偏差导致的带钢水痕降级量，从原来的12t/月减少到现在的0.4t/月。

4结语

本文通过海宇锡板公司连续镀锡生产线软熔淬水温度控制中，计算软熔淬水实际所需冷却热量，得出冷却的热量比值，在淬水温度上升阶段，热量比值越大，表示此时所需的冷却水量越多，需冷却水阀越快打开，PID控制中的PID比例系数、积分系数随之设定增大，反之减小。在淬水温度下降阶段，热量比值越大，表示此时所需的冷却水量越多，冷却水阀越慢关闭，PID控制中的PID积分系数随之设定减小，反之增大。

这样通过热量比值加上分段控制连续镀锡生产线软熔淬水温度，使淬水温度波动从±2.5℃下降到±1.0℃之内，特别是镀锡生产线机组速度变化时，对温度控制的效果十分明显。采用变PID参数控制淬水温度后因温度变化大导致的每月淬水水痕降级量大幅降低，产生了明显的经济效益。同时，利用该方法同样可计算出所需冷却或加热功率的温度控制参数，因而对其调整具有一定的借鉴价值。

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参考文献］

［1］西门子STEP7V5.5编程手册（中文）［Z］.

［2］西门子S7?300/400PLC功能块FB41说明［Z］.

［3］HuangJunhong.S7?300PLC中FB41PID算法程序设计［D］.南阳：南阳理工学院，2013.

［4］曾光奇，胡均安，王东，等.模糊控制理论与工程应用［M］.武汉：华中科技大学出版社，2006.

收稿日期：2015?07?07

作者简介：彭波（1973—），男，湖北人，电气工程师，研究方向：电气自动化。