摘要:介紹了以M SP 430單片機為核心控制部件的雙組份高壓聚氨酯發(fā)泡機溫度控制系統的設計，對溫度控制的原理、控制策略及其改進(jìn)方法進(jìn)行了詳細的介紹，同時(shí)對系統的結構以及軟件實(shí)現也作了細致的說(shuō)明。該系統運用交流調功的方案取得了很好的控制效果，具有很好的穩定性和可靠性。

 

　　目前聚氨醋發(fā)泡機有高壓發(fā)泡機和低壓發(fā)泡機兩種。低壓發(fā)泡機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)量不穩定，生產(chǎn)效率低，故障率高，且生產(chǎn)過(guò)程浪費大;而高壓發(fā)泡機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(guò)高壓對射達到完全混合，故高壓發(fā)泡機較之低壓發(fā)泡機有更高的性能和更高的生產(chǎn)效率!”。

 

　　本設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，從而制成聚氨醋涂料。涂層常溫下數分鐘固化，堅硬，能經(jīng)受至少1h /200℃的高溫，附著(zhù)力良好，特別是疏水性與抗潮性?xún)?yōu)良，因而可大大減少涂層內產(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(chē)輛通行、氣候、溫度等變化產(chǎn)生的應力，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(guò)程中，溫度和壓力是兩個(gè)關(guān)鍵量。壓力過(guò)低時(shí)雙組份不能充分混合并且影響發(fā)泡速度，過(guò)高則對整個(gè)設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(guò)高，反應速度加快，相應地要求其它設備和工藝與之相適應;溫度過(guò)低，反應變慢、固化時(shí)間長(cháng)，相應地影響生產(chǎn)效率!’一3，。因此在設計過(guò)程中根據工藝要求溫度必須控制在(65士1)℃的范圍內。本設計中壓力可以通過(guò)設定氣泵每分鐘動(dòng)作次數來(lái)改變，具有較高的靈活性;溫度控制是通過(guò)兩個(gè)固態(tài)繼電器來(lái)實(shí)現的，采用PD控制，具有響應快、穩定性好的優(yōu)點(diǎn)。

 

　　設計要求為:氣泵通過(guò)空氣壓縮機供氣，能夠通過(guò)設置氣泵每分鐘的動(dòng)作頻率(默認為30n /m州來(lái)改變雙組份的流量;每個(gè)加熱器為1所示。

 

　　由6個(gè)11}W的加熱管并聯(lián)在一起組成的加熱箱，溫度能夠人為設定，并且能夠穩定在設定值(默認為( 65士1) }C )，當外界干擾使溫度超出此規定范圍時(shí)能夠迅速恢復，即具有快速響應性。

 

　　控制系統的核心部件采用M SP430系列單片機，它是美國TI公司推出的一款超低功耗功能強大的16位單片機。本系統中采用M SP430F135單片機，它具有16kB的程序存儲器，512B的數據存儲器，1個(gè)高性能的8通道12位A /D轉換器，1個(gè)溫度傳感器以及電池低壓時(shí)的檢測電路，2個(gè)帶有多個(gè)捕獲此較寄存器的定時(shí)器(帶多路IMM輸出)，1個(gè)可實(shí)現同步、異步及多址訪(fǎng)問(wèn)的串行接口，1個(gè)模擬比較器，數個(gè)可實(shí)現方向設置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。利用芯片內置的自動(dòng)掃描功能，A /D轉換器可以不需要中央處理器的協(xié)助而獨立工作，并且將轉換后的數據自動(dòng)存入緩沖區，使中央處理器的工作負擔大為減輕。

 

　　在計算機控制系統中，使用的是數字PID控制器，數字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。本設計中采用的是位置式。由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時(shí)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(shí)刻點(diǎn)kT代表連續時(shí)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

 

　　本系統由于壓力大，組份流量快，故要求溫度動(dòng)態(tài)性能好，穩態(tài)精度高，而且壓力可調會(huì )造成系統存在參數時(shí)變和負載擾動(dòng)等被控對象的非線(xiàn)性特性等不確定因素。因此理想的控制策略不僅要求能滿(mǎn)足上述動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，而且還應該具有抑制各種非線(xiàn)性因素對系統的影響。使用傳統的控制算法P ID是很難滿(mǎn)足上述要求的。近年來(lái)，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(gè)神經(jīng)元，結構簡(jiǎn)單，學(xué)習

 

　　M SP430是一款性?xún)r(jià)比很高的單片機，其豐富的片內硬件資源使系統的外圍電路大大簡(jiǎn)化，為系統設計帶來(lái)了極大的方便，其12位高精度AD轉換器保證了本設計中溫度的高質(zhì)量控制。實(shí)踐證明，基于M SP430的雙組份高壓聚氨醋發(fā)泡機具有控制準確、操作簡(jiǎn)單、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應用前景。