本发明涉及一种电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法,将采集的温度、电流进行符号量运算,获得反映当前控温状态的符号量,经符号量判断后更新目标参数,控制调压器电机正反转,实现升降温控制,当温度达到设定状态后,重复进行温度、电流信号的符号量提取,再次控制电机动作,从而实现快速的温度稳定控制过程。此温度控制方法能够实现电缆载流量循环加热试验中电缆导体温度快速稳定到设定值,温度控制过程具有较好的鲁棒性,温度超调和震荡受到抑制,整个控制过程实现简单、运算量少、控制逻辑明确,可以广泛地应用于导体温度控制或有类似需求的缓变参数的恒值控制中。
1.一种电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法,其特征在于,具体包括如下步骤:1)根据电缆种类,调用初始参数设定子程序,在初始参数设定子程序中设定目标温度,电缆截面积,电缆最大承受电流,电缆最小分辨电流,循环次数,升温时间,降温时间,根据电缆截面积选择电流系数,初始参数设定结束;2)循环加热开始按键状态判断,如果没有开始,等待;开始则进入下一步;3)调用AD数据采集及滤波子程序,采集数个瞬时温度取平均得到中值滤波结果,作为温度输入信号使用;采集数个瞬时电流取平均得到中值滤波结果,作为电流输入信号,AD采集结束;4)调用符号量提取子程序,设定温度的符号量判断阈值;设定温度斜率的符号量判断阈值;设定电流的符号量判断阈值;设定电流斜率的符号量判断阈值,根据公式1运算,公式1为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="311"/>xa0xa0xa0xa0其中,x为特征信息变化量,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>为设定值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="12"/>为设定值的阈值;“+”表示特征信息大于设定值的上限,“0”表示特征信息处于设定值的上下限范围内,“-”表示特征信息小于设定值的下限;通过公式1得到温度斜率符号、目标温度符号、电流斜率符号、目标电流符号,分别为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="143"/>,5)调用符号量判断子程序,根据公式2进行调压器电机动作符号获取,公式2为OUT(M)=JudgeMotor[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>)],xa0xa0具体运算过程采用公式3中的三个运算映射完成,公式3为OUT(M)=+=JudgeMotor[(*,*,*,-)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0OUT(M)=-=JudgeMotor[(*,*,*,+)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0OUT(M)=0=JudgeMotor[(*,*,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0根据OUT(M)的输出符号,得到电机的立即动作方式,其中,OUT(M)=+,电机正转;OUT(M)=-,电机反转;OUT(M)=0,电机停止,*为对于信号符号特征模型中不影响信号符号特征判断的信息项;根据公式4进行目标电流参数修改符号判断,获得CHANGE(I),公式4为CHANGE(I)=JudgeCurrent[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="143"/>)]具体运算过程参考公式5中的三个映射完成,公式5为CHANGE(I)=+=JudgeCurrent[(-,-,*,0)xa0orxa0(0,-,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0CHANGE(I)=0=JudgeCurrent[(*,0,*,0)xa0orxa0(+,-,*,0)xa0orxa0(-,+,*,0)]xa0xa0xa0CHANGE(I)=-=xa0JudgeCurrent[(+,+,*,0)xa0orxa0(0,+,*,0))]xa0xa0xa0;xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa06)调用参数更新子程序,根据温度稳定时间的快慢要求,设定延时时间,调用参数更新子程序,设定的延时时间,延时时间到则调用参数更新子程序,并复位定时器;延时时间不到则进入步骤7),目标电流更新按照公式6运算赋值过程更新:公式6为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="473"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="288"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="253"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="295"/>xa0,其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>为初始设定的电流值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>为当前目标电流值,k表示当前为第k次电流参数更新,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="55"/>为中间变量,MAX[·]为取大值函数,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>为目标电流值更新过程中的最小分辨电流值,and为“与运算”,目标温度ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>一般在初始参数设定后,不做修改;非要修改时,可重新在每次循环到此位置时重新设定;7)升温时间到否,如果升温时间到则进入下一步降温过程,没有则返回步骤2);8)进入降温过程:降温过程只需要执行OUT(M)=-,让调压器电机反转复位至电机初始零限即可,调压器电机降到零限后将会由行程开关保护,将禁止电机反转只允许电机正转;9)降温时间到否,如果降温时间到则进入下一步,没到则返回步骤2);10)调用初始参数值设定子程序,进行再次初始化设置;11)循环次数到否,如果循环次数到则退出循环加热过程,进入下一步,没有则返回到步骤2);12)复位操作,调压器电机回到零位,各通电开关处于分闸状态,试验软件复位到初始状态,提示框提示试验过程停止;13)试验结束。技术领域
本发明涉及一种电力电缆测试技术,特别涉及一种电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法。
背景技术
电力电缆测试中,电缆的载流量-温度关系直接反应了电缆的工作特性和实际允许的载流能力。根据国际电工委员会IEC60364标准规定,绝缘体材料为聚氯乙烯(PVC)的电缆,导体温度限为70°C;交联聚乙烯(XPLE)和乙烯-丙烯复合膏(EPR)电缆,导体温度限为90°C;矿物不紧靠的裸电缆,导体温度限为105°C。针对不同类型的电缆实施快速的载流量循环加热试验,达到电缆允许的温度上限并维持至少2个小时成为当前电缆参数测试中的主要内容。在以往的测试中,科研机构多采用以IEC60287标准中规定的额定载流量计算公式或其变形公式计算出的电流值作为参考,手动调节电缆加载电流值从而实现电缆温度逐步稳定到设定温度的方法,调节、计算过程复杂、繁琐,试验过程易受人员和环境的影响,长时稳定效果和控制精度不高,不同温度的调整值改变十分困难。专利申请号CN200810048229.7公开了一种电力电缆导体温度自动跟踪和控制方法,通过计算温度变化率、温度稳定特征、根据电流设定值获得电流调整幅度,达到温度跟踪的目的。该方法在一定程度上实现了电缆加热过程中温度控制的自动化,但没有考虑测量过程中的噪声干扰和目标电流修改的机制和修改幅度的一般性,控制过程鲁棒性不足,温度稳定的过渡时间较长。发明专利申请号CN200910192506.6公开了一种电缆载流量的确定方法及确定装置,通过设定电缆导体电流、温度的初始值,计算导体的最终稳定温度,通过不断迭代修正电流、温度值,最终达到稳定的温度上限,实现电缆载流量的确定。该方法虽然对电缆实际允许载流量的确定提供了可操作的试验方法,但其控制过程依然是一种温度尝试逼近的过程,整个温度调节时间过长。
发明内容
本发明是针对电缆载流量循环加热试验中温度稳定时间长、控制精度不高的问题,提出了一种电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法,是一种电缆载流量循环加热试验中快速的温度稳定控制方法,提取测量过程中反映温度变化趋势的特征参数,利用其符号特性做出温度控制决策,实现快速的温度稳定控制,提高控制过程的鲁棒性,降低温度控制过程中的迟滞、超调和震荡现象。本发明的技术方案为:一种电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法,具体包括如下步骤:1)根据电缆种类,调用初始参数设定子程序,在初始参数设定子程序中设定目标温度,电缆截面积,电缆最大承受电流,电缆最小分辨电流,循环次数,升温时间,降温时间,根据电缆截面积选择电流系数,初始参数设定结束;2)循环加热开始按键状态判断,如果没有开始,等待;开始则进入下一步;3)调用AD数据采集及滤波子程序,采集数个瞬时温度取平均得到中值滤波结果,作为温度输入信号使用;采集数个瞬时电流取平均得到中值滤波结果,作为电流输入信号,AD采集结束;4)调用符号量提取子程序,设定温度的符号量判断阈值;设定温度斜率的符号量判断阈值;设定电流的符号量判断阈值;设定电流斜率的符号量判断阈值,根据公式1运算,公式1为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="311"/>xa0xa0xa0xa0其中,x为特征信息变化量,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>为设定值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="12"/>为设定值的阈值;“+”表示特征信息大于设定值的上限,“0”表示特征信息处于设定值的上下限范围内,“-”表示特征信息小于设定值的下限;通过公式1得到温度斜率符号、目标温度符号、电流斜率符号、目标电流符号,分别为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="143"/>,5)调用符号量判断子程序,根据公式2进行调压器电机动作符号获取,公式2为OUT(M)=JudgeMotor[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>)],xa0xa0具体运算过程采用公式3中的三个运算映射完成,公式3为OUT(M)=+=JudgeMotor[(*,*,*,-)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0OUT(M)=-=JudgeMotor[(*,*,*,+)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0OUT(M)=0=JudgeMotor[(*,*,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0根据OUT(M)的输出符号,得到电机的立即动作方式,其中,OUT(M)=+,电机正转;OUT(M)=-,电机反转;OUT(M)=0,电机停止,*为对于信号符号特征模型中不影响信号符号特征判断的信息项;根据公式4进行目标电流参数修改符号判断,获得CHANGE(I),公式4为CHANGE(I)=JudgeCurrent[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="143"/>)]具体运算过程参考公式5中的三个映射完成,公式5为CHANGE(I)=+=JudgeCurrent[(-,-,*,0)xa0orxa0(0,-,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0CHANGE(I)=0=JudgeCurrent[(*,0,*,0)xa0orxa0(+,-,*,0)xa0orxa0(-,+,*,0)]xa0xa0xa0CHANGE(I)=-=xa0JudgeCurrent[(+,+,*,0)xa0orxa0(0,+,*,0))]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa06)调用参数更新子程序,根据温度稳定时间的快慢要求,设定延时时间,调用参数更新子程序,设定的延时时间,延时时间到则调用参数更新子程序,并复位定时器;延时时间不到则进入步骤7),目标电流更新过程按照公式6进行更新,公式6中的4个运算公式为:ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="472"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="288"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="253"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="295"/>xa0,其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>为初始设定的电流值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>为当前设定的电流值,k表示当前为第k次电流参数更新,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="55"/>为中间变量,MAX[·]为取大值函数,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>为目标电流值更新过程中的最小分辨电流值,and为“与运算”,目标温度ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>一般在初始参数设定后,不做修改;非要修改时,可重新在每次循环到此位置时重新设定;7)升温时间到否,如果升温时间到则进入下一步降温过程,没有则返回步骤2);8)进入降温过程:降温过程只需要执行OUT(M)=-,让调压器电机反转复位至电机初始零限即可,调压器电机降到零限后将会由行程开关保护,将禁止电机反转只允许电机正转;9)降温时间到否,如果降温时间到则进入下一步,没到则返回步骤2);10)调用初始参数值设定子程序,进行再次初始化设置;11)循环次数到否,如果循环次数到则退出循环加热过程,进入下一步,没有则返回到步骤2);12)复位操作,调压器电机回到零位,各通电开关处于分闸状态,试验软件复位到初始状态,提示框提示试验过程停止;13)试验结束。本发明的有益效果在于:本发明电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法,能够实现电缆载流量循环加热试验中电缆导体温度快速稳定到设定值,温度控制过程具有较好的鲁棒性,温度超调和震荡受到抑制,整个控制过程实现简单、运算量少、控制逻辑明确,可以广泛地应用于导体温度控制或有类似需求的缓变参数的恒值控制中。
附图说明
图1为本发明电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法控制总流程图;图2为本发明电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法中初始参数设定子程序流程图;图3为本发明电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法中AD数据采集及滤波子程序流程图;图4为本发明电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法中符号量提取子程序流程图;图5为本发明电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法中符号量判断子程序流程图;图6为本发明电缆载流量循环加热试验中基于符号判别的温度控制方法中参数更新子程序流程图。
具体实施方式
本发明在硬件上由PLC(或单片机)控制单元、12位多通道AD模数转换单元、I/O输入输出单元、传感器及变送单元、电机及调压器执行单元组成;在软件上由初始参数设定子程序、AD数据采集及滤波子程序、符号量提取子程序、符号量判断子程序、参数更新子程序组成。硬件准备工作完成后,温度传感器及变送单元将0~200°C温度信号(量程可由用户根据电缆测试温度上限选择不同的热电偶)变为0~5V电压信号,电流传感器及变送单元将0~2000A电流信号(量程可由用户根据电缆实际承载范围选择)变为0~5V电压信号,变换后的温度、电流信号送12位多通道AD模数转换单元变成范围为0~32000的数字量(数值利用两个字节表示,高端对齐;最高1bit为符号位,中间11bit为实际转换数值,最低4bit无效),转换数值送PLC(或单片机)控制单元处理后,获得控制用的符号信息,经符号信息判断后获取执行更新参数,经PLC(或单片机)的IO输出单元输出控制调压器电机的正反转,实现电缆电流的升降操作,电缆电流的升降操作引起电缆导体温度的升降变化,经温度传感器、电流传感器采集反馈后获得采样值,重新对采样值进行符号信息的提取和判断,获得新的调压器电机执行输出量,继续进行电流升降操作,反复循环此过程从而使得电缆温度快速进入稳定温度设置区间。基于符号判别实现上述过程的主要方法为:第一步,建立输入信号符号特征模型。输入信号符号特征模型主要包括四个特征信息,分别定义为:INPUT(温度变化率符号ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,目标温度符号ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,电流变化率符号ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>,目标电流符号ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>)。其中,温度变化率ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="20"/>、目标温度ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>、电流变化率ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="15"/>、目标电流ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="13"/>的符号特征参数取值域为{+,0,-},其中i代表1......N次循环中的某次测量,N为总的循环次数。符号取值函数的定义为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="311"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)其中,x为特征信息变化量,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>为设定值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="12"/>为设定值的阈值;“+”表示特征信息大于设定值的上限,“0”表示特征信息处于设定值的上下限范围内,“-”表示特征信息小于设定值的下限。总的符号特征模型取值域为{(-,-,-,-)、(-,-,-,0)、(-,-,-,+)、......、(+,+,+,+)},大括号中小括号项为参考特征值域,共有81种不同取值。第二步:定义输入信号符号特征模型的含义。输入信号符号特征模型取值后,符号特征模型的定义需要进行明确。为简化说明,对于信号符号特征模型中不影响信号符号特征判断的信息项,可以用*来代替,代表其取值可以是“+”,“0”,“-”中的任何符号值。在这里,用到的典型输入信号符号特征模型取值如下,INPUT(-,-,*,-):温度趋势下降,温度小于设定范围,*,电流小于设定范围;(0,-,*,-):温度趋势稳定,温度小于设定范围,*,电流小于设定范围;(+,-,*,-):温度趋势上升,温度小于设定范围,*,电流小于设定范围;(-,0,*,-):温度趋势下降,温度在设定范围内,*,电流小于设定范围;(0,0,*,-):温度趋势稳定,温度在设定范围内,*,电流小于设定范围;(+,0,*,-):温度趋势上升,温度在设定范围内,*,电流小于设定范围;(-,+,*,-):温度趋势下降,温度大于设定范围,*,电流小于设定范围;(0,+,*,-):温度趋势稳定,温度大于设定范围,*,电流小于设定范围;(+,+,*,-):温度趋势上升,温度大于设定范围,*,电流小于设定范围;(-,-,*,0):温度趋势下降,温度小于设定范围,*,电流处于设定范围;(0,-,*,0):温度趋势稳定,温度小于设定范围,*,电流处于设定范围;(+,-,*,0):温度趋势上升,温度小于设定范围,*,电流处于设定范围;(-,0,*,0):温度趋势下降,温度在设定范围内,*,电流处于设定范围;(0,0,*,0):温度趋势稳定,温度在设定范围内,*,电流处于设定范围;(+,0,*,0):温度趋势上升,温度在设定范围内,*,电流处于设定范围;(-,+,*,0):温度趋势下降,温度大于设定范围,*,电流处于设定范围;(0,+,*,0):温度趋势稳定,温度大于设定范围,*,电流处于设定范围;(+,+,*,0):温度趋势上升,温度大于设定范围,*,电流处于设定范围;(-,-,*,+):温度趋势下降,温度小于设定范围,*,电流大于设定范围;(0,-,*,+):温度趋势稳定,温度小于设定范围,*,电流大于设定范围;(+,-,*,+):温度趋势上升,温度小于设定范围,*,电流大于设定范围;(-,0,*,+):温度趋势下降,温度在设定范围内,*,电流大于设定范围;(0,0,*,+):温度趋势稳定,温度在设定范围内,*,电流大于设定范围;(+,0,*,+):温度趋势上升,温度在设定范围内,*,电流大于设定范围;(-,+,*,+):温度趋势下降,温度大于设定范围,*,电流大于设定范围;(0,+,*,+):温度趋势稳定,温度大于设定范围,*,电流大于设定范围;(+,+,*,+):温度趋势上升,温度大于设定范围,*,电流大于设定范围;第三步:符号特征模型的判断。根据符号特征模型取值的不同,决定电机执行机构的执行动作和电流参数的更新操作。在电缆加热试验中,电流值是受控对象,电流值的升降由调压器电机的正反转来决定。因此,依照输入信号符号特征模型的定义方式,定义电机输出符号特征模型,定义方式为:调压器电机动作符号量为OUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="15"/>)。其中,OUT(M)的取值域为{+,0,-},“+”表示调压器电机正转,“0”表示调压器电机静止,“-”表示调压器电机反转。OUT(M)=JudgeMotor[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>)]xa0(2)这里,JudgeMotor[·]为电机输出符号判断过程。判断运算过程为OUT(M)=+=JudgeMotor[(*,*,*,-)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3.1)OUT(M)=-=JudgeMotor[(*,*,*,+)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3.2)OUT(M)=0=JudgeMotor[(*,*,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3.3)公式(3.1)表示目标电流为“-”,需要电机正转升流;公式(3.2)表示目标电流为“+”,需要电机反转降流;公式(3.3)表示目标电流为“0”,电机停止运行。同时,定义目标电流参数修改符号模型,定义方式为:目标电流修改符号量为CHANGE(I)。其中,CHANGE(I)的取值域为{+,0,-},“+”表示目标电流增加,“0”表示目标电流不变,“-”表示目标电流减小。CHANGE(I)=JudgeCurrent[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="143"/>)]xa0(4)这里,JudgeCurrent[·]为目标电流参数修改符号判断过程。判断运算过程为CHANGE(I)=+=JudgeCurrent[(-,-,*,0)xa0orxa0(0,-,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5.1)CHANGE(I)=0=JudgeCurrent[(*,0,*,0)xa0orxa0(+,-,*,0)xa0orxa0(-,+,*,0)]xa0xa0xa0xa0(5.2)CHANGE(I)=-=JudgeCurrent[(+,+,*,0)xa0orxa0(0,+,*,0))]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5.3)这里,or表示“或运算”。公式(5.1)表示温度小于设定值时,温度为平稳或下降趋势时必须进行电流增加操作;公式(5.2)表示温度在设定值区间时,温度小于设定值但处于上升趋势时或温度大于设定值但处于下降趋势时电流值可以保持原值不变;公式(5.3)表示温度大于设定值且处于上升趋势时或温度大于设定值且处于稳定趋势时,电流值执行减小操作。第四步:目标参数更新过程。目标参数更新过程包括目标电流更新和目标温度更新两个子过程。目标电流更新,目标电流是根据初始电流设定值按照一定规律变化,不断运算生成新的目标电流值。这里,目标电流值的变化规律按照“折半法”进行,具体设定过程为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="472"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.1)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="288"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.2)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="253"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.3)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="295"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.4)其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>为初始设定的电流值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>为当前设定的电流值,k表示当前为第k次电流参数更新,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="55"/>为中间变量,MAX[·]为取大值函数,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>为目标电流值更新过程中的最小分辨电流值,and为“与运算”。公式(6.1)~公式(6.4)的运算赋值过程必须在新旧值不相等的情况下进行,如果相等,赋值过程取消,各个变量保持原来参数。这个赋值约束的目的是保证“折半法”运算的顺利进行。当目标电流值ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>更新完毕后,重复第三步操作,从而实现电缆载流量加热过程中温度的快速稳定控制。对于目标温度的更新,可以通过直接设定ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>值实现,使其等于新的目标温度值,重复第三步操作,则可实现不同目标温度的自动调节设置。第五步,循环过程控制。根据循环次数N和单次循环运行时间ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="144"/>的要求,判断循环次数N和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="48"/>标识是否完成,如果没有则重复第三步~第五步,直到循环过程结束,则电缆载流量循环加热的控制过程结束。第六步,试验结束,整机复位。电缆载流量循环加热控制过程结束后,调压器电机回到零位,各通电开关处于分闸状态,试验软件复位到初始状态,提示框提示试验过程停止。举例说明:首先,确定电缆载流量循环加热试验前将各个试验装置准备就绪,确定接线连接无误、无反接后才可开始试验过程。试验过程中,控制器选用西门子型号为S7-224XP的PLC,ADC模块选用EM325,热电偶选用T型热电偶,电流互感器、变送器、感应式调压器、大电流发生器、连接电缆等选用常规满足载流量加热试验的通用型号即可。试验电缆根据样品型号进行选择。PLC中配置AIW4、AIW6通道为温度采集通道、电流采集通道。如图1所示控制总流程图,包括如下具体实施步骤:第一步:根据电缆种类,调用初始参数设定子程序,如图2所示初始参数设定子程序流程图。在初始参数设定子程序中设定目标温度为90°C,电缆截面积为300mm²,电缆最大承受电流6000A,电缆最小分辨电流20A,循环次数10次,升温时间8小时,降温时间7小时。第二步:根据电缆截面积选择电流系数。确定当前电流系数为2.5。初始电流值为300*2.5=750A。初始参数设定结束。第三步:循环加热开始按键状态判断。如果没有开始,等待;开始则进入下一步。第四步:调用AD数据采集及滤波子程序,如图3所示AD数据采集及滤波子程序流程图。在PLC中,AIW4采集的温度信号,每16个瞬时温度取平均得到中值滤波结果,作为温度输入信号使用;AIW6采集的电流信号,每16个瞬时电流取平均得到中值滤波结果,作为电流输入信号使用。AD采集结束。第五步:调用符号量提取子程序,如图4所示符号量提取子程序流程图。设定温度的符号量判断阈值Δ=1°C;设定温度斜率的符号量判断阈值Δ=0.5°C/min;设定电流的符号量判断阈值Δ=10A;设定电流斜率的符号量判断阈值Δ=10A/s。根据公式1ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="311"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)的运算,得到温度斜率符号、目标温度符号、电流斜率符号、目标电流符号,分别为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="143"/>。第六步:调用符号量判断子程序,如图5所示符号量判断子程序流程图。根据公式2进行调压器电机动作符号获取,具体运算过程采用公式3中的三个运算映射完成。其中,公式2为OUT(M)=JudgeMotor[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>)]xa0xa0(2)公式3为OUT(M)=+=JudgeMotor[(*,*,*,-)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3.1)OUT(M)=-=JudgeMotor[(*,*,*,+)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3.2)OUT(M)=0=JudgeMotor[(*,*,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3.3)根据OUT(M)的输出符号,可以决定电机的立即动作方式。其中,OUT(M)=+,电机正转;OUT(M)=-,电机反转;OUT(M)=0,电机停止。根据公式4进行目标电流参数修改符号判断,获得CHANGE(I),具体运算过程参考公式5中的三个映射完成。其中,公式4为CHANGE(I)=JudgeCurrent[INPUT(ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="75"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="143"/>)]xa0(4)公式5为CHANGE(I)=+=JudgeCurrent[(-,-,*,0)xa0orxa0(0,-,*,0)]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5.1)CHANGE(I)=0=JudgeCurrent[(*,0,*,0)xa0orxa0(+,-,*,0)xa0orxa0(-,+,*,0)]xa0xa0xa0xa0(5.2)CHANGE(I)=-=xa0JudgeCurrent[(+,+,*,0)xa0orxa0(0,+,*,0))]xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5.3)第七步:调用参数更新子程序,如图6所示参数更新子程序流程图。根据温度稳定时间的快慢要求,设定延时时间,调用参数更新子程序。本实施例中设定的延时时间为30s,30s到则调用参数更新子程序,并复位定时器;30s不到则进入第八步。目标电流更新过程按照公式6进行更新。其中,公式6中的4个运算公式为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="472"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.1)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="288"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.2)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="253"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.3)ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="295"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6.4)从而获得新的目标电流。目标温度ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>一般在初始参数设定后,不做修改;非要修改时,可重新在每次循环到此位置时重新设定。第八步,升温时间到否,如果升温时间到则进入降温过程,没有则返回第三步。第九步,进入降温过程。降温过程只需要执行OUT(M)=-,让调压器电机反转复位至电机初始零限即可,此时电缆处于自然冷却状态。调压器电机降到零限后将会由行程开关保护,将禁止电机反转只允许电机正转。第十步,降温时间到否,如果降温时间到则进入下一步,没到则返回第三步。第十一步,调用初始参数值设定子程序,进行初始化设置。由于控制环境在不断变化,此处控制过程与历史控制过程无关,所以需要重新调用初始参数设定子程序。第十二步,循环次数到否,如果循环次数到则退出循环加热过程,进入下一步,没有则返回到第三步。第十三步,复位操作。复位操作为调压器电机回到零位,各通电开关处于分闸状态,试验软件复位到初始状态,提示框提示试验过程停止。第十四步,试验结束。