針對燒結自動配料系統(tǒng)完善優(yōu)化的研究與應用

李亮 賈海濤 張坤

（山東萊鋼集團公司自動化部，山東 萊蕪 271104）

1 概述

燒結的自動配料采用PLC控制技術，其核心控制是“配料秤-二次儀表-PLC-變頻器”形成閉環(huán)控制，通過變頻器調節(jié)寬帶給料機、螺旋給料機來調節(jié)料流量，以達到設定的配比，完成配料功能。變頻器和PLC的通信方式以及配料秤自身的穩(wěn)定程度是影響配料精度和穩(wěn)定性的制約環(huán)節(jié)。但在現(xiàn)場應用中發(fā)現(xiàn)配料秤由于現(xiàn)場環(huán)境和其他干擾因素的影響不可避免的會出現(xiàn)信號瞬間大幅度抖動而造成下料在短時間不穩(wěn)的情況，針對這種情況必須在控制上進行完善優(yōu)化，盡可能的濾除這種干擾信號，確保下料穩(wěn)定，畢竟外部的影響很難根本解決。

2 恒流控制模型

要確保燒結配料成分的穩(wěn)定，13個寬帶和2個螺旋的流量控制是關鍵。在流量的采集上配料系統(tǒng)使用了拉姆齊公司的XR-2105P型流量控制儀。我們知道，當輸送機輸送物料時，測量皮帶稱上每單位長度的載荷值q（Kg/M）與皮帶在同一時刻的運行速度V（M/S）相乘，所得結果即物料的瞬時流量 q.v（Kg／S）.因物料輸送的不均勻性和皮帶速度隨時間的變化，所以在T時間間隔的累積流量可以用以下積分式表示：W=q（t）V（t）dt式中：W－T 時間間隔內(nèi)所輸送物料的累計量（kg或T）；T一物料通過稱的時間（S或h）；q（t）一皮帶單位長度上的物料重量（kg／M 或T/M）；V（t）一物料在皮帶上的運行速度（M／S）。從式中可以看出，只要保證 q（t）.V（t）的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定.即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運行速度做出相應的調整，就可以保證物料流量的恒定.在本系統(tǒng)中皮帶秤的速度是恒定不可調的，所以要控制流量的恒定只能調節(jié)皮帶上物料重量，而重量的改變又只能通過改變變頻器的頻率，以求改變寬帶和螺旋下料的速度。控制思想如下圖：

3 屏蔽干擾信號的方法

根據(jù)皮帶秤的控制原理可知，皮帶秤流量反饋值Pv的瞬間抖動將造成控制系統(tǒng)在幾個控制周期內(nèi)的自動找正,直到設定與反饋達到平衡為止,這就造成了下料的不穩(wěn)定.而反饋值的瞬間抖動很多情況下未必是皮帶秤流量的真實反映,而是外部干擾造成,對外部干擾信號的濾除采用了多次平均值法,即對連續(xù)不間斷送入PLC的反饋信號進行多次平均,突高或突低的信號在平均值法的作用下基本上起不到作用.具體做法是在變頻器穩(wěn)定前采用3次平均值,穩(wěn)定后采用100次平均法,在停止變頻器時采用零次平均法,目的是為了使反饋值迅速降到零。

4 變頻網(wǎng)絡設計

每次在變頻上電前或故障后，首先進行初始化，該部分的控制程序由PLC完成，其程序框圖如下：

變頻器由通信卡接入MB+網(wǎng)，在每臺變頻器的擴展卡上設置硬件節(jié)點地址，設定通信協(xié)議、方式及接受和發(fā)送的字節(jié)數(shù)；同時定義PLC內(nèi)的通信協(xié)議、方式及接受和發(fā)送的字節(jié)數(shù)。PLC內(nèi)使用PEER COP向變頻器“WRITE”命令，包括啟停操作、電機正反轉控制、過程調節(jié)控制、故障控制等；用GLOBAL向變頻器“READ”狀態(tài)，包括電流、電壓、轉速等信息，了解變頻器及電機的運行狀態(tài)。

5 給料PID調節(jié)控制

圓盤給料PID調節(jié)主要通過變頻器調節(jié)圓盤轉速，以改變下料量。常規(guī)的閉環(huán)控制方法是無法達到穩(wěn)度、精度要求的。因此采取大滯后閉環(huán)控制。一是為避免系統(tǒng)超調，確定系統(tǒng)響應時間T時應大于圓盤機械響應時間t1與物料從下料口到稱量段時間t2之和；二是在PID運算輸出之前加一限定值，當輸出量變化值超過該限定值時，用限定值代替PID運算輸出，以克服輸出量變化影響圓盤轉動的穩(wěn)定性；三是實現(xiàn)無擾動投入，先確定好圓盤轉速初值，圓盤啟動時經(jīng)3-5周期的運行，當瞬時流量在PID調節(jié)范圍內(nèi)輸出時，自動切換到PID調節(jié)；四是當工況不穩(wěn)時，如瞬時流量波動較大且無規(guī)律，可采用累計調節(jié)方式，即取單位時間（取5S）的累計流量作為PV值與設定量SP進行比較調節(jié)。其程序圖如下：

[1]張文慶.PID算法在PLC模擬量閉環(huán)控制中的實現(xiàn)[J].信息技術，2003，1.

[2]王興強.燒結自動配料在線檢測與控制系統(tǒng)[J].山東冶金，2001，6.