布料智能化控制系統的開發和應用

摘要： 本文闡述了布料智能控制模型的控制原理，并圍繞此控制原理深入闡述硬件設計原理、軟件編程實現及如何利用RSlogix5000開發軟件包解決控制執行機構的缺陷。

關鍵詞：智能控制模型；設計原理；軟件編程；RSlogix5000

1.概述

400燒結機于2009年8月份投產，具有一流的裝備水平及自動化水平。主要為2#1750、4#3200高爐供料，采用傳統的人工控制方式已不能滿足高爐的生產需求。為了解決這一瓶頸制約，400燒結機引進了芬蘭智能燒結控制模型，它將人工操作經驗及計算機控制理論相結合，并根據燒結實際情況進行調整，為高爐提供優質、高產料的燒結礦。

2.設計思想

400燒結機采用柔性傳動好，控制精度高的液壓控制系統，其中關鍵控制元件采用原裝進口。

硬件構成

活頁門控制采用榆次油研液壓控制系統，此系統由三部分構成：冷卻控制系統，當液壓油超過30℃時2.2KW循環泵電機啟動對油進行冷卻；補壓系統，當工作油壓欠壓時補壓系統自動投用以確保液壓系統正常工作。主控制系統，兩套22KW供油電機一備一用，通過AB Controllogix5000控制平臺8套電磁閥和比例閥實現對活頁門的全自動及半自動控制。

2.1.液壓系統工作原理

布料閘門為8個，其中兩邊的閘門寬度為319㎜，中間6塊閘門寬度為550㎜，閘門之間間隙為6㎜，合計閘門安裝總寬3980㎜，小于料槽4000㎜寬度，閘門分別由8個液壓缸控制，相互獨立，互不關聯，當油缸活塞桿完全伸出時布料閘門完全關閉，反之，布料閘門完全開啟。油缸活塞桿的位移由安裝在每個閘門轉軸上的角位移傳感器—— 編碼器測量，并反饋進行控制。

在停機狀態下，8個液壓缸全部伸出，布料閘門完全關閉。開機時液壓系統開啟，油源部分運行正常后，延時一段時間，控制器發出控制信號使液壓控制系統投入自動運行。首先根據設定信號8個液壓缸同時開啟到設定位置，然后根據偏差信號的變化液壓缸隨動調節。閉環控制響應時間小于5秒即可。停機時，布料圓輥先停，控制器發出信號使8個液壓缸全部伸出，布料門全部關閉，之后燒結機停機。

2.2.AB Controllogix5000控制平臺

Controllogix5000控制平臺屬于LogixTM控制平臺一種，它集順序控制，運動控制，過程控制，變頻驅動控制于一體即使一個控制器也可以完成所有任務。同時，模塊化組合實現了SCADA、DCS、PLC、分布式傳動等不同系統。除此之外，Controllogix5000控制平臺采用使用網絡應用層協議的NetLinxTM 開放式透明網絡架構，它不僅將國際標準現場總線（FF H1及FF HSE、ControlNet、DeviceNet、Profibus等）與信息管理網絡無縫集成，全面滿足制造自動化與過程自動化的需要，而且還提供各種工業標準通訊方式的接口，實現多種異種網絡的互聯。

模型開發平臺是基于ROCKWELL公司提供的適合所有控制任務的RSlogix5000開發軟件包，它支持面向對象編程并采用梯形圖（LD）、功能塊（FB）、結構語言（ST）、順控圖表 （SFC）4種編程語言，以適應不同場合的需求。

2.3.比例閥死區處理

料門開度控制由比例閥簡介控制，其比例閥控制特性直接影響模型控制精度。比例閥需要4～20mA模擬信號作為控制信號，即12～20mA時，閥門開；4～12mA時，閥門關。經過長時間調試，發現如果比例閥長時間待機，再次動作時，閥容易出現小信號不響應問題，一般在額定信號25%一下，即10～14mA。通過使用PID計算誤差方式解決。.

2.4.模型控制原理

模型最終控制目的是保持燒結機橫斷面的壓入率保持一致，即保持燒結機橫斷面垂直燃燒速度保持一致。8個活頁門對應下料點處分別裝有料位檢測裝置——超聲波料位計，由此裝置檢測到的料厚作為模型輸入值，經模型計算輸出給比例閥及變頻器分別來控制料門開度和圓輥轉速，從而達到橫斷面垂直燃燒速度一致的目的。

3.存在問題及解決方法

為了保證壓入率控制模型可靠性，已順利投入終點及偏差2個二級模型，采用在液壓缸內安置比例閥，通過檢測油缸形成來計算活頁門開度。調節過程中，多次出現比例閥不動作的情況。經確認，主要是油的原因。使用比例閥對油品質量要求較高。處理后正常，但是為了程序的連貫性，我們在程序編制中也考慮了比例閥的死區問題。在油品正常的情況下，保證比例閥的正常動作。

4.應用效果

自布料模型投運以來，全自動控制代替人工控制不僅大大減少智能工工作量，最重要的是燒結礦的產量及各項技術指標得到了明顯的改善。通過對燒結布料控制的研究，對于穩定燒結過程的運行、提高燒結塊的質量和產量有著非常重要的現實意義。

作者簡介：

陳海宗 （1978.1-）男，漢， 籍貫：江西鄱陽，職稱：工程師 學歷：本科 研究方向：自動化控制。