大滯后型磨機給料自動控制系統(tǒng)的階梯式控制

張紅娟 趙國強 馬飛

摘要 自磨機給礦量自動控制的過程如下：在給礦皮帶上安裝電子秤檢測臺時量，PLC按照設(shè)定的程序，綜合給定值和反饋的臺時量、頻率信號等進行運算，輸出調(diào)節(jié)值至電振給料機控制下料量，使給礦量按照設(shè)定值的要求變化。因電振給料機和電子皮帶秤之間存在較長距離，且臺時量波動大，造成了控制系統(tǒng)的大滯后性和不可控性，使傳統(tǒng)PID連續(xù)調(diào)節(jié)的方式不適用于生產(chǎn)實際狀況。本方案通過對現(xiàn)場的研究、測試、實施，依托應用于全廠的SIMATIC4 00系列PLC控制系統(tǒng)，在給料程序上采用階梯型控制算法，結(jié)合給料電控系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)的控制與檢測技術(shù)，實現(xiàn)了自動給料的可靠控制。

【關(guān)鍵詞】離散控制 SIMATIC 400 頻率系數(shù)階梯型控制

1 系統(tǒng)簡介

（1）該方案應用的選礦廠共有2個系列，每個系列的給礦系統(tǒng)由5臺電振給料機、1條集礦膠帶和1條給礦膠帶組成，料倉下料相應電振給料機上后，由集礦皮帶收集鐵礦石并轉(zhuǎn)運至給礦皮帶，給礦皮帶再將鐵礦石轉(zhuǎn)運至自磨機入料口進行給料。在給礦過程中，因為滯后時間較長，且塊狀礦石較多，臺時量波動值大，導致連續(xù)采集皮帶秤給礦量進行PID調(diào)節(jié)的方式并不適用于生產(chǎn)實際情況，故按照設(shè)定時間周期性采集皮帶秤的模擬反饋信號，并經(jīng)下述的階梯型控制器處理之后，輸出頻率信號至電振給料機變頻器，變頻器輸出調(diào)整后的頻率至電振給料機后，電振按照給定的頻率工作，達到恒定給礦的目的。

（2）該自動控制系統(tǒng)集成于應用在全廠的SIMATIC 400系列PLC控制系統(tǒng)，完成電振給料機、皮帶機、自磨機電控系統(tǒng)，料倉料位、皮帶秤儀表信號等整個流程的信號采集與控制，系統(tǒng)采用分布式I/O的方式對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，CPU和I/O站之間用PROFINET協(xié)議進行通訊。整個廠區(qū)交換機之間采用光纖環(huán)網(wǎng)，交換機與其他設(shè)備之間采用樹型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。如圖l所示。

自動化系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：即信息層、控制層和現(xiàn)場設(shè)備層。三層網(wǎng)絡(luò)是完全開放的、成熟的、先進的總線技術(shù)。信息層網(wǎng)絡(luò)是基于lOOMbpsPROFINET的開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，擁有廣泛的廠商支持。控制層網(wǎng)絡(luò)采用PROFINET過程自動化現(xiàn)場總線，控制單元全部掛接于PROFINET總線上，以完成與上位操作站或彼此之間的通訊處理。現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)用以連接底層檢測儀器儀表、執(zhí)行器等設(shè)備，減少現(xiàn)場接線，提高系統(tǒng)信息化和智能診斷水平，實現(xiàn)對設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)完整的組態(tài)、診斷、控制和數(shù)據(jù)采集。

系統(tǒng)通過WINCC監(jiān)控畫面進行給料系統(tǒng)的各項啟動、停止、參數(shù)設(shè)定、歷史記錄查詢等，并正常顯示工藝流程圖、各種運行信號，如電機電流、頻率、料位、各種設(shè)備的運行狀態(tài)。

2 階梯型控制器簡介

（1）啟動方式，啟動球磨機后，遠程手動依次啟動給礦膠帶、集礦膠帶、料線電振，然后先手動調(diào)節(jié)料線電振至合適頻率后，再人為切入至自動模式，以此實現(xiàn)給料系統(tǒng)的無擾動切換，自動給料模式分遠程手動設(shè)定頻率系數(shù)模式和遠程自動設(shè)定頻率系數(shù)模式兩種情況。當球磨機故障緊急停車，給料皮帶和電振給料機將自動順序停車，這樣可以防止球磨和皮帶因壓料無法啟動。

（2）遠程手動設(shè)定頻率系數(shù)模式與遠程自動設(shè)定頻率系數(shù)模式控制流程圖如下，兩種模式下控制的重點在于大滯后模式下時間參數(shù)、頻率系數(shù)等的設(shè)定。

重點如下：

（1）磨機臺時量信號的均值化處理：因現(xiàn)場塊狀礦石較多，臺時瞬時值變化較大，需要對臺時量以設(shè)定時間為周期，在周期內(nèi)對數(shù)據(jù)做均值化處理，以滿足后續(xù)處理值的平滑度要求，實現(xiàn)穩(wěn)定控制，避免過調(diào)、欠調(diào)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）手動頻率系數(shù)的設(shè)定：應結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際狀況，進行臺時量與給料機頻率增減關(guān)系值的確定，且因給料機開啟臺數(shù)會隨生產(chǎn)周期進行變化，應及時進行手動頻率系數(shù)的更改。

（3）臺時量與設(shè)定值檔位差值與自動頻率系數(shù)的關(guān)系：該功能主要實現(xiàn)臺時量變化較大時實現(xiàn)快速的調(diào)節(jié)，變化較小時實現(xiàn)穩(wěn)步調(diào)節(jié)，以滿足臺時量的可靠控制，需根據(jù)現(xiàn)場實際狀況確定經(jīng)驗值。

3 系統(tǒng)的保護功能

（1）設(shè)備的控制采用就地操作和PLC集中控制兩種方式，通過機旁操作箱工作轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換。就地操作為手動操作控制方式，通過機旁操作箱上的控制按鈕啟停設(shè)備。集中控制方式為自動操作控制方式，在操作畫面上對生產(chǎn)控制系統(tǒng)的工藝流程進行操作。

（2）對各皮帶運輸機實現(xiàn)跑偏、打滑、拉繩、撕裂異常狀態(tài)檢測，實現(xiàn)皮帶運輸機的工作狀態(tài)監(jiān)測和安全保護。

（3）開車前用電鈴發(fā)出設(shè)備啟動預示信號，用以提醒現(xiàn)場人員撤離，保證設(shè)備和人身安全。

（4）礦倉的料位分布情況直接反映目前的礦源情況，對各礦倉進行料位檢測，當?shù)V倉料位接近料位上限和料位下限時，系統(tǒng)將立刻報警提示礦倉料位情況。

參考文獻

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