大滯后型磨機(jī)給料自動(dòng)控制系統(tǒng)的階梯式控制

張紅娟 趙國強(qiáng) 馬飛

摘要 自磨機(jī)給礦量自動(dòng)控制的過程如下：在給礦皮帶上安裝電子秤檢測(cè)臺(tái)時(shí)量，PLC按照設(shè)定的程序，綜合給定值和反饋的臺(tái)時(shí)量、頻率信號(hào)等進(jìn)行運(yùn)算，輸出調(diào)節(jié)值至電振給料機(jī)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(jī)和電子皮帶秤之間存在較長(zhǎng)距離，且臺(tái)時(shí)量波動(dòng)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(shí)際狀況。本方案通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的研究、測(cè)試、實(shí)施，依托應(yīng)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(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(jiǎn)介

（1）該方案應(yīng)用的選礦廠共有2個(gè)系列，每個(gè)系列的給礦系統(tǒng)由5臺(tái)電振給料機(jī)、1條集礦膠帶和1條給礦膠帶組成，料倉下料相應(yīng)電振給料機(jī)上后，由集礦皮帶收集鐵礦石并轉(zhuǎn)運(yùn)至給礦皮帶，給礦皮帶再將鐵礦石轉(zhuǎn)運(yùn)至自磨機(jī)入料口進(jìn)行給料。在給礦過程中，因?yàn)闇髸r(shí)間較長(zhǎng)，且塊狀礦石較多，臺(tái)時(shí)量波動(dòng)值大，導(dǎo)致連續(xù)采集皮帶秤給礦量進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的方式并不適用于生產(chǎn)實(shí)際情況，故按照設(shè)定時(shí)間周期性采集皮帶秤的模擬反饋信號(hào)，并經(jīng)下述的階梯型控制器處理之后，輸出頻率信號(hào)至電振給料機(jī)變頻器，變頻器輸出調(diào)整后的頻率至電振給料機(jī)后，電振按照給定的頻率工作，達(dá)到恒定給礦的目的。

（2）該自動(dòng)控制系統(tǒng)集成于應(yīng)用在全廠的SIMATIC 400系列PLC控制系統(tǒng)，完成電振給料機(jī)、皮帶機(jī)、自磨機(jī)電控系統(tǒng)，料倉料位、皮帶秤儀表信號(hào)等整個(gè)流程的信號(hào)采集與控制，系統(tǒng)采用分布式I/O的方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，CPU和I/O站之間用PROFINET協(xié)議進(jìn)行通訊。整個(gè)廠區(qū)交換機(jī)之間采用光纖環(huán)網(wǎng)，交換機(jī)與其他設(shè)備之間采用樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖l所示。

自動(dòng)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(chǎng)設(shè)備層。三層網(wǎng)絡(luò)是完全開放的、成熟的、先進(jìn)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?？刂茖泳W(wǎng)絡(luò)采用PROFINET過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)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?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)用以連接底層檢測(cè)儀器儀表、執(zhí)行器等設(shè)備，減少現(xiàn)場(chǎng)接線，提高系統(tǒng)信息化和智能診斷水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行給料系統(tǒng)的各項(xiàng)啟動(dòng)、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(yùn)行信號(hào)，如電機(jī)電流、頻率、料位、各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2 階梯型控制器簡(jiǎn)介

（1）啟動(dòng)方式，啟動(dòng)球磨機(jī)后，遠(yuǎn)程手動(dòng)依次啟動(dòng)給礦膠帶、集礦膠帶、料線電振，然后先手動(dòng)調(diào)節(jié)料線電振至合適頻率后，再人為切入至自動(dòng)模式，以此實(shí)現(xiàn)給料系統(tǒng)的無擾動(dòng)切換，自動(dòng)給料模式分遠(yuǎn)程手動(dòng)設(shè)定頻率系數(shù)模式和遠(yuǎn)程自動(dòng)設(shè)定頻率系數(shù)模式兩種情況。當(dāng)球磨機(jī)故障緊急停車，給料皮帶和電振給料機(jī)將自動(dòng)順序停車，這樣可以防止球磨和皮帶因壓料無法啟動(dòng)。

（2）遠(yuǎn)程手動(dòng)設(shè)定頻率系數(shù)模式與遠(yuǎn)程自動(dòng)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(diǎn)在于大滯后模式下時(shí)間參數(shù)、頻率系數(shù)等的設(shè)定。

重點(diǎn)如下：

（1）磨機(jī)臺(tái)時(shí)量信號(hào)的均值化處理：因現(xiàn)場(chǎng)塊狀礦石較多，臺(tái)時(shí)瞬時(shí)值變化較大，需要對(duì)臺(tái)時(shí)量以設(shè)定時(shí)間為周期，在周期內(nèi)對(duì)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(shí)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(dòng)頻率系數(shù)的設(shè)定：應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際狀況，進(jìn)行臺(tái)時(shí)量與給料機(jī)頻率增減關(guān)系值的確定，且因給料機(jī)開啟臺(tái)數(shù)會(huì)隨生產(chǎn)周期進(jìn)行變化，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)頻率系數(shù)的更改。

（3）臺(tái)時(shí)量與設(shè)定值檔位差值與自動(dòng)頻率系數(shù)的關(guān)系：該功能主要實(shí)現(xiàn)臺(tái)時(shí)量變化較大時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的調(diào)節(jié)，變化較小時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步調(diào)節(jié)，以滿足臺(tái)時(shí)量的可靠控制，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況確定經(jīng)驗(yàn)值。

3 系統(tǒng)的保護(hù)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(jī)旁操作箱工作轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。就地操作為手動(dòng)操作控制方式，通過機(jī)旁操作箱上的控制按鈕啟停設(shè)備。集中控制方式為自動(dòng)操作控制方式，在操作畫面上對(duì)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的工藝流程進(jìn)行操作。

（2）對(duì)各皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)跑偏、打滑、拉繩、撕裂異常狀態(tài)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)。

（3）開車前用電鈴發(fā)出設(shè)備啟動(dòng)預(yù)示信號(hào)，用以提醒現(xiàn)場(chǎng)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(duì)各礦倉進(jìn)行料位檢測(cè)，當(dāng)?shù)V倉料位接近料位上限和料位下限時(shí)，系統(tǒng)將立刻報(bào)警提示礦倉料位情況。

參考文獻(xiàn)

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