摘   要 針對(duì)萊鋼1# 8m2球團(tuán)豎爐配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，介紹了變頻器的網(wǎng)絡(luò)控制、PID調(diào)節(jié)、無擾動(dòng)切換等的實(shí)現(xiàn)方法。 

        變頻器在配料自動(dòng)控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。萊鋼1# 8m2球團(tuán)豎爐配料自動(dòng)控制系統(tǒng)于2001年5月經(jīng)大修改造后投入運(yùn)行。它采用PLC控制技術(shù)，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(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)、螺旋給料機(jī)來調(diào)節(jié)料流量，以達(dá)到設(shè)定的配比，完成配料功能。變頻器與PLC的通信方式曾是影響配料精度和穩(wěn)定性的制約環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)上對(duì)變頻器的控制多是將4-20mA電流信號(hào)或1-5V電壓信號(hào)送到PLC，經(jīng)PLC的運(yùn)算，再控制變頻器的輸出。萊鋼豎爐配料控制系統(tǒng)中，采用了數(shù)字通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)控制，收到良好的效果。 
        一、控制系統(tǒng)構(gòu)成 
        控制系統(tǒng)配置示意圖見圖1。

圖1 

        根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)（DI：64點(diǎn)，DO：32點(diǎn)，AO：8路）和控制要求，本系統(tǒng)采用施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列PLC，操作系統(tǒng)是Windows NT4.0(Workstation)，編程軟件Concept2.2，監(jiān)控軟件Intouch，中文之星FOR NT。PLC的配置包括：1個(gè)控制器140CPU11303，1個(gè)電源模塊140CPS11410，2個(gè)32點(diǎn)DI模塊140DD135300，1個(gè)32點(diǎn)DO模塊140DDO35300，1個(gè)8通路輸入模塊140ACI02000。
上位機(jī)選用研華IPC-610工控機(jī)作為監(jiān)控站，配置SA85卡與PLC的MB+網(wǎng)連接，整個(gè)系統(tǒng)通信采用MB+通信協(xié)議，包括5臺(tái)變頻器配MB+網(wǎng)通信卡VW3A58302全部直接掛在網(wǎng)
上，工控機(jī)、PLC、變頻器各作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，共同組成一個(gè)總線網(wǎng)，充分利用MB+網(wǎng)的通信能力和可靠性，進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)等通信，達(dá)到數(shù)據(jù)交換和設(shè)備控制。 
        二、變頻器的控制與實(shí)現(xiàn) 
        針對(duì)該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)變頻器的操作主要設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)、上位機(jī)全自動(dòng)調(diào)節(jié)和機(jī)上鍵盤給定調(diào)節(jié)三種方式。其中現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)只限于應(yīng)急狀態(tài)時(shí)用。

圖2

        1.  變頻網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì) 
        每次在變頻器上電前或故障后，首先進(jìn)行初始化，該部分的控制程序由PLC完成，其程序框圖見圖2。
5臺(tái)調(diào)節(jié)給料用變頻器由通信卡接入MB+網(wǎng)，在每臺(tái)變頻器的擴(kuò)展卡上設(shè)置硬件節(jié)點(diǎn)地
址，設(shè)定通信協(xié)議、方式及接收和發(fā)送的字節(jié)數(shù)；同時(shí)定義PLC內(nèi)的通信協(xié)議、方式及接收和發(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(jī)正反轉(zhuǎn)控制、過程調(diào)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(zhuǎn)速等信息，了解變頻器及電機(jī)的運(yùn)行狀況。 


        2.  圓盤給料PID調(diào)節(jié)控制 
        圓盤給料PID調(diào)節(jié)主要通過變頻器調(diào)節(jié)圓盤轉(zhuǎn)速，以改變下料量。常規(guī)的閉環(huán)控制方法是無法達(dá)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(diào)，確定系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間T時(shí)，應(yīng)大于圓盤機(jī)械響應(yīng)時(shí)間t1與物料從下料口到秤量段時(shí)間t2之和；二是在PID運(yùn)算輸出之前加一限定值，當(dāng)輸出量變化值超過該限定值時(shí)，用限定值代替PID運(yùn)算輸出，以克服輸出量變化影響圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定性；三是實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)投入，先確定好圓盤轉(zhuǎn)速初值，圓盤啟動(dòng)時(shí)經(jīng)3-5周期的運(yùn)行，當(dāng)瞬時(shí)流量在PID調(diào)節(jié)范圍內(nèi)輸出時(shí)，自動(dòng)切換到PID調(diào)節(jié)；四是當(dāng)工況不穩(wěn)時(shí)，如瞬時(shí)流量波動(dòng)較大且無規(guī)律，可采用累計(jì)調(diào)節(jié)方式，即取單位時(shí)間（取5s）的累計(jì)流量作為PV值與設(shè)定流量SP進(jìn)行比較調(diào)節(jié)。其程序控制框圖見圖3。

圖3

        3.  變頻控制手、自動(dòng)無擾動(dòng)切換 
        在相同頻率時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)下料不均勻、波動(dòng)幅度大，再用手動(dòng)給定調(diào)節(jié)會(huì)明顯滯后，采用無擾動(dòng)切換尤其必要。具體方法是瞬時(shí)流量法，取t為瞬時(shí)流量均值。1#秤在t內(nèi)均值為X，
經(jīng)t1取4#秤（或經(jīng)t2取5#秤）t內(nèi)均值為Y，根據(jù)X+Y與給定配比S確定膨潤(rùn)土流量I′=（X+Y）•S。I′與給定膨潤(rùn)土I比較，若I′在允許誤差范圍內(nèi)，膨潤(rùn)土下料量不變；若超出范圍，過t3后，調(diào)節(jié)8#螺旋頻率，由沖板秤測(cè)得實(shí)際流量I1，再比較，如此反復(fù)調(diào)節(jié)。實(shí)際調(diào)節(jié)中，在滿足生產(chǎn)需要的前提下，應(yīng)盡可能擴(kuò)大給定( 的誤差范圍，以降低流量波動(dòng)，克服頻繁調(diào)整。t、t1、t2、t3值可根據(jù)需要或?qū)嶋H測(cè)定取得。 
        三、結(jié)語(yǔ) 
        該配料控制系統(tǒng)采用的MB+網(wǎng)通信方式，與傳統(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸（如4-20mA電流信號(hào)、1-5V電壓信號(hào)）相比，在系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性、可靠性及信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，為豎爐的產(chǎn)、質(zhì)量的提高創(chuàng)造了條件。同時(shí)，MB+通信協(xié)議的完全開放性，為下一步整個(gè)豎爐工藝自動(dòng)控制乃至整個(gè)燒結(jié)生產(chǎn)管理聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)。