布料智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)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(shè)計原理、軟件編程實現(xiàn)及如何利用RSlogix5000開發(fā)軟件包解決控制執(zhí)行機構(gòu)的缺陷。

關(guān)鍵詞：智能控制模型；設(shè)計原理；軟件編程；RSlogix5000

1.概述

400燒結(jié)機于2009年8月份投產(chǎn)，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(tǒng)的人工控制方式已不能滿足高爐的生產(chǎn)需求。為了解決這一瓶頸制約，400燒結(jié)機引進了芬蘭智能燒結(jié)控制模型，它將人工操作經(jīng)驗及計算機控制理論相結(jié)合，并根據(jù)燒結(jié)實際情況進行調(diào)整，為高爐提供優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)料的燒結(jié)礦。

2.設(shè)計思想

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

硬件構(gòu)成

活頁門控制采用榆次油研液壓控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：冷卻控制系統(tǒng)，當(dāng)液壓油超過30℃時2.2KW循環(huán)泵電機啟動對油進行冷卻；補壓系統(tǒng)，當(dāng)工作油壓欠壓時補壓系統(tǒng)自動投用以確保液壓系統(tǒng)正常工作。主控制系統(tǒng)，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(xiàn)對活頁門的全自動及半自動控制。

2.1.液壓系統(tǒng)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(guān)聯(lián)，當(dāng)油缸活塞桿完全伸出時布料閘門完全關(guān)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(zhuǎn)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(tài)下，8個液壓缸全部伸出，布料閘門完全關(guān)閉。開機時液壓系統(tǒng)開啟，油源部分運行正常后，延時一段時間，控制器發(fā)出控制信號使液壓控制系統(tǒng)投入自動運行。首先根據(jù)設(shè)定信號8個液壓缸同時開啟到設(shè)定位置，然后根據(jù)偏差信號的變化液壓缸隨動調(diào)節(jié)。閉環(huán)控制響應(yīng)時間小于5秒即可。停機時，布料圓輥先停，控制器發(fā)出信號使8個液壓缸全部伸出，布料門全部關(guān)閉，之后燒結(jié)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(qū)動控制于一體即使一個控制器也可以完成所有任務(wù)。同時，模塊化組合實現(xiàn)了SCADA、DCS、PLC、分布式傳動等不同系統(tǒng)。除此之外，Controllogix5000控制平臺采用使用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議的NetLinxTM 開放式透明網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它不僅將國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線（FF H1及FF HSE、ControlNet、DeviceNet、Profibus等）與信息管理網(wǎng)絡(luò)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)通訊方式的接口，實現(xiàn)多種異種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

模型開發(fā)平臺是基于ROCKWELL公司提供的適合所有控制任務(wù)的RSlogix5000開發(fā)軟件包，它支持面向?qū)ο缶幊滩⒉捎锰菪螆D（LD）、功能塊（FB）、結(jié)構(gòu)語言（ST）、順控圖表 （SFC）4種編程語言，以適應(yīng)不同場合的需求。

2.3.比例閥死區(qū)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(guān)。經(jīng)過長時間調(diào)試，發(fā)現(xiàn)如果比例閥長時間待機，再次動作時，閥容易出現(xiàn)小信號不響應(yīng)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(jié)機橫斷面的壓入率保持一致，即保持燒結(jié)機橫斷面垂直燃燒速度保持一致。8個活頁門對應(yīng)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(jīng)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(zhuǎn)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(nèi)安置比例閥，通過檢測油缸形成來計算活頁門開度。調(diào)節(jié)過程中，多次出現(xiàn)比例閥不動作的情況。經(jīng)確認(rèn)，主要是油的原因。使用比例閥對油品質(zhì)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(qū)問題。在油品正常的情況下，保證比例閥的正常動作。

4.應(yīng)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(jié)礦的產(chǎn)量及各項技術(shù)指標(biāo)得到了明顯的改善。通過對燒結(jié)布料控制的研究，對于穩(wěn)定燒結(jié)過程的運行、提高燒結(jié)塊的質(zhì)量和產(chǎn)量有著非常重要的現(xiàn)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(xué)歷：本科 研究方向：自動化控制。