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

        變頻器在配料自動控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。萊鋼1# 8m2球團豎爐配料自動控制系統(tǒng)于2001年5月經(jīng)大修改造后投入運行。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、螺旋給料機來調(diào)節(jié)料流量，以達到設(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)上對變頻器的控制多是將4-20mA電流信號或1-5V電壓信號送到PLC，經(jīng)PLC的運算，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點數(shù)（DI：64點，DO：32點，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個控制器140CPU11303，1個電源模塊140CPS11410，2個32點DI模塊140DD135300，1個32點DO模塊140DDO35300，1個8通路輸入模塊140ACI02000。
上位機選用研華IPC-610工控機作為監(jiān)控站，配置SA85卡與PLC的MB+網(wǎng)連接，整個系統(tǒng)通信采用MB+通信協(xié)議，包括5臺變頻器配MB+網(wǎng)通信卡VW3A58302全部直接掛在網(wǎng)
上，工控機、PLC、變頻器各作為一個節(jié)點，共同組成一個總線網(wǎng)，充分利用MB+網(wǎng)的通信能力和可靠性，進行實時對等通信，達到數(shù)據(jù)交換和設(shè)備控制。 
        二、變頻器的控制與實現(xiàn) 
        針對該控制系統(tǒng)的特點，對變頻器的操作主要設(shè)計了現(xiàn)場手動調(diào)節(jié)、上位機全自動調(diào)節(jié)和機上鍵盤給定調(diào)節(jié)三種方式。其中現(xiàn)場手動調(diào)節(jié)只限于應(yīng)急狀態(tài)時用。

圖2

        1.  變頻網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計 
        每次在變頻器上電前或故障后，首先進行初始化，該部分的控制程序由PLC完成，其程序框圖見圖2。
5臺調(diào)節(jié)給料用變頻器由通信卡接入MB+網(wǎng)，在每臺變頻器的擴展卡上設(shè)置硬件節(jié)點地
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，了解變頻器及電機的運行狀況。 


        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)時間T時，應(yīng)大于圓盤機械響應(yīng)時間t1與物料從下料口到秤量段時間t2之和；二是在PID運算輸出之前加一限定值，當輸出量變化值超過該限定值時，用限定值代替PID運算輸出，以克服輸出量變化影響圓盤轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性；三是實現(xiàn)無擾動投入，先確定好圓盤轉(zhuǎn)速初值，圓盤啟動時經(jīng)3-5周期的運行，當瞬時流量在PID調(diào)節(jié)范圍內(nèi)輸出時，自動切換到PID調(diào)節(jié)；四是當工況不穩(wěn)時，如瞬時流量波動較大且無規(guī)律，可采用累計調(diào)節(jié)方式，即取單位時間（取5s）的累計流量作為PV值與設(shè)定流量SP進行比較調(diào)節(jié)。其程序控制框圖見圖3。

圖3

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