郭奔
（萊蕪鋼鐵集團(tuán)型鋼煉鐵廠， 山東萊蕪271104）
摘要：將智能稱(chēng)量系統(tǒng)和帶死區(qū)時(shí)間的PID 控制算法應(yīng)用于燒結(jié)配料系統(tǒng)的控制。采用智能稱(chēng)量系統(tǒng)和帶死區(qū)PID 控制算法，完成了萊鋼型鋼燒結(jié)配料系統(tǒng)的精準(zhǔn)配料控制。通過(guò)實(shí)踐證明，該技術(shù)的采用獲得了十分明顯的控制效果。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)配料；智能稱(chēng)量；系統(tǒng)死區(qū)；PID 控制
燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中配料的精確是會(huì)嚴(yán)重影響燒結(jié)礦的品質(zhì)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，在燒結(jié)配料時(shí)如果有偏差，燒結(jié)過(guò)程可能會(huì)無(wú)法正常進(jìn)行以及嚴(yán)重影響到燒結(jié)礦品質(zhì)的好壞。比如：填加燃料的波動(dòng)在0.3 左右時(shí)，燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性會(huì)明顯下降；燒結(jié)礦的鐵含量和堿度變化會(huì)造成高爐爐溫和造渣的變化，更嚴(yán)重的，還會(huì)引起懸料、崩料等可能。本文著重介紹萊鋼燒結(jié)配料系統(tǒng)是如何例用智能稱(chēng)量系統(tǒng)與帶死區(qū)PID 控制算法的控制過(guò)程，來(lái)完成準(zhǔn)確配料的。
1 系統(tǒng)控制概述
智能稱(chēng)重系統(tǒng)是以擾動(dòng)燒結(jié)配料控制料流量檢測(cè)的。通過(guò)PLC 中PID 對(duì)物料流量調(diào)節(jié)和控制，將采集到的數(shù)據(jù)傳回PLC 中，并依靠變頻器中的匹配比和輸出量來(lái)控制每條寬帶和螺旋饋線(xiàn)的電機(jī)控制頻率。通過(guò)變頻器對(duì)寬帶螺旋饋線(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，也就是變向的控制了物料流量的變化?？驁D如下：
r（k）：計(jì)算機(jī)給定；e（k）：給定值和測(cè)量值的差；
y（k）：測(cè)量值
2 智能稱(chēng)量系統(tǒng)
2.1 智能稱(chēng)量系統(tǒng)拓樸結(jié)構(gòu)
萊蕪鋼鐵集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)萊鋼）燒結(jié)配料系統(tǒng)由13 個(gè)寬帶和2 個(gè)螺旋給料機(jī)組成。為了使燒結(jié)配料的穩(wěn)定性不波動(dòng)，關(guān)鍵是流量的控制。萊鋼是以拉姆齊公司XR-2105p 型流量控制設(shè)備來(lái)采集流量的。
物料的瞬時(shí)流量Q·V（kg／s)是膠帶機(jī)每單位長(zhǎng)度的負(fù)荷值Q（kg/m）與膠帶機(jī)的速度V（m/s）的乘積。物料運(yùn)送時(shí)，由于膠帶機(jī)的不平穩(wěn)性和帶速隨時(shí)間的變化，t 時(shí)間間隔的累積流量可用W=Q（t）V（t）dt 積分公式表示。在公式中，以W-t 間隔運(yùn)輸?shù)牟牧系睦鄯e測(cè)量（kg 或t）、T 材料的通過(guò)時(shí)間（s 或h）、Q（t）帶的單位長(zhǎng)度的材料質(zhì)量（kg/m 或t/m）以及V（t）材料在帶上的運(yùn)行速度（m/s）。
通過(guò)公式可以看出，想要物料流動(dòng)保持相對(duì)穩(wěn)定，需要保證Q（t）的乘積和V（t）不變。也就是說(shuō)，即使膠帶機(jī)上物料流量發(fā)生變動(dòng)，萊鋼也可以相應(yīng)地調(diào)整膠帶機(jī)的帶速。在該系統(tǒng)中，皮帶秤的速度是恒定的、不可調(diào)的，所以控制恒定的流量只能調(diào)節(jié)皮帶上物料的質(zhì)量，而質(zhì)量的變化只能通過(guò)改變變頻器的頻率來(lái)完成。改變寬帶和螺旋切割的速度。
2.2 變頻器MB+ 網(wǎng)絡(luò)控制
每回逆變器發(fā)生斷電前后，系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)行一次初始化，那么PLC 會(huì)完成這次控制程序，程序框圖見(jiàn)圖3。
將通信卡連接到MB+網(wǎng)絡(luò)，分別控制13 個(gè)寬帶機(jī)和2 個(gè)螺旋調(diào)節(jié)饋電轉(zhuǎn)換器。讓每一個(gè)轉(zhuǎn)換器的擴(kuò)展卡上都設(shè)置硬件節(jié)點(diǎn)地址、通信協(xié)議、模式和接收和發(fā)送的字節(jié)數(shù)。PLC 使用對(duì)等“寫(xiě)”變頻器,包括開(kāi)始和停止的操作，電機(jī)的開(kāi)關(guān)和方向的控制,過(guò)程或斷層控制等等。在全球地位逆變器“讀”，包括信息，如功率、電壓、帶速、和理解變頻器和電機(jī)的操作。
3 給料PID 調(diào)節(jié)控制
通過(guò)變頻器的調(diào)節(jié)，使寬帶或螺旋給料機(jī)的速度改變，來(lái)調(diào)節(jié)物料的供給量。在萊鋼所需要的穩(wěn)定性和精度方面，以前的PID 控制并不能保證。為了能實(shí)現(xiàn)控制效果簡(jiǎn)單，所以萊鋼應(yīng)用了帶有死區(qū)的PID 系統(tǒng)調(diào)控，因頻繁動(dòng)作和振動(dòng)所引起的振蕩系統(tǒng)超調(diào)也會(huì)隨之消除?？刂圃?，物料的瞬時(shí)流量反饋值y（k），q 將V（kg/s）與計(jì)算機(jī)給出的r（K）進(jìn)行比較，通過(guò)PLC 中帶死區(qū)的PI 調(diào)整，用變頻器控制寬帶或螺旋的速度，以滿(mǎn)足穩(wěn)定材料的要求。其控制框圖見(jiàn)圖4。
3.1 帶死區(qū)PID 控制算法原理
帶死區(qū)的PID 控制算式為
式中，e（k）是位置跟蹤偏差，e（k）=R（k）-y（k），R（k）由計(jì)算機(jī)設(shè)定量，y（k）是物料瞬時(shí)流量所反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)；e0 作為可以調(diào)整的參數(shù)，可以通過(guò)控制的工藝或?qū)嶋H經(jīng)驗(yàn)確定其調(diào)節(jié)的數(shù)值大小。如果e0 值太小，可以控制動(dòng)作過(guò)于頻繁，達(dá)到穩(wěn)定控制的目的對(duì)象；如果e0 太大,系統(tǒng)的滯后將會(huì)加大，在現(xiàn)場(chǎng)要求上是不能滿(mǎn)足的。
注意：在實(shí)際應(yīng)用中，帶死區(qū)的PID 控制器通過(guò)PLC 內(nèi)建軟模塊實(shí)現(xiàn)。
3.2 控制特點(diǎn)
在此系統(tǒng)控制中，在同一干擾信號(hào)作用下，對(duì)傳統(tǒng)PID 控制器和帶死區(qū)的PID 控制器進(jìn)行仿真。
通過(guò)結(jié)果可以看出，帶死區(qū)的PID 調(diào)節(jié)在響應(yīng)速度方面是比傳統(tǒng)PID 調(diào)節(jié)具有優(yōu)勢(shì)的，前者能有效、快速調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)的波動(dòng)，但仍存在靜態(tài)誤差。傳統(tǒng)的PID 調(diào)節(jié)不僅有20%的超調(diào)，而且系統(tǒng)的響應(yīng)速度也十分緩慢。然而，一旦系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)，就會(huì)引起不均勻的配料，導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量的惡化。
4 結(jié)語(yǔ)
由于智能稱(chēng)重系統(tǒng)和帶死區(qū)的PID 控制系統(tǒng)具備較強(qiáng)的不被干擾和穩(wěn)定性，在燒結(jié)行業(yè)自動(dòng)配料系統(tǒng)中能夠得到很好的應(yīng)用，所以對(duì)提高燒結(jié)礦質(zhì)量還是很有效的。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1999.
[2] 王興強(qiáng)，燒結(jié)自動(dòng)配料在線(xiàn)檢測(cè)與控制系統(tǒng)[J].山東冶金，2001（6）：57.
[3] 劉金琨.先進(jìn)PID 控制及MATLAB 仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.
[4] 張文慶.PID 算法在PLC 模擬量閉環(huán)控制中的實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)，2003（1）：68.