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(jì)原理、軟件編程實(shí)現(xiàn)及如何利用RSlogix5000開發(fā)軟件包解決控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的缺陷。

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

1.概述

400燒結(jié)機(jī)于2009年8月份投產(chǎn)，具有一流的裝備水平及自動(dòng)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(jī)引進(jìn)了芬蘭智能燒結(jié)控制模型，它將人工操作經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算機(jī)控制理論相結(jié)合，并根據(jù)燒結(jié)實(shí)際情況進(jìn)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(jì)思想

400燒結(jié)機(jī)采用柔性傳動(dòng)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(jìn)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(shí)2.2KW循環(huán)泵電機(jī)啟動(dòng)對(duì)油進(jìn)行冷卻；補(bǔ)壓系統(tǒng)，當(dāng)工作油壓欠壓時(shí)補(bǔ)壓系統(tǒng)自動(dòng)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(jī)一備一用，通過AB Controllogix5000控制平臺(tái)8套電磁閥和比例閥實(shí)現(xiàn)對(duì)活頁門的全自動(dòng)及半自動(dòng)控制。

2.1.液壓系統(tǒng)工作原理

布料閘門為8個(gè)，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(jì)閘門安裝總寬3980㎜，小于料槽4000㎜寬度，閘門分別由8個(gè)液壓缸控制，相互獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，當(dāng)油缸活塞桿完全伸出時(shí)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(gè)閘門轉(zhuǎn)軸上的角位移傳感器—— 編碼器測(cè)量，并反饋進(jìn)行控制。

在停機(jī)狀態(tài)下，8個(gè)液壓缸全部伸出，布料閘門完全關(guān)閉。開機(jī)時(shí)液壓系統(tǒng)開啟，油源部分運(yùn)行正常后，延時(shí)一段時(shí)間，控制器發(fā)出控制信號(hào)使液壓控制系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行。首先根據(jù)設(shè)定信號(hào)8個(gè)液壓缸同時(shí)開啟到設(shè)定位置，然后根據(jù)偏差信號(hào)的變化液壓缸隨動(dòng)調(diào)節(jié)。閉環(huán)控制響應(yīng)時(shí)間小于5秒即可。停機(jī)時(shí)，布料圓輥先停，控制器發(fā)出信號(hào)使8個(gè)液壓缸全部伸出，布料門全部關(guān)閉，之后燒結(jié)機(jī)停機(jī)。

2.2.AB Controllogix5000控制平臺(tái)

Controllogix5000控制平臺(tái)屬于LogixTM控制平臺(tái)一種，它集順序控制，運(yùn)動(dòng)控制，過程控制，變頻驅(qū)動(dòng)控制于一體即使一個(gè)控制器也可以完成所有任務(wù)。同時(shí)，模塊化組合實(shí)現(xiàn)了SCADA、DCS、PLC、分布式傳動(dòng)等不同系統(tǒng)。除此之外，Controllogix5000控制平臺(tái)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(chǎng)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(dòng)化與過程自動(dòng)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(shí)現(xiàn)多種異種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

模型開發(fā)平臺(tái)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(chǎng)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(jiǎn)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(hào)作為控制信號(hào)，即12～20mA時(shí)，閥門開；4～12mA時(shí)，閥門關(guān)。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間調(diào)試，發(fā)現(xiàn)如果比例閥長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)，再次動(dòng)作時(shí)，閥容易出現(xiàn)小信號(hào)不響應(yīng)問題，一般在額定信號(hào)25%一下，即10～14mA。通過使用PID計(jì)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(jī)橫斷面的壓入率保持一致，即保持燒結(jié)機(jī)橫斷面垂直燃燒速度保持一致。8個(gè)活頁門對(duì)應(yīng)下料點(diǎn)處分別裝有料位檢測(cè)裝置——超聲波料位計(jì)，由此裝置檢測(cè)到的料厚作為模型輸入值，經(jīng)模型計(jì)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(dá)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(diǎn)及偏差2個(gè)二級(jí)模型，采用在液壓缸內(nèi)安置比例閥，通過檢測(cè)油缸形成來計(jì)算活頁門開度。調(diào)節(jié)過程中，多次出現(xiàn)比例閥不動(dòng)作的情況。經(jīng)確認(rèn)，主要是油的原因。使用比例閥對(duì)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?cè)诔绦蚓幹浦幸部紤]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(dòng)作。

4.應(yīng)用效果

自布料模型投運(yùn)以來，全自動(dòng)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)得到了明顯的改善。通過對(duì)燒結(jié)布料控制的研究，對(duì)于穩(wěn)定燒結(jié)過程的運(yùn)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(shí)意義。

作者簡(jiǎn)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(dòng)化控制。