智能稱量系統(tǒng)與死區(qū)PID控制在燒結配料上的研究與應用

郭 奔

（萊蕪鋼鐵集團型鋼煉鐵廠， 山東 萊蕪 271104）

燒結生產(chǎn)過程中配料的精確是會嚴重影響燒結礦的品質。經(jīng)過實踐證明，在燒結配料時如果有偏差，燒結過程可能會無法正常進行以及嚴重影響到燒結礦品質的好壞。比如：填加燃料的波動在0.3左右時，燒結礦的強度和還原性會明顯下降；燒結礦的鐵含量和堿度變化會造成高爐爐溫和造渣的變化，更嚴重的，還會引起懸料、崩料等可能。本文著重介紹萊鋼燒結配料系統(tǒng)是如何例用智能稱量系統(tǒng)與帶死區(qū)PID控制算法的控制過程，來完成準確配料的。

1 系統(tǒng)控制概述

智能稱重系統(tǒng)是以擾動燒結配料控制料流量檢測的。通過PLC中PID對物料流量調節(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控制每條寬帶和螺旋饋線的電機控制頻率。通過變頻器對寬帶螺旋饋線電機的轉速控制，也就是變向的控制了物料流量的變化?？驁D如下：

圖1 系統(tǒng)控制框圖

r（k）：計算機給定；e（k）：給定值和測量值的差；y（k）：測量值

2 智能稱量系統(tǒng)

2.1 智能稱量系統(tǒng)拓樸結構

圖2 智能稱量系統(tǒng)拓樸結構

萊蕪鋼鐵集團（以下簡稱萊鋼）燒結配料系統(tǒng)由13個寬帶和2個螺旋給料機組成。為了使燒結配料的穩(wěn)定性不波動，關鍵是流量的控制。萊鋼是以拉姆齊公司XR-2105p型流量控制設備來采集流量的。物料的瞬時流量Q·V（kg／s)是膠帶機每單位長度的負荷值Q（kg/m）與膠帶機的速度V（m/s）的乘積。物料運送時，由于膠帶機的不平穩(wěn)性和帶速隨時間的變化，t時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間隔運輸?shù)牟牧系睦鄯e測量（kg或 t）、T材料的通過時間（s或 h）、Q（t）帶的單位長度的材料質量（kg/m或t/m）以及V（t）材料在帶上的運行速度（m/s）。

通過公式可以看出，想要物料流動保持相對穩(wěn)定，需要保證Q（t）的乘積和V（t）不變。也就是說，即使膠帶機上物料流量發(fā)生變動，萊鋼也可以相應地調整膠帶機的帶速。在該系統(tǒng)中，皮帶秤的速度是恒定的、不可調的，所以控制恒定的流量只能調節(jié)皮帶上物料的質量，而質量的變化只能通過改變變頻器的頻率來完成。改變寬帶和螺旋切割的速度。

2.2 變頻器MB+網(wǎng)絡控制

每回逆變器發(fā)生斷電前后，系統(tǒng)都會進行一次初始化，那么PLC會完成這次控制程序，程序框圖見圖3。

圖3 變頻器MB+網(wǎng)絡控制程序框圖

將通信卡連接到MB+網(wǎng)絡，分別控制13個寬帶機和2個螺旋調節(jié)饋電轉換器。讓每一個轉換器的擴展卡上都設置硬件節(jié)點地址、通信協(xié)議、模式和接收和發(fā)送的字節(jié)數(shù)。PLC使用對等“寫”變頻器,包括開始和停止的操作，電機的開關和方向的控制,過程或斷層控制等等。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的操作。

3 給料PID調節(jié)控制

通過變頻器的調節(jié)，使寬帶或螺旋給料機的速度改變，來調節(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。為了能實現(xiàn)控制效果簡單，所以萊鋼應用了帶有死區(qū)的PID系統(tǒng)調控，因頻繁動作和振動所引起的振蕩系統(tǒng)超調也會隨之消除?？刂圃?，物料的瞬時流量反饋值y（k），q將V（kg/s）與計算機給出的r（K）進行比較，通過PLC中帶死區(qū)的PI調整，用變頻器控制寬帶或螺旋的速度，以滿足穩(wěn)定材料的要求。其控制框圖見圖4。

圖4 給料PID調節(jié)控制框圖

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）由計算機設定量，y（k）是物料瞬時流量所反饋回來的數(shù)據(jù)；e0作為可以調整的參數(shù)，可以通過控制的工藝或實際經(jīng)驗確定其調節(jié)的數(shù)值大小。如果e0值太小，可以控制動作過于頻繁，達到穩(wěn)定控制的目的對象；如果e0太大,系統(tǒng)的滯后將會加大，在現(xiàn)場要求上是不能滿足的。

注意：在實際應用中，帶死區(qū)的PID控制器通過PLC內建軟模塊實現(xiàn)。

3.2 控制特點

在此系統(tǒng)控制中，在同一干擾信號作用下，對傳統(tǒng)PID控制器和帶死區(qū)的PID控制器進行仿真。

圖5 傳統(tǒng)PID控制仿真曲線

圖6 帶死區(qū)PID控制仿真曲線

通過結果可以看出，帶死區(qū)的PID調節(jié)在響應速度方面是比傳統(tǒng)PID調節(jié)具有優(yōu)勢的，前者能有效、快速調節(jié)現(xiàn)場的波動，但仍存在靜態(tài)誤差。傳統(tǒng)的PID調節(jié)不僅有20%的超調，而且系統(tǒng)的響應速度也十分緩慢。然而，一旦系統(tǒng)發(fā)生波動，就會引起不均勻的配料，導致燒結礦質量的惡化。

4 結語

由于智能稱重系統(tǒng)和帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)具備較強的不被干擾和穩(wěn)定性，在燒結行業(yè)自動配料系統(tǒng)中能夠得到很好的應用，所以對提高燒結礦質量還是很有效的。