單閉環(huán)比值隨動(dòng)控制在螢石自動(dòng)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 單閉環(huán)比值隨動(dòng)控制原理
單閉環(huán)比值隨動(dòng)控制實(shí)際上是一個(gè)以從動(dòng)量Q2為閉環(huán)控制,而Q2又按一定比值關(guān)系隨動(dòng)于主動(dòng)量Q1的控制系統(tǒng)。其控制原理見圖1。
圖1 單閉環(huán)比值隨動(dòng)控制原理
在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下,兩種物料量應(yīng)滿足Q2=KQ1(K是比值系數(shù))。當(dāng)主動(dòng)量Q1不變時(shí),若從動(dòng)量Q2受到干擾,則通過從動(dòng)回路自動(dòng)調(diào)節(jié),迅速克服干擾,以保持從動(dòng)量Q2不變,進(jìn)而保持設(shè)定的比值關(guān)系。當(dāng)主動(dòng)量Q1發(fā)生變化時(shí),比值器的輸出去改變調(diào)節(jié)器的給定值,使從動(dòng)量Q2以新的量值與主動(dòng)量的變化相適應(yīng),從而保持設(shè)定的比值關(guān)系。若主、從動(dòng)量Q1、Q2一起受到干擾,則調(diào)節(jié)器在克服從動(dòng)量Q2的干擾的同時(shí),又根據(jù)主動(dòng)量Q1經(jīng)比值器輸出的新的設(shè)定值去改變從動(dòng)量Q2,以保持原來的比值不變。
在該控制方式中,從動(dòng)量Q2閉環(huán)回路的任務(wù)是快速準(zhǔn)確地隨動(dòng)于主動(dòng)量Q1變化。比值器的任務(wù)是將主動(dòng)量Q1按要求的比例乘上某一倍數(shù),作為從動(dòng)量Q2流量調(diào)節(jié)的給定值,使從動(dòng)量Q2與主動(dòng)量Q1之間始終保持一定比值不變。
由于該控制方式能比較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)主、從物料之間的比值隨動(dòng)控制,而且結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)整操作方便。因此,我們采用了該控制方式來實(shí)現(xiàn)石灰石中按比例摻加螢石的自動(dòng)配料系統(tǒng)。其中:石灰石為主動(dòng)量Q1,螢石為從動(dòng)量Q2。
2 控制系統(tǒng)組成
根據(jù)配料系統(tǒng)的功能要求,本著操作簡單、設(shè)計(jì)合理、使用可靠、維修方便、價(jià)格適宜為原則,我們選用四川建材科研所自控室提供的STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為配料控制系統(tǒng)的主機(jī)。該機(jī)的模板器件全部為抗干擾能力強(qiáng)、溫度性能好的CMOS器件,具有標(biāo)準(zhǔn)度高、可靠性好、功能齊全、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
主機(jī)硬件系統(tǒng)與外界6個(gè)部分聯(lián)系,完成自動(dòng)配料。這6個(gè)部分是:毫伏放大器、富士通FVR型變頻調(diào)速控制器、螢石預(yù)給料皮帶機(jī)、螢石全荷式恒速皮帶秤、生料石灰石懸浮式皮帶秤和獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。系統(tǒng)控制方框圖見圖2。
圖2 配料系統(tǒng)控制方框圖
3 控制系統(tǒng)的調(diào)試
3.1 比值系數(shù)K1的計(jì)算
由于工藝上所要求的石灰石、螢石兩物料的比值是重量之比,而計(jì)算機(jī)上體現(xiàn)參數(shù)與參數(shù)之間的關(guān)系是相應(yīng)的電信號(hào),因此,比值系數(shù)的計(jì)算就是把工藝上要求的流量比折算成在計(jì)算機(jī)上設(shè)置對(duì)應(yīng)的電信號(hào)之比。
石灰石計(jì)量秤與螢石配料秤上的瞬時(shí)流量與其壓力傳感器輸出的毫伏電信號(hào)成線性關(guān)系。而流量由零變至最大值時(shí),信號(hào)放大后所對(duì)應(yīng)的電壓值為0~5V,則流量的任一中間值Q所對(duì)應(yīng)的電壓U為:
那么,比值系數(shù)K1與K的關(guān)系為:
K=K1·A
兩臺(tái)皮帶秤量程分別為:Q1max=100t/h,Q2max=5t/h,根據(jù)原材料的質(zhì)量,工藝下達(dá)的比值系數(shù)K=0.7%~1.2%,因此,比值系數(shù)K1=0.14~0.24。
3.2 控制參數(shù)的整定
從動(dòng)控制回路選用比例積分(PI)的控制算法。整定時(shí),將Ti放在最大檔,然后,逐步減小比例度δ,直到過渡過程處于振蕩與不振蕩的臨界狀態(tài)。繼之,再適當(dāng)提高比例度,逐步減少積分時(shí)間,直到過渡過程稍有一點(diǎn)過調(diào)。此時(shí),δ=42%,Ti=1.4,控制回路工作在最佳狀態(tài),調(diào)整完畢。
4 效果分析
系統(tǒng)安裝調(diào)試完后,于1998年6月20日進(jìn)行了首次實(shí)物標(biāo)定,其當(dāng)量誤差、控制精度都小于1%,見表1。在以后的多次實(shí)物標(biāo)定中,當(dāng)量誤差、控制精度仍小于1%。系統(tǒng)投運(yùn)兩年來,效果良好,故障率為零,逐步降低了fCaO,提高了熟料質(zhì)量,見表2。
秤別 | 標(biāo)定 次數(shù) | 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物 重量/kg | 過料控制 時(shí)間/s | 比值 系數(shù)/% | 示值 /kg | 偏差 /kg | 當(dāng)量 誤差/% | 控制 精度/% | 實(shí)際比值 系數(shù)/% | 標(biāo)定 時(shí)間 | 備注 |
石灰石秤 | 1 | 4260.5 | 180 | 1 | 4296.7 | +36.2 | +0.85 | 1.04 | 9:10 | 大約80%量程 | |
螢石秤 | 44.3 | 44.6 | +0.3 | +0.67 | |||||||
石灰石秤 | 2 | 4166.4 | 240 | 1 | 4203.5 | +37.1 | +0.89 | 0.94 | 10:05 | 大約60%量程 | |
螢石秤 | 39.2 | 39.0 | -0.2 | -0.51 | |||||||
石灰石秤 | 3 | 3820.6 | 360 | 1 | 3793.1 | -27.5 | -0.72 | 1.12 | 11:20 | 大約40%量程 | |
螢石秤 | 42.8 | 43.1 | +0.3 | +0.70 |
注:1998年下半年開始采用隨動(dòng)控制系統(tǒng)。
但系統(tǒng)不足之處是石灰石皮帶秤未實(shí)現(xiàn)測(cè)速,設(shè)計(jì)時(shí)將皮帶的速度1.25m/s作為常數(shù)C與其單位長度上的重量G相乘而得出瞬時(shí)量,即:Q=CG。由于實(shí)際電網(wǎng)頻率變化,電壓變化或皮帶張力的變化,皮帶速度不可能是恒定不變的,因此整個(gè)系統(tǒng)的精度必將受到影響。
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