單閉環(huán)比值隨動控制在螢石自動配料系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 單閉環(huán)比值隨動控制原理
單閉環(huán)比值隨動控制實際上是一個以從動量Q2為閉環(huán)控制，而Q2又按一定比值關(guān)系隨動于主動量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)主動量Q1不變時，若從動量Q2受到干擾，則通過從動回路自動調(diào)節(jié)，迅速克服干擾，以保持從動量Q2不變，進而保持設(shè)定的比值關(guān)系。當(dāng)主動量Q1發(fā)生變化時，比值器的輸出去改變調(diào)節(jié)器的給定值，使從動量Q2以新的量值與主動量的變化相適應(yīng)，從而保持設(shè)定的比值關(guān)系。若主、從動量Q1、Q2一起受到干擾，則調(diào)節(jié)器在克服從動量Q2的干擾的同時，又根據(jù)主動量Q1經(jīng)比值器輸出的新的設(shè)定值去改變從動量Q2，以保持原來的比值不變。
在該控制方式中，從動量Q2閉環(huán)回路的任務(wù)是快速準(zhǔn)確地隨動于主動量Q1變化。比值器的任務(wù)是將主動量Q1按要求的比例乘上某一倍數(shù)，作為從動量Q2流量調(diào)節(jié)的給定值，使從動量Q2與主動量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)確地實現(xiàn)主、從物料之間的比值隨動控制，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現(xiàn)石灰石中按比例摻加螢石的自動配料系統(tǒng)。其中:石灰石為主動量Q1，螢石為從動量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)計合理、使用可靠、維修方便、價格適宜為原則，我們選用四川建材科研所自控室提供的STD總線工業(yè)控制計算機為配料控制系統(tǒng)的主機。該機的模板器件全部為抗干擾能力強、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。
主機硬件系統(tǒng)與外界6個部分聯(lián)系，完成自動配料。這6個部分是: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、螢石全荷式恒速皮帶秤、生料石灰石懸浮式皮帶秤和獨立的穩(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，而計算機上體現(xiàn)參數(shù)與參數(shù)之間的關(guān)系是相應(yīng)的電信號，因此，比值系數(shù)的計算就是把工藝上要求的流量比折算成在計算機上設(shè)置對應(yīng)的電信號之比。
石灰石計量秤與螢石配料秤上的瞬時流量與其壓力傳感器輸出的毫伏電信號成線性關(guān)系。而流量由零變至最大值時，信號放大后所對應(yīng)的電壓值為0～5V，則流量的任一中間值Q所對應(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
從動控制回路選用比例積分(PI)的控制算法。整定時，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，逐步減少積分時間，直到過渡過程稍有一點過調(diào)。此時，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日進行了首次實物標(biāo)定，其當(dāng)量誤差、控制精度都小于1%，見表1。在以后的多次實物標(biāo)定中，當(dāng)量誤差、控制精度仍小于1%。系統(tǒng)投運兩年來，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)實物 重量/kg | 過料控制 時間/s | 比值 系數(shù)/% | 示值 /kg | 偏差 /kg | 當(dāng)量 誤差/% | 控制 精度/% | 實際比值 系數(shù)/% | 標(biāo)定 時間 | 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控制系統(tǒng)。
但系統(tǒng)不足之處是石灰石皮帶秤未實現(xiàn)測速，設(shè)計時將皮帶的速度1.25m/s作為常數(shù)C與其單位長度上的重量G相乘而得出瞬時量，即:Q=CG。由于實際電網(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，因此整個系統(tǒng)的精度必將受到影響。
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