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(jiàn)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(guò)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(lái)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(jiǎn)單，調(diào)整操作方便。因此，我們采用了該控制方式來(lái)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(jiǎn)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(jiàn)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:Q_1max=100t/h，Q_2max=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T_i放在最大檔，然后，逐步減小比例度δ，直到過(guò)渡過(guò)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(guò)渡過(guò)程稍有一點(diǎn)過(guò)調(diào)。此時(shí)，δ=42%，T_i=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(jiàn)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(lái)，效果良好，故障率為零，逐步降低了fCaO，提高了熟料質(zhì)量，見(jiàn)表2。

注：1998年下半年開(kāi)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(zhǎng)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。