變頻器在自動配料系統中的網絡控制
摘 要 針對萊鋼1# 8m2球團豎爐配料自動控制系統的技術特點，介紹了變頻器的網絡控制、PID調節、無擾動切換等的實現方法。
變頻器在配料自動控制系統中有著廣泛的應用。萊鋼1# 8m2球團豎爐配料自動控制系統于2001年5月經大修改造后投入運行。它采用PLC控制技術，其核心控制是“配料秤———二次儀表———PLC———變頻器”形成閉環控制，通過變頻器調節圓盤給料機、螺旋給料機來調節料流量，以達到設定的配比，完成配料功能。變頻器與PLC的通信方式曾是影響配料精度和穩定性的制約環節。傳統上對變頻器的控制多是將4-20mA電流信號或1-5V電壓信號送到PLC，經PLC的運算，再控制變頻器的輸出。萊鋼豎爐配料控制系統中，采用了數字通信技術，實現變頻器的網絡控制，收到良好的效果。
一、控制系統構成
控制系統配置示意圖見圖1。
圖1
根據I/O點數（DI：64點，DO：32點，AO：8路）和控制要求，本系統采用施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列PLC，操作系統是Windows NT4.0(Workstation)，編程軟件Concept2.2，監控軟件Intouch，中文之星FOR NT。PLC的配置包括：1個控制器140CPU11303，1個電源模塊140CPS11410，2個32點DI模塊140DD135300，1個32點DO模塊140DDO35300，1個8通路輸入模塊140ACI02000。
上位機選用研華IPC-610工控機作為監控站，配置SA85卡與PLC的MB+網連接，整個系統通信采用MB+通信協議，包括5臺變頻器配MB+網通信卡VW3A58302全部直接掛在網
上，工控機、PLC、變頻器各作為一個節點，共同組成一個總線網，充分利用MB+網的通信能力和可靠性，進行實時對等通信，達到數據交換和設備控制。
二、變頻器的控制與實現
針對該控制系統的特點，對變頻器的操作主要設計了現場手動調節、上位機全自動調節和機上鍵盤給定調節三種方式。其中現場手動調節只限于應急狀態時用。
圖2
1. 變頻網絡控制設計
每次在變頻器上電前或故障后，首先進行初始化，該部分的控制程序由PLC完成，其程序框圖見圖2。
5臺調節給料用變頻器由通信卡接入MB+網，在每臺變頻器的擴展卡上設置硬件節點地
址，設定通信協議、方式及接收和發送的字節數；同時定義PLC內的通信協議、方式及接收和發送的字節數。PLC內使用PEER COP向變頻器“WRITE”命令，包括啟停操作、電機正反轉控制、過程調節控制、故障控制等；用GLOBAL向變頻器“READ”狀態，包括電流、電壓、轉速等信息，了解變頻器及電機的運行狀況。
2. 圓盤給料PID調節控制
圓盤給料PID調節主要通過變頻器調節圓盤轉速，以改變下料量。常規的閉環控制方法是無法達到穩度、精度要求的。因此采取大滯后閉環控制。一是為避免系統超調，確定系統響應時間T時，應大于圓盤機械響應時間t1與物料從下料口到秤量段時間t2之和；二是在PID運算輸出之前加一限定值，當輸出量變化值超過該限定值時，用限定值代替PID運算輸出，以克服輸出量變化影響圓盤轉動的穩定性；三是實現無擾動投入，先確定好圓盤轉速初值，圓盤啟動時經3-5周期的運行，當瞬時流量在PID調節范圍內輸出時，自動切換到PID調節；四是當工況不穩時，如瞬時流量波動較大且無規律，可采用累計調節方式，即取單位時間（取5s）的累計流量作為PV值與設定流量SP進行比較調節。其程序控制框圖見圖3。
圖3
3. 變頻控制手、自動無擾動切換
在相同頻率時，有時會出現下料不均勻、波動幅度大，再用手動給定調節會明顯滯后，采用無擾動切換尤其必要。具體方法是瞬時流量法，取t為瞬時流量均值。1#秤在t內均值為X，
經t1取4#秤（或經t2取5#秤）t內均值為Y，根據X+Y與給定配比S確定膨潤土流量I′=（X+Y）•S。I′與給定膨潤土I比較，若I′在允許誤差范圍內，膨潤土下料量不變；若超出范圍，過t3后，調節8#螺旋頻率，由沖板秤測得實際流量I1，再比較，如此反復調節。實際調節中，在滿足生產需要的前提下，應盡可能擴大給定( 的誤差范圍，以降低流量波動，克服頻繁調整。t、t1、t2、t3值可根據需要或實際測定取得。
三、結語
該配料控制系統采用的MB+網通信方式，與傳統的模擬信號傳輸（如4-20mA電流信號、1-5V電壓信號）相比，在系統控制的穩定性、可靠性及信號傳輸的準確性等方面有著明顯的優勢，為豎爐的產、質量的提高創造了條件。同時，MB+通信協議的完全開放性，為下一步整個豎爐工藝自動控制乃至整個燒結生產管理聯網創造了基礎。