一、引言

鞍鋼東鞍山選礦廠篩選車間有渣漿泵2臺，1臺工作1臺備用。原來由75KW交流感應電動機恒速驅(qū)動，渣漿泵常在額定功率的50%-70%之間運行，該系統(tǒng)明顯存在如下問題：

1. 電動機容量比渣漿泵額定出力大，多余容量不能利用，白白浪費。
2. 渣漿泵起動電流一般為額定電流的6-8倍，因此，起動轉(zhuǎn)矩嚴重降低電動機壽命。
3. 靠環(huán)水閥門的開大、關(guān)小調(diào)節(jié)渣漿流量，但因此造成壓流損失，而且調(diào)節(jié)困難。

在2002年的大修中，對渣漿泵電機控制系統(tǒng)進行了改造。改造后的系統(tǒng)采用變頻器驅(qū)動電機，用可編程序控制器控制變頻器的運轉(zhuǎn)，在渣漿流量調(diào)節(jié)中應用了先進的2自由度PID控制算法。新系統(tǒng)投入運行后，性能優(yōu)越、節(jié)能效果明顯。

二、系統(tǒng)組成

變頻器采用羅克韋爾自動化公司的A-B 1336 PLUSⅡ無速度傳感器矢量控制變頻器，額定功率為125KW，型號為1336F-B2125-AA-EN-L5-HAS2。

工藝要求在渣漿泵機旁設操作箱，主控制室設操作臺，而變頻器安裝在配電室里的變頻柜中。主要操作有啟 動、停止、復位、工頻/變頻轉(zhuǎn)換并有信號燈顯示工作狀態(tài)。在操作臺、操作箱、變頻器柜各設1臺MicroLogix 1200系列的1762-L24BWA可編程序控制器，3臺控制器通過高級接口轉(zhuǎn)換器AIC+用雙絞線連接組成DH485網(wǎng)絡實現(xiàn)異地操作。從而簡化了配 線，提高了系統(tǒng)的可靠性。

渣漿流量由流量傳感器檢測，轉(zhuǎn)換成4～20mA信號送至可編程數(shù)字調(diào)節(jié)儀輸入，流量設定由上位機給出送調(diào)節(jié)儀外給定，控制運算利用調(diào)節(jié)儀提供的功能塊組態(tài)實現(xiàn)。調(diào)節(jié)儀面板上可實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)流量及手動/自動轉(zhuǎn)換操作。系統(tǒng)組成如圖1所示。

三、流量2自由度PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)

系統(tǒng)改造前靠環(huán)水閥門的開大、關(guān)小調(diào)節(jié)渣漿流量，以適應負荷的變化，不僅調(diào)節(jié)困難，而且會造成壓流損 失，浪費電能。改造后系統(tǒng)通過改變電動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)渣漿流量，擴大了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，提高了系統(tǒng)的線性度，改善了系統(tǒng)的控制性能，而且節(jié)能的效果十分明 顯。流量閉環(huán)調(diào)節(jié)方框圖如圖2所示。

流量設定要適應負荷變化，由上位機給定，變化比較頻繁，要求流量能快速跟蹤設定。系統(tǒng)對設定值跟蹤特性及擾動抑制特性均有較高要求。因此，調(diào)節(jié)器采用參考文獻4 給出的2自由度實用型PID控制器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。PID控制器的傳遞函數(shù)為：

式中： M(S) 為操作量， E(S) 為偏差，K_p，T_i，T_d 分別為比例系數(shù)、積分時間、微分時間； 1/ 為微分增益，一般取 = 0.1。設定值濾波器用可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器提供的功能塊組態(tài)實現(xiàn)。其中2自由度化系數(shù)α，β，γ分別取為α=0.4，β=1.25，γ=0.5。PID參數(shù) K_p，T_i，T_d 按常規(guī)1自由度PID參數(shù)整定法整定。

圖3 流量2自由度PID控制器
G（s）：包含變頻器、電機、渣漿泵、流量變送器在內(nèi)的廣義傳遞函數(shù)

四、通信網(wǎng)絡及系統(tǒng)組態(tài)

4.1 DH485網(wǎng)絡簡介

DH485協(xié)議定義了共享一對線路的多個設備間的通信。DH485協(xié)議使用了RS-485半雙工接口作為它的物理接口。RS-485使用能夠在公用數(shù)據(jù)電路上共存的設備，因此設備間的數(shù)據(jù)共享簡單易行。DH485網(wǎng)絡提供：

• 32個設備間的互聯(lián)
• 多主控設備功能
• 令牌傳遞訪問控制權(quán)
• 不中斷網(wǎng)絡的情況下，可以增加或刪除節(jié)點
• 最大網(wǎng)絡長度為1219m，借助2個高級接口轉(zhuǎn)換器AIC+，可擴展到2438m。

DH485協(xié)議支持2類設備：發(fā)送設備和響應設備。網(wǎng)上的所有設備均有機會激活信息傳送。使用令牌算法決定哪個發(fā)送設備有權(quán)進行傳送。

持有令牌的節(jié)點可以向網(wǎng)絡傳送一個信息。每個接收到令牌的節(jié)點允許一定數(shù)量（由令牌持有因子決定）的傳輸。節(jié)點傳送信息完畢后，它將把令牌傳向下一個設備。

允許使用的節(jié)點地址為0至31。網(wǎng)絡中至少有一個發(fā)送設備（例如MicroLogix 1200或者是SLC5/02或更高級的處理器）。

MicroLogix 1200可編程序控制器支持DH485網(wǎng)絡。

4.2 DH485網(wǎng)絡的組態(tài)

羅克韋爾自動化公司提供了專門的網(wǎng)絡連接軟件Rslinx。先將軟件裝入PC機，打開軟件，按給出的 組態(tài)項目，如選擇通訊接口，選擇網(wǎng)絡類型等進行設置。再設定3臺AIC+的地址，其中變頻柜中的AIC+的地址為1、操作臺為2、操作箱為3，啟動 communication命令，以PC機為工作站的DH485網(wǎng)絡即可連通。網(wǎng)絡一旦建立，PC機可以撤消�？刂破骺勺詣舆B網(wǎng)。

4.3系統(tǒng)組態(tài)與編程

變頻器的硬件組態(tài)及軟件組態(tài)，參考文獻3已有詳細介紹。MicroLogix 1200可編程序控制器的用戶程序是用梯形圖表示的。其關(guān)鍵是編制3臺PLC之間的信息交換程序。因此要充分理解羅克韋爾自動化公司提供的通訊指令MEG 的含義及用法。MEG指令是一條輸出指令，可以使控制器與其他設備通訊。與其他設備的關(guān)系可以是對等通訊或主從通訊。每個應用程序的通訊類型決定程序組態(tài) 的要求。當把MSG指令放入梯形圖后，確定是信息讀還是寫。然后指定目標設備和MSG指令的控制塊。

3臺Micrologixl200控制器之間的信號傳遞，靠反復調(diào)用MSG控制塊實現(xiàn)。

五、運行效果

改造后的渣漿泵流量控制系統(tǒng)于2002年10月投入運行，由于采用了調(diào)節(jié)渣漿泵轉(zhuǎn)速來控制流量及引入了先進的二自由度PID控制策略，系統(tǒng)的控制范圍得到擴大，控制精度得到提高�，F(xiàn)將改造前后渣漿泵電動機的運行參數(shù)列表如下：

表1. 改造前后渣漿泵電動機的運行參數(shù)

運行方式	電壓/V	電流/A	轉(zhuǎn)速/（r.min-1）
工頻（改造前）	380	102	985
變頻（改造后）	228	51	600

 

從表1可以算出，改造后渣漿泵電動機消耗的功率是改造前的30%，采用變頻調(diào)速節(jié)能的效果十分明顯。

參考文獻

1. Rockwell Automation. 1336 PLUS Ⅱ Adjustable Frequency AC Drive With Sensorless Vector User Manual,January,2001
2. Rockwell Automation. 1336 PLUS Ⅱ Adjustable Frequency AC Drive With Sensorless Vector Troubleshooting Guide,Fabruary,1997
3. 李甲申.A-B變頻器在選礦廠渣漿泵控制中的應用[J].冶金電氣，2002，7（4）:34
4. 李甲申.實用二自由度PID控制[J].自動化儀表，2000，21（11）:10

作者簡介

李甲申，1944年生。1966年畢業(yè)于東北大學冶金熱能專業(yè)，1982年畢業(yè)于東北大學工業(yè)自動化 專業(yè)獲碩士學位�，F(xiàn)任鞍鋼集團自動化公司總工程師，教授。長期從事工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的設計、研究工作。享受國務院特殊津貼的專家、遼寧省科技進步二等獎 第一完成人。已在國內(nèi)外發(fā)表學術(shù)論文20余篇。