轉子定量給料機控制系統(tǒng)設計思路和安裝

1、轉子定量給料機控制系統(tǒng)設計思路和安裝轉子定量給料機是粉煤灰配料工藝中一種較普遍應用的設備。2010年4月，我公司一臺轉子定量給料機的控制系統(tǒng)因CPU模塊及稱重模塊損壞而無法運行。要恢復系統(tǒng)，需要采購CPU模塊、稱重模塊及重新編制相應的控制程序（原程序有密碼保護），花費較多且采購時間較長。為此，我們利用磨機的西門子S7-300現場控制站重新編制了控制程序，用較短的時間恢復了轉子定量給料機的運行。1計量控制系統(tǒng)的組成及控制原理轉子定量給料機由粉體喂料機和轉子秤兩部分組成，二者都采用變頻調速。其計量控制系統(tǒng)由西門子S7-300PLC組態(tài)而成。安裝在環(huán)形天平上的拉力傳感器產生的重量信號被轉換為420m

2、A的信號后送入稱重模塊，安裝在轉子上的光電旋轉編碼器測取的轉速信號被轉換為420mA的信號后送入模擬量輸入通道。控制系統(tǒng)對轉子定量給料機的驅動通過與開關量通道相連的中間繼電器實現，對流量的控制則是通過模擬量輸出通道對2個變頻器的頻率控制實現的，即轉速信號及重量信號分別送入PLC的模塊后經過運算得到實際流量，該流量再與給定流量進行比較，通過調節(jié)變頻器的頻率來實現流量的定量控制。操作人員可以通過DCS系統(tǒng)的操作界面實現轉子定量給料機的流量及啟?？刂啤?設計思路及方案2.1系統(tǒng)的硬件組態(tài)用一塊現場顯示轉子秤內物料的重量，并把產生的mV信號轉化為420mA信號后送入現場控制站的模擬量輸入通道；用一塊頻

3、率顯示儀表顯示轉子秤轉子的轉速，并將光電旋轉編碼器產生的頻率信號轉換為420mA信號后送入模擬量輸入通道。編制在CPU中的軟件調節(jié)器，通過相應的運算得出粉體喂料機、轉子秤電動機的變頻器的頻率給定信號，并分別通過現場控制站的兩個模擬量輸出通道送入變頻器中。2臺變頻器的啟停信號分別通過現場控制站的2個開關量輸出通道實現,故障信號則通過開關量輸入通道實現，通道及接線與原系統(tǒng)基本相同。圖1是計量控制系統(tǒng)的硬件信號流向示意圖（其中喂料機與轉子秤之間沒有直接的信號流）。2.2軟件調節(jié)器的設計調節(jié)器的作用就是確保通過環(huán)形天平的物料流量等于或近似等于給定流量，由于轉子定量給料機由粉體喂料機、轉子秤兩部分組成，

4、要實現這一目標，必須確保調節(jié)器對粉體喂料機和轉子秤之間的協同調節(jié)。要實現這種協同調節(jié)的控制方式，可以通過以下幾種方案實現：1）使轉子秤轉子的速度保持恒定值，以轉子秤內物料的實際重量Gf作為反饋值與經過計算獲得的轉子秤的重量給定值Gg（Gg=Qg/k，Qg是流量給定值，k是常數，可以用于在對轉子定量給料機的實物標定過程中根據標定結果進行調整，以使顯示值與實際值相符）進行比較，通過一個負反饋調節(jié)器調節(jié)粉體喂料機的轉速從而確保進入轉子秤內物料的重量Gf的穩(wěn)定，這樣就能保證從轉子秤送出的物料流量Qf（Qf=kGf）的穩(wěn)定。2）使轉子秤轉子的轉速保持恒定值，以轉子秤內物料的實際流量Qf作為反饋值與流量給

5、定值Qg進行比較，通過調節(jié)粉體喂料機的轉速從而確保進入轉子秤內物料的實際流量Qf的穩(wěn)定，這樣就能保證從轉子秤送出的物料流量Qf的穩(wěn)定。3）使粉體喂料機的轉速保持恒定，以通過轉子秤的物料實際流量Qf（Qf=kfQf，其中f為轉子秤轉子的轉速）為流量反饋值與流量給定值Qg進行比較，通過調節(jié)轉子的轉速從而確保從轉子秤送出的物料流量Qf的穩(wěn)定。4）一方面以轉子秤內物料的實際重量Gf作為反饋值與經過計算獲得的轉子秤的重量給定值Gg（Gg=mQg+n，該等式是一個經驗公式，其中m、n是常數，根據經驗在我們設計的系統(tǒng)中取m=1.6,n=12）進行比較，通過調節(jié)粉體喂料機轉速從而確保進入轉子秤內物料的重量Gf

6、的穩(wěn)定；另一方面以轉子秤內物料的實際流量Qf作為流量反饋值與流量給定值Qg進行比較，通過調節(jié)轉子的轉速從而確保從轉子秤內送出的物料流量Qf的穩(wěn)定。5）一方面以轉子秤內物料的實際流量Qf作為反饋值與流量給定值Qg進行比較，通過調節(jié)粉體喂料機的轉速從而確保進入轉子秤內物料的重量Qf的穩(wěn)定；另一方面以轉子秤內物料的實際流量Qf作為反饋值與流量給定值Qg進行比較，通過調節(jié)轉子的轉速從而確保從轉子秤內送出的物料流量Qf的穩(wěn)定。上述5種方案中，方案4及方案5是雙閉環(huán)調節(jié)方式，具有很強的調節(jié)能力。由于方案4能基本保證物料在轉子秤內的均勻分布，所以更符合對轉子定量給料機的計量控制系統(tǒng)控制精度的要求1，因此在本

7、設計中我們采用了該方案。圖2是該方案的負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。軟件調節(jié)器既可以采用PID調節(jié)器（特別是在西門子S7-300的STEP7編程中，可以通過調用現成的PID系統(tǒng)功能塊，非常容易地得以實現），也可以采用用戶自己設計的特殊的負反饋閉環(huán)調節(jié)器。由于PID系統(tǒng)功能塊需要整定的參數較多，整定過程較為繁瑣，故我們采用了自己編制的負反饋閉環(huán)調節(jié)器，并對物料重量信號及轉速信號進行濾波處理（編制了濾波程序）。3安裝調試及運行將轉子定量給料機與現場控制站中相應的通道之間直接或通過儀表相互連接的各種信號線進行連接，并把編制好的控制程序下載到現場控制站的CPU中，另外在操作界面上組態(tài)好相應的控制按鈕及操作數

8、據并與現場控制站進行相應的數據連接，安裝工作就完成了。系統(tǒng)安裝完成后的調試有以下幾方面的工作：頻率變送器及稱重儀表的相關參數的設置。系統(tǒng)上電并使系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時觀察系統(tǒng)的控制調節(jié)能力，并根據實際運行情況調整或修改相關的運行參數或控制程序。系統(tǒng)的計量標定。工作較為簡單，在進行工作時主要問題是重量給定值Gg的確定問題。最早的程序中是直接規(guī)定幾個固定的重量給定值，在某個給定流量Qg范圍指定其中一個值與之對應，這種方式存在的問題是相應的程序編起來較為繁瑣，另外在調整流量時如果調整的范圍較大會對重量調節(jié)造成較大的擾動。通過對程序的幾次調整，最終確定采用重量給定值Gg與流量給定值Qg之間簡單的線性關系來解決這一問題。對工作，因為該轉子定量給料機在當初設計安裝時現場位置不夠，無法設置實物標定裝置，所以只能進行靜態(tài)標定（即掛碼標定）。靜態(tài)標定結果表明，顯示值與實際值之間誤差在允許范圍之內，并具有較好的重復性。4結束語枚舉法是科學研究中常用的方法，我們通過對轉子定量給料機的所有控制方式的列舉，提出轉子定量給料機調節(jié)器的最優(yōu)控制模型，并據此控制模型編制了相應的控制程序，構建了切實可行的粉煤灰轉子定量給料機計量控制系統(tǒng)。經過一段時間的觀察，實際運行情況完全與我們設計時所設想的相符