李甲申、李鋼(鞍鋼集團自動化公司,114001
摘要: 本文給出一種采用A-B變頻器驅(qū)動的渣漿泵調(diào)速系統(tǒng)。機旁,主控制室,配電室各設(shè)1臺可編程序控制器,連成DH485網(wǎng)控制變頻器的運轉(zhuǎn),簡化了異地操作。在渣漿流量調(diào)節(jié)中應(yīng)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。
關(guān)鍵詞: DH485網(wǎng)絡(luò) 變頻調(diào)速 渣漿泵
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(yīng)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(yán)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(yīng)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(shè)操作箱,主控制室設(shè)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(fù)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(shè)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(luò)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(shè)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(yīng)負(fù)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(shè)定要適應(yīng)負(fù)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(shè)定。系統(tǒng)對設(shè)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: 為操作量, 為偏差, 分別為比例系數(shù)、積分時間、微分時間; 為微分增益,一般取 。設(shè)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) 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(luò)及系統(tǒng)組態(tài)
4.1 DH485網(wǎng)絡(luò)簡介
DH485協(xié)議定義了共享一對線路的多個設(shè)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(shè)備,因此設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享簡單易行。DH485網(wǎng)絡(luò)提供:
32個設(shè)備間的互聯(lián) 多主控設(shè)備功能 令牌傳遞訪問控制權(quán)
不中斷網(wǎng)絡(luò)的情況下,可以增加或刪除節(jié)點
最大網(wǎng)絡(luò)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(shè)備:發(fā)送設(shè)備和響應(yīng)設(shè)備。網(wǎng)上的所有設(shè)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(shè)備有權(quán)進行傳送。
持有令牌的節(jié)點可以向網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。
允許使用的節(jié)點地址為0至31。網(wǎng)絡(luò)中至少有一個發(fā)送設(shè)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(luò)。
4.2 DH485網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)
羅克韋爾自動化公司提供了專門的網(wǎng)絡(luò)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(luò)類型等進行設(shè)置。再設(shè)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(luò)即可連通。網(wǎng)絡(luò)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(shè)備通訊。與其他設(shè)備的關(guān)系可以是對等通訊或主從通訊。每個應(yīng)用程序的通訊類型決定程序組態(tài)的要求。當(dāng)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(biāo)設(shè)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(fù)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。現(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)
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(yīng)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(xué)冶金熱能專業(yè),1982年畢業(yè)于東北大學(xué)工業(yè)自動化專業(yè)獲碩士學(xué)位。現(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(shè)計、研究工作。享受國務(wù)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(xué)術(shù)論文20余篇。