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大型链篦机—回转窑中控制技术研究与应用

2015-06-04 09:32:41  字体:   打印 收藏 

摘 要:摘 要 :本文对智能控制技术在大型链篦机回转窑中的应用进行了简要的论述,包括工艺概况、系统配置、总体技术方案及主要技术点。其中,主要技术要点包括链篦机风流系统温度自优化控制、模块化编程、大型设备联调速度控制、回转窑的温度自适应控制及故障自诊

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  摘 要:本文对智能控制技术在大型链篦机—回转窑中的应用进行了简要的论述,包括工艺概况、系统配置、总体技术方案及主要技术点。其中,主要技术要点包括链篦机风流系统温度自优化控制、模块化编程、大型设备联调速度控制、回转窑的温度自适应控制及故障自诊断技术。该系统模块化控制思想及数学模型运用,达到了增产节能和提高成品质量的目的,使整个生产线在节能减排、环境保护等方面走在了同行前列。

  关键词:

  关键词:链篦机—回转窑 温度控制 模块化编程 速度控制 自诊断

  1 概述

  本项目设计完成了一条120万吨链篦机—回转窑球团智能自动化控制系统,完成了对与球团生产相关联的11个子系统的自动化智能控制。

  2 系统配置

  本系统采用德国西门子公司的SIMATIC S7系列可编程控制器,包括4套西门子S7-400PLC,5套S7-300 PLC,其中4套S7-400 PLC分别控制1#、2#、3#、4#主PLC系统,其余S7-300控制成品除尘、气力输灰等小系统。

  在网络结构方面,所控系统由工业以太网联系在一起并组成环网,将现场设备、控制设备和管理设备在垂直层面上集成,将现场设备、控制设备及管理设备集成在水平层面上,建立了从现场设备层到控制层、管理层的综合自动化网络平台,满足了自动化控制要求。

  3 总体技术方案

  本系统采用以太环网技术确保数据可靠传输;采用模块化编程,定制监控画面,实现用户对设备权限性操作;采用故障自诊断模块,实现自报警功能,降低故障率;采用数字变频调速技术,确保整个生产过程快速平稳的连接;利用扰动前馈与控制PID算法相结合实现链篦机风流系统温度自适应优化控制;建立模糊控制数学模型,实现回转窑温度智能控制。

  4 主要技术要点

  4.1 链篦机风流温度自适应优化控制

  本系统将控制速度快的扰动前馈控制与稳态性能控制良好的PID控制相结合,实现了链篦机风流温度自适应优化控制,提高了系统温度动态变化控制的稳定性。

  利用前馈控制以扰动(扰动量即风量,链篦机温度主要受入风流量和出风流量的影响)进行控制的特征,在所考虑的的条件下,把补偿器设计到完全补偿,被调量始终不变,在本项目中,以预热Ⅱ段为例,把进出风量的扰动加入控制中,可使预热Ⅱ段的温度始终保持在1 100 ℃。

  执行机构与链篦机温度的传递函数分别为Gz(s)、Gc(s),前馈补偿器的传递函数为Gff(s),被调量和扰动量为Y(s)和D(s),扰动传递函数为Gd(s)。

  Y(s)= Gd(s) D(s)+ Gff(s) Gz(s) Gc(s) D(s),

  即Y(s)/ D(s)= Gd(s) + Gff(s) Gz(s) Gc(s)

  补偿器的传递函数为Gff(s)=— Gd(s)[ Gz(s) Gc(s)]—1

  综合上述分析,扰动量D(s)对于被调量Y(s)的影响将为0,实现了完全补偿。

  4.2 模块化编程应用

  在大型链篦机—回转窑的智能控制过程中包含大量单个任务,通过在过程内识别相关任务组,然后将这些组分成更小的任务,用这种方法定义整个复杂过程,每个任务可以根据设备性能进行定制式设计、调试和管理,可灵活应用于不同设备、不同工艺性能需求。

  将模块化设计的思想应用于大型链篦机—回转窑的智能控制设计中,降低了程序复杂度,使程序设计、调试和维护等操作简单化。

  同时,HMI画面设计通过与模块化编程相结合,可灵活具备多种功能,实现整条生产线的设备及状态监控。

  4.3 回转窑温度智能控制

  针对回转窑温度控制这一难点,根据工艺、现场采样数据及经验总结,主要有以下几个方面。

  高炉煤气流量:高炉煤气与空气混合燃烧所产生的热量是回转窑热量的主要供给,通过分析发现,高炉煤气流量与回转窑温度变化成正比,因此,高炉煤气流量是影响回转窑温度的第一要素。

  生球量、风温风压:分析生球量、风温风压与产量、焙烧质量等工艺参数的关系,将上述因素设定为影响目标温度的第二要素。

  基于上述分析,对回转窑的温度调节回路的模糊控制规则是,输入变量是回转窑设定温度t、偏差e和偏差变量率Δe,其中e=设定温度—测定温度,高炉煤气流量f为输出变量。

  通过确定基本论域,选定离散论域,确定赋表值后,根据与过程操作有关的经验型知识,确定模糊控制规则表,运用模糊数学理论对规则表进行计算推理,得到用语言表示的输出量。最后将模糊输出量从内部论域转化为相应的实际论域,从模糊推理结果中产生精确的输出量用于控制。

  模糊控制器计算关系如下:

  其中:T(k)为测量值;Tset为设定值;t为采样时间。

  通过模糊控制表查询得到的输出量的模糊值F转换为精确量f,最终实现温度自适应智能控制。

  4.4 全数字式PLC变频调速技术控制

  为了确保现场设备的控制精度及配料精度,使整个生产过程前后连接快速平稳,该系统从铁精粉的上料、铁精粉配料、添加膨润土配比、干返料添加到成球输出均采用全数字式PLC变频调速技术以实现系统快速调速的需要。

  PLC系统与变频系统之间采用现场总线通讯协议进行数据实时传输,PLC系统对变频器系统进行实时监控并发出报警、制动、调速等指令。

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