[關(guān)鍵詞]PLC PID調(diào)節(jié) 配比

[摘 要]論述了Modicon PLC的特色和燒結(jié)廠在自動(dòng)化生產(chǎn)上的需要，在文章中作者提出了一套切實(shí)可行的方案，可以有效地解決燒結(jié)生產(chǎn)中存在的問題，并在實(shí)際工程中得到了驗(yàn)證。

Abstract: The character of Modicon PLC and requirement of the Sinter factory in automation were discussed,the author put forward an available project in this article,which can effectly solve the questions in the course of the Sinter producement and has been testified in the practical engineering.

Keyword: PLC PID Adjustment Mixing proportion

在當(dāng)今的冶金生產(chǎn)工程中，煉鐵原料的燒結(jié)處理是*的一環(huán)，而燒結(jié)工藝過程的關(guān)鍵參數(shù)就是各種原料的配比。對(duì)配比的控制是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量燒結(jié)礦的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的燒結(jié)生產(chǎn)，對(duì)于各個(gè)料種的給料量控制采用了手動(dòng)方式，或者單料種的給料自動(dòng)下料，整個(gè)系統(tǒng)沒有進(jìn)行集中控制，生產(chǎn)數(shù)據(jù)也不能及時(shí)地反映給生產(chǎn)管理人員，從而造成了生產(chǎn)人員勞動(dòng)負(fù)荷較大，產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣不能及早預(yù)知。

目前的PLC系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展得很完善，具有各種處理能力，除了傳統(tǒng)的順序控制外，數(shù)學(xué)運(yùn)算能力已經(jīng)接近（奔騰）計(jì)算機(jī)。PLC在燒結(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大地提高了燒結(jié)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，一些新的控制策略和思想可以很方便地實(shí)現(xiàn)，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，為現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程更高層次的管理提供了極為方便的實(shí)現(xiàn)手段。

1 Modicon Quantum PLC

Modicon Quantum PLC系統(tǒng)是具有數(shù)字量處理能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，Quantum具有模板化、體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展的特點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)和制造過程中的實(shí)時(shí)控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板（以及采用遠(yuǎn)程I/O的800系列）、I/O接口、通訊模板、電源和底板。

Modicon Quantum PLC軟件系統(tǒng)功能強(qiáng)大，符合IEC1131標(biāo)準(zhǔn)的全部規(guī)定，提供了多種編程語言供用戶選擇，用戶實(shí)現(xiàn)其控制思想的手段大大增強(qiáng)，特別是程序生成的設(shè)計(jì)與編程與PLC無關(guān)，并且?guī)в蟹植际胶投喙δ躊LC系統(tǒng)的現(xiàn)代化硬件體系、與強(qiáng)大的操作員和監(jiān)視系統(tǒng)（MMI）的接口以及通訊系統(tǒng)的配置。

2 北鋼三燒燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)

北鋼三燒燒結(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)是以高可靠性工業(yè)微機(jī)、可編程序控制器（PLC）為核心而構(gòu)成的全分布式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)；變頻調(diào)速系統(tǒng)以施耐得公司的Altivar 58變頻器為核心組成，整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)具有90年代末*水平。

系統(tǒng)采用MB+網(wǎng)絡(luò)作為主要連接方式，輔助以遠(yuǎn)程I／O工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)完整的自動(dòng)化體系，由可編程控制器（PLC）操作站、上位計(jì)算機(jī)組成。PLC控制工藝設(shè)備的運(yùn)行，檢測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)及工藝參數(shù)，并按確定的控制程序?qū)Ω鱾€(gè)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。操作站主要功能是操作人員通過CRT上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫面監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行必要的控制和調(diào)節(jié)，以及進(jìn)行趨勢(shì)分析等。上位計(jì)算機(jī)記錄、處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)運(yùn)行方式

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)從整體上說具有三種基本的運(yùn)行方式：
現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)運(yùn)行
計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行
計(jì)算機(jī)解鎖運(yùn)行

“現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)運(yùn)行”是指操作人員在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)旁箱上進(jìn)行的設(shè)備的啟／停操作以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度設(shè)定。當(dāng)一臺(tái)設(shè)備處于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，這臺(tái)設(shè)備就*從整個(gè)系統(tǒng)中脫離出去了，設(shè)備的啟動(dòng)、停止*受現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制，這臺(tái)設(shè)備也就不能再參與系統(tǒng)的任何連鎖了。

“計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行”和“計(jì)算機(jī)解鎖運(yùn)行”從控制方式上講，可以統(tǒng)稱為“計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)行”。

“計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行”是指處于自動(dòng)運(yùn)行的所有設(shè)備每時(shí)每刻都參加各自的所有的條件連鎖，例如運(yùn)行安全聯(lián)鎖、工藝參數(shù)連鎖、啟停順序連鎖等等。當(dāng)系統(tǒng)處盂聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)，它的啟動(dòng)、停止既受別的設(shè)備的影響，也會(huì)影響別的設(shè)備的啟動(dòng)、停止，系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)環(huán)相扣。

對(duì)于燒結(jié)配料這樣的物料輸送系統(tǒng)來說，這一點(diǎn)特別重要，有效地防止因下游設(shè)備故障而引起上游皮帶的堆料就是“聯(lián)鎖運(yùn)行”的重要作用之一。

“計(jì)算機(jī)解鎖運(yùn)行”是指處于自動(dòng)運(yùn)行的所有設(shè)備不再隨時(shí)判斷它的運(yùn)行和停止條件，該臺(tái)設(shè)備的啟動(dòng)、停止僅僅受操作人員在CRT上對(duì)他發(fā)出的啟停命令的影響，操作人員通過一臺(tái)CRT就可以隨意控制接入計(jì)算機(jī)的所有設(shè)備。這種運(yùn)行方式，為設(shè)備的試車、檢修等針對(duì)單臺(tái)設(shè)備的操作提供了極大的方便。

但是要注意，從系統(tǒng)安全角度來說，“計(jì)算機(jī)解鎖運(yùn)行”方式具有一定的危險(xiǎn)性，特別是當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果系統(tǒng)解鎖，就很有可能造成物料堆積、設(shè)備損壞等等十分討厭的結(jié)果。所以，除非真的有必要，一般不要采用“計(jì)算機(jī)解鎖運(yùn)行”方式，而應(yīng)該把系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的置于“計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)行”狀態(tài)。

4 系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止

系統(tǒng)啟停方式包括下列4種：
緊急停止
順序停止
順序啟動(dòng)
同時(shí)啟動(dòng)

緊急停止用于需要所有參與配料的設(shè)備立即停止運(yùn)行的場(chǎng)合，例如發(fā)生緊急情況要立即使系統(tǒng)停車時(shí)。

當(dāng)點(diǎn)擊“緊急停止”按鈕時(shí)，系統(tǒng)所有正在運(yùn)行的給料設(shè)備全部立即停止運(yùn)行，只有處于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁手動(dòng)的設(shè)備不理會(huì)，仍然處于它自己原來的運(yùn)行狀態(tài)。

順序停止用于希望長(zhǎng)時(shí)間停車的場(chǎng)合，這樣可以保輸送皮帶上的物料都運(yùn)送干凈，使皮帶處于物料狀態(tài)，并且可以保證料尾對(duì)齊。

順序啟動(dòng)用于系統(tǒng)的初次運(yùn)行或者順序停止后的系統(tǒng)再次啟動(dòng)，順序啟動(dòng)功能可以控制參加配料的給料設(shè)備按照皮帶的運(yùn)行方向按一定的時(shí)間間隔依次啟動(dòng)，保證料頭能夠?qū)R。

同時(shí)啟動(dòng)用于急停后的系統(tǒng)再次啟動(dòng)。

同時(shí)啟動(dòng)能夠使系統(tǒng)在上一次的“斷點(diǎn)”處接著往下進(jìn)行，就象沒有發(fā)生過任何事情一樣。

5 設(shè)定目標(biāo)量的自動(dòng)跟蹤

配料系統(tǒng)所使用的給料設(shè)備具備調(diào)速功能，并且已經(jīng)通過MB+網(wǎng)的形式接入了計(jì)算機(jī)，這是自動(dòng)跟蹤下料量的硬件基礎(chǔ)。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值自動(dòng)跟蹤的軟件基礎(chǔ)是在PLC中嵌入了調(diào)整靈活的PID功能，通過合理的設(shè)置PID的參數(shù)值，可以在響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)穩(wěn)定度之間取得平衡，優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)和跟蹤的效果。

圖1是PID參數(shù)設(shè)置畫面。圖1 PID參數(shù)設(shè)定和響應(yīng)用

當(dāng)一個(gè)料種的給料目標(biāo)值被設(shè)定或者被自動(dòng)計(jì)算出來以后，作為PID模塊的給定值輸入到模塊中，而現(xiàn)場(chǎng)各類皮帶秤的輸出作為反饋信號(hào)也輸入到PID模塊中，zui后計(jì)算機(jī)按照PID方式作出篩選的響應(yīng)，這種響應(yīng)被轉(zhuǎn)換為變頻器的設(shè)定頻率值，從而可以根據(jù)設(shè)定值與皮帶秤的偏差來調(diào)節(jié)給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，zui終達(dá)到穩(wěn)定給料量的目的。

除了自動(dòng)方式外，還有一種手動(dòng)調(diào)節(jié)給料速度的方式，那就是“PID手動(dòng)給定值”輸入，當(dāng)選擇了這項(xiàng)功能時(shí)，可以直接輸入給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)不再使用PID方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，也不再考慮皮帶秤的輸出，給料電機(jī)的轉(zhuǎn)速用這種方式就可以直接控制。

手動(dòng)給定的是一個(gè)百分比值，它的含義為變頻器zui高輸出頻率的百分之多少，輸入范圍應(yīng)在0～100％。目前，批料系統(tǒng)所有變頻器的zui高頻率都設(shè)定為50Hz，當(dāng)變頻器的輸出為50Hz時(shí)，給料電機(jī)達(dá)到zui高轉(zhuǎn)速。

畫面的下方為皮帶秤的實(shí)際輸出值，當(dāng)調(diào)整手動(dòng)給定百分比時(shí)，可以觀察皮帶秤的輸出值，不斷地增加或者減少百分比值，就可以讓皮帶秤的輸出達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值。

PID的3個(gè)參數(shù)直接關(guān)系到PID的響應(yīng)特性。

一般的來說，P值是一個(gè)比例參數(shù)，它沒有單位，P值越大，對(duì)于同樣的偏差，PID的響應(yīng)輸出就越大，但調(diào)節(jié)輸出的穩(wěn)定性就越糟糕，甚至產(chǎn)生劇烈的震蕩；I值的含義是積分時(shí)間，它的值越大，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，當(dāng)輸入有變化時(shí)，PID的輸出達(dá)到zui后穩(wěn)定的時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)；D值是一個(gè)微分時(shí)間，它的值越大，PID對(duì)輸入偏差就會(huì)越敏感。

以下是P、I、D三個(gè)參數(shù)在實(shí)際使用中的取值范圍：
P：0.5～20
I：5～40s
D：0～5s

6 結(jié)束語

該系統(tǒng)已經(jīng)于2001年在北臺(tái)鋼鐵公司第二煉鐵廠的燒結(jié)車間投入實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，Modicon Quantum PLC系統(tǒng)非常穩(wěn)定，軟件設(shè)計(jì)*現(xiàn)場(chǎng)需要，一改多年來手動(dòng)操作進(jìn)行生產(chǎn)的狀況，極大地提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。