基于PLC的磨機(jī)給礦量智能控制系統(tǒng).doc

基于PLC的磨機(jī)給礦量智能控制系統(tǒng) 摘要： 主要介紹在選礦廠中，由于礦石本身性質(zhì)的波動和一些外在因素，給礦量難以達(dá)到均衡，致使球磨機(jī)的性能不能得到充分利用，這不僅浪費(fèi)能源，而且對磨礦機(jī)本身使用壽命也帶來很大的影響，因此需要設(shè)計(jì)一套功能完善，運(yùn)行穩(wěn)定可靠的磨機(jī)給礦量智能控制系統(tǒng)，滿足現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的需要。 關(guān)鍵詞： 智能控制；球磨機(jī)給礦量；模糊控制規(guī)則；數(shù)學(xué)模型 中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16717597（2011）051017501 1 概述 本文主要介紹，在某選礦廠中，由于礦石本身性質(zhì)的波動和一些外在因素，給礦量難以達(dá)到均衡，致使球磨機(jī)的性能不能得到充分利用，這不僅浪費(fèi)了能源，而且對磨礦機(jī)本身使用壽命也帶來了很大的影響，因此需要設(shè)計(jì)一套功能完善，運(yùn)行穩(wěn)定可靠的磨機(jī)給礦量智能控制系統(tǒng)，此項(xiàng)目根據(jù)模糊控制規(guī)則，利用西門子S7-300模板和STEP7編程軟件及利用WINCC控制畫面實(shí)現(xiàn)了給礦量的模糊智能控制，從而達(dá)到了長期高效工作，為企業(yè)高產(chǎn)量打下了基礎(chǔ)。 2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)簡介 根據(jù)系統(tǒng)性能要求，選用DELL主機(jī)作為上位機(jī)操作站。PLC采用SIEMENS的S7-300系列模塊。上位機(jī)與PLC之間通過交換機(jī)用雙絞絲進(jìn)行連接，CPU與遠(yuǎn)程站之間采用DP線進(jìn)行連接。上位機(jī)主要完成系統(tǒng)設(shè)備的操作、給礦量參數(shù)的設(shè)定及給礦量及重要參數(shù)的監(jiān)控。由CPU315-2DP，數(shù)字量輸入輸出模塊，模擬量輸入輸出模塊及ET200M共同組成了此系統(tǒng)基本的硬件組態(tài)，主要完成對系統(tǒng)中各種信號的采集、參數(shù)的設(shè)定及設(shè)備的控制。 3 球磨機(jī)給礦量智能控制的實(shí)現(xiàn) 給礦量的多少直接影響著尾礦濃度、溢流濃度及設(shè)備的狀態(tài)。其時(shí)間滯后較大，過程干擾因素多，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此采用功能強(qiáng)大的控制方式來實(shí)現(xiàn)給礦量給定控制，反映球磨機(jī)狀況的參數(shù)有很多，主要包括磨機(jī)電流和旋流器返砂量。因?yàn)榍蚰C(jī)的電流狀態(tài)直接反映了設(shè)備當(dāng)前的動作情況，而旋流器的返砂量的多少也反映了球磨機(jī)的工作性能，因此我們可利用這兩個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對球磨機(jī)的智能控制，因其難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，我們選用模糊控制思想來實(shí)現(xiàn)。 3.1 磨機(jī)給礦量模糊控制策略的確定 1）第一種方案是根據(jù)模糊控制原理結(jié)合PID控制方式進(jìn)行控制，系統(tǒng)主要通過1個(gè)模糊控制器和1個(gè)PID控制器進(jìn)行控制。其中一個(gè)模糊控制器根據(jù)2個(gè)變量設(shè)定給礦量，然后再通過PID控制器調(diào)節(jié)給料機(jī)電機(jī)的變頻器，控制給料機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到精確給礦的目的。 一般說來，模糊控制器有3個(gè)主要的功能模塊，如圖1所示： 模糊化。模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語言變量值的過程，模糊語言變量值均由對應(yīng)的隸屬度來定義。 模糊推理。模糊推理包括3個(gè)組成部分：大前提、小前提和結(jié)論。大前提是多個(gè)多維模糊條件語句，構(gòu)成規(guī)則庫；小前提是1個(gè)模糊判斷句，稱為事實(shí)。以已知的規(guī)則庫和輸入變量為依據(jù)，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過程叫做模糊推理。 清晰化。清晰化是將模糊推理后得到的模糊集轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值的過程。 2）第二種方案采用模糊控制思想，結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)，利用PLC編程來實(shí)現(xiàn)，即： 首先將結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)，將磨機(jī)電流信號分成幾段，然后賦予不同的給礦系數(shù)，然后設(shè)定上上限和下下限。 其次，在上述基礎(chǔ)上，采集球磨機(jī)的實(shí)時(shí)電流的變化來調(diào)整給礦量的設(shè)定。為了電流信號的精確，我們從程序中每1秒采集一次數(shù)據(jù)，每120秒1組，然后取平均值存入變量組，這樣每隔兩分鐘便能求得電流的變化量。然后將每兩分鐘的平均值與理想情況下的電流進(jìn)行比較，計(jì)算電流變化率，最后根據(jù)由電流變化和電流變化率所決定的控制規(guī)則來改變給礦量的給定值。 3）對以上兩種策略進(jìn)行比較。原系統(tǒng)采用S7-300系列模板，如果采用策略一運(yùn)算速度限，所以綜合考慮實(shí)際情況后，決定采用策略二來完成對磨機(jī)給礦量的控制。 3.2 給礦量設(shè)定值算法實(shí)現(xiàn) 根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，球磨機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)?shù)V石填充率低時(shí)，磨機(jī)電流信號大，相應(yīng)的功率小，磨礦效率低；隨著填充率增大，電流信號逐漸減弱，同時(shí)功率消耗上升，磨礦效率提高；達(dá)到一定充填率時(shí)，磨機(jī)電流繼續(xù)減弱，但功率開始下降，磨礦效率也隨之降低。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，將對應(yīng)于磨機(jī)“空腹”“脹肚”情況的磨機(jī)電流分別調(diào)整為20mA和4mA。在實(shí)際應(yīng)用中，把磨機(jī)電流的上限、上上限分別定為16mA與18mA，把磨機(jī)電流的下限、下下限分別定為10mA與6mA。依據(jù)此規(guī)則，可以把磨機(jī)電流的上限到上上限之間和下限到下下限之間都分為8段，每段對應(yīng)不同的給礦系數(shù)，根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可給出表1。 在此基礎(chǔ)上，操作人員根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下參數(shù)： 4 應(yīng)用效果 將本系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際中，當(dāng)給礦量設(shè)定值變化時(shí)，給礦量很快就可以達(dá)到設(shè)定值，而且基本上沒有超調(diào)量，極少出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，控制取得了很好的效果，通過比較優(yōu)化前后鐵精份的產(chǎn)量如圖2所示： 5 結(jié)語 基于S7-300，采用設(shè)定值模糊控制思想結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)的控制策略，設(shè)定磨機(jī)給礦量和實(shí)時(shí)給礦系數(shù)，此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，提高了日產(chǎn)量、質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的磨機(jī)給礦量控制效果，提高了日產(chǎn)量、質(zhì)量，贏得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為智能控制算法在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用提供了一種新思路。 參考文獻(xiàn)： 1廉小親，模糊控制技術(shù)M.北京：中國電力出版社，2003. 2