高爐槽下稱重補償算法及硬件構(gòu)成

1、.蚅袆蒄螂羄裊膄薅袀襖芆螀螆袃荿薃螞袃蒁莆羈羂膁薁袇羈芃莄螃羀蒅蕿蝿罿膅蒂蚅羈芇蚈羃羇莀蒀衿羇蒂蚆螅羆膂葿蟻肅芄蚄薇肄莆蕆袆肅肆蚃袂肂羋薅螈肂莀螁蚄肁蒃薄羂肀膂莆袈聿芅薂螄膈莇蒞蝕膇肇薀薆膆腿莃羅膆莁蠆袁膅蒄蒁螇膄膃蚇蚃膃芆蒀羈膂莈蚅袇芁蒀蒈螃芀膀蚃蠆袇節(jié)蒆蚅袆蒄螂羄裊膄薅袀襖芆螀螆袃荿薃螞袃蒁莆羈羂膁薁袇羈芃莄螃羀蒅蕿蝿罿膅蒂蚅羈芇蚈羃羇莀蒀衿羇蒂蚆螅羆膂葿蟻肅芄蚄薇肄莆蕆袆肅肆蚃袂肂羋薅螈肂莀螁蚄肁蒃薄羂肀膂莆袈聿芅薂螄膈莇蒞蝕膇肇薀薆膆腿莃羅膆莁蠆袁膅蒄蒁螇膄膃蚇蚃膃芆蒀羈膂莈蚅袇芁蒀蒈螃芀膀蚃蠆袇節(jié)蒆蚅袆蒄螂羄裊膄薅袀襖芆螀螆袃荿薃螞袃蒁莆羈羂膁薁袇羈芃莄螃羀蒅蕿蝿罿膅蒂蚅羈芇蚈羃羇莀

2、蒀衿羇蒂蚆螅羆膂葿蟻肅芄蚄薇肄莆蕆袆肅肆蚃袂肂羋薅螈肂莀螁蚄肁蒃薄羂肀膂莆袈聿芅薂螄膈莇蒞蝕膇肇薀薆膆腿莃羅膆莁蠆袁膅蒄蒁螇膄膃蚇蚃膃芆蒀羈膂莈蚅袇芁蒀蒈螃芀膀蚃蠆袇節(jié)蒆蚅袆蒄螂羄裊膄薅袀襖芆螀螆袃荿薃螞袃蒁莆羈羂膁薁袇羈芃莄螃羀蒅蕿蝿罿膅 薇袈肅芁薃袇膆膄葿袆裊荿蒞蒂羈膂芁蒂肀莇薀蒁螀膀蒆薀袂莆莂蕿羄膈羋薈膇羈蚆薇袆芇薂薆罿聿蒈薆肁芅莄薅螁肈芀薄袃芃蕿蚃羅肆蒅螞肇節(jié)莁蟻螇肄莇蟻罿莀芃蝕肂膃薁蠆螁莈蕆蚈襖膁莃蚇羆莆艿螆肈腿薈螅螈羂蒄螅羀膈蒀螄肅肀莆螃螂芆節(jié)螂裊聿薀螁羇芄蒆螀聿肇莂衿蝿節(jié)羋衿袁肅薇袈肅芁薃袇膆膄葿袆裊荿蒞蒂羈膂芁蒂肀莇薀蒁螀膀蒆薀袂莆莂蕿羄膈羋薈膇羈蚆薇袆芇薂薆罿聿蒈薆肁芅莄薅螁

3、肈芀薄袃芃蕿蚃羅肆蒅螞肇節(jié)莁蟻螇肄莇蟻罿莀芃蝕肂膃薁蠆螁莈蕆蚈襖膁莃蚇羆莆艿螆肈腿薈螅螈羂蒄螅羀膈蒀螄肅肀莆螃螂芆節(jié)螂裊聿薀螁羇芄蒆螀聿肇莂衿蝿節(jié)羋衿袁肅薇袈肅芁薃袇膆膄葿袆裊荿蒞蒂羈膂芁蒂肀莇薀蒁螀膀蒆薀袂莆莂蕿羄膈羋薈膇羈蚆薇袆芇薂薆罿聿蒈薆肁芅莄薅螁肈芀薄袃芃蕿蚃羅肆蒅螞肇節(jié)莁蟻螇肄莇蟻罿莀芃蝕肂膃薁蠆螁莈蕆蚈襖膁莃蚇羆莆艿螆肈腿薈螅螈羂蒄螅羀膈蒀螄肅肀莆螃螂芆節(jié)螂裊聿薀螁羇芄蒆螀聿肇莂衿蝿節(jié)羋衿袁肅薇袈肅芁薃袇膆膄葿袆裊荿蒞蒂羈膂芁蒂肀莇薀蒁螀膀蒆薀袂莆莂蕿羄膈羋薈膇羈蚆薇袆芇薂薆罿聿蒈薆肁芅莄薅螁肈芀薄袃芃蕿蚃羅肆蒅螞肇節(jié)莁 高爐槽下稱重補償算法及硬件構(gòu)成李正斌 郭麗霞（安陽工學院

4、電子信息與電氣工程系，河南 安陽 455000）摘要：文章介紹了高爐槽下稱重基于偏差和停振閾值的補償算法的設計思想與原理，算法同時采用了一個二階預估器對配料設定值進行預估，并在此基礎上不斷地作向后的遞推運算。實際運算證明，這樣的算法能對稱重誤差進行自動補償，使配料誤差收斂在一個相當小的范圍內(nèi)。該算法同時適用于其他類似的連續(xù)稱量控制。系統(tǒng)硬件主要使用西門子PLC S7-300以及西門子稱重模塊SIWARE U實現(xiàn)閉環(huán)控制。關鍵詞：補償算法 二階預估器 稱重模塊SIWARE U中圖分類號：TP393 文獻標識碼：ABlast Furnace Compensation Algorithm and H

5、ardware StructureLI Zheng-bin GUO Li-xia（Department of Electrical and Electronic, An Yang Institute Of Technology , An Yang 455000, China）Abstract: This paper introduces the ideology and theory of weighting which based on vibration threshold bias compensation algorithm; the algorithm also uses a sec

6、ond order predictor to predict the value of the ingredients set, and was constantly on this basis for backward recursive computation. Actual operation proved that the algorithm can automatically compensate the weighing error, so that ingredients error convergence in a fairly small range. The algorit

7、hm is also applicable to other similar continuous weighing control. Hardware use Siemens PLC S7-300 and Siemens SIWARE U weighing module to achieve closed-loop control.Key words : compensation algorithm; second order predictor; weighing module; SIWARE U:1 前言高爐槽下稱重的準確度越來越受到重視，因為高爐冶煉要求入爐的焦炭、礦石等原料的重量配比

8、直接影響到生產(chǎn)過程。通常的開環(huán)稱量誤差的產(chǎn)生式單方向的，日積月累的頻繁稱量，其積累誤差相當可觀。所以采用PLC對整個稱量過程進行閉環(huán)控制，同時采用先進的算法進行誤差自修正和誤差稱量是十分有意義的。文章介紹了一種基于偏差和停振閾值的補償算法，并且使用二階預估器對配料設定值進行預估，可以使配料誤差收斂在一個相當小的范圍內(nèi)。并且使用西門子PLC S7-300以及西門子稱重模塊SIWARE U來完成整個稱重系統(tǒng)。2 基于偏差和停振閾值的補償算法物料初次稱量時直接把稱量給定值傳到本次稱量設定值，實際稱量時先是以高檔快振頻率給料，當物料達到設定值(含提前量)的90%時后開始以低檔慢振頻率給料，直到達到設定

9、值(含提前量)為止。這樣做的原因是給料頻率低時給料機停止時的慣性就比較小，相應的由于給料機慣性原因給的料的重量就比較好估計，可以保證稱量更準確。給料機停止本次稱量結(jié)束后開始計算本次稱量設定值與現(xiàn)在實際料斗里的重量的誤差,根據(jù)這個誤差調(diào)整提前量并計算出下一次稱量設定值。文獻2、3在物料混配上使用的恒值補償算法，即給料提前量在對的補償值基礎上得到補償， 。當稱重誤差收斂時采用恒值補償，；當稱重誤差進入不靈敏帶時將補償值清零，。本文采用的是基于偏差和停振閾值的補償算法，并使用了一個二階預估器對配料設定值進行預估。物料初次稱量時直接把稱量給定值傳到本次稱量設定值,實際稱量時先是以高檔快振頻率給料,當物

10、料達到設定值(含提前量)的90%時后開始以低檔慢振頻率給料直到達到設定值(含提前量)為止。在誤差的補償上采用基于偏差和停振閾值的補償算法，實現(xiàn)方法如下：式中是上次配料產(chǎn)生的偏差；是上次實際配料的測量值；是上次的設定值；是本次設定值；A是由工藝確定的配料給定值，是一個常數(shù)；和是本次及上次配料停振閾值。(1)式給出了配料偏差的定義；(2)式給出了計算本次設定值的方法，它的大小是基于上次偏差的大??；(3)式給出了給料器停振閾值的計算方法，停振閾值指的是相對于設定值的提前量：前一次過沖量越大，則本次停振閾值越小，反之亦然。上述表達式用遞推的方法實現(xiàn)，即用新值代替舊值，這樣的算法非常容易在計算機上實現(xiàn)，

11、在開關量信號作用下，在大給定值及較慢速的給料過程中，其控制效果較好。除了上述基于偏差和停振閾值的控制算法外，為了更好地適應給料批量小、速度高和過渡過程短的情況，我們采用了一個二階預估器對配料設定值進行預估，二階預估器的數(shù)學模型表達式如下：,令這樣(4)式又可以寫成如下形式:(5)式中，是實測配料值；是配料設定值；是參數(shù)向量矩陣；是數(shù)據(jù)向量的轉(zhuǎn)置矩陣。設計控制器使的性能指標最小。對于向量，采用最小二乘法遞推估計；可以一次取定，不參加預估運算。經(jīng)過推導與運算，寫出如下的最小二乘法遞推估計方程：式中項為增益矩陣；為修正項；由于采用的是二階預估，n=2。(6)式的含義是：本次的參數(shù)預估值(k1)是在上

12、次的參數(shù)預估值(k)的基礎上增加一個修正項，如果將這些矩陣的運算表達式全部展開，我們就可以清楚地看到二階預估器的優(yōu)點是：本次預估值的產(chǎn)生不但與相鄰的上一次有關，而且還和前(nk1)次的預估值以及實際配料值的歷史情況有關，因此它能夠更深刻地反映給料器停振后物料隨機落下量的本質(zhì)；而且，在遞推的最小二乘法中，只要粗略地選取遞推初始值，經(jīng)過(2n1)次計算后，就會產(chǎn)生一組全新的預估值，并在此基礎上不斷地作向后的遞推運算。實際運算證明，這樣的算法能使配料誤差收斂在一個相當小的范圍內(nèi)。3硬件組成及PLC稱量流程西門子PLC S7系列，在我國冶金等各領域得到了廣泛應用，事實證明西門子PLC S7系列價格低、

13、功能強、可靠性好,其S7-300 PLC系列在高爐生產(chǎn)的應用上非常普遍。在系統(tǒng)中采用以西門子S7-300 PLC為基礎的控制系統(tǒng)具有性價比高、并且便于維護、便于擴展、備件價格低、訂貨周期短等優(yōu)點。物料的稱量原件摒棄了常用的稱重傳感器、補償接線盒及稱重儀表的方式并取消了二次儀表。本系統(tǒng)采用西門子稱重模塊SIWARE U，該稱重模塊將其稱重功能全部集成于SIMATIC自動化系統(tǒng)中，通過SIMATIC標準功能調(diào)用SIWARE U模塊，并通過組態(tài)軟件SIWATOOL由輸入窗口確定SIWARE U的所有可調(diào)參數(shù)。電信號由現(xiàn)場稱重傳感器（礦石電子稱3個SBT-1T壓式荷重傳感器稱量范圍0-3T； 焦炭電子

14、稱3個SBT-0.5T壓式荷重傳感器，稱量范圍0-1.5T）經(jīng)過補償接線盒后把MV信號直接傳給稱重模塊，再經(jīng)稱重模塊運算后變?yōu)橹亓恐?，通過PLC 總線直接傳送給CPU并通過計算機顯示出來，同時增強了抗干擾能力。具體稱量流程見圖1所示。校秤使用西門子提供的稱重組態(tài)軟件，通過計算機串行接口進行校秤。特別的，由于SIWARE U帶有多種診斷功能，可以快速進行故障診斷并加快電子稱的調(diào)試。生產(chǎn)過程中如需校秤，可用控制系統(tǒng)程序由上位機下達指令，通過S7-300 PLC 直接進行。圖1軟件流程圖Fig.1 Software flowchart4 結(jié)束語文章應用西門子PLC S7-300以及西門子稱重模塊SI

15、WARE U來對整個稱重過程進行閉環(huán)控制，同時采用基于偏差和停振閾值的補償算法進行誤差補償，最后使用一個二階預估器對配料設定值進行預估。經(jīng)實踐證明該算法收斂快、誤差小、控制精度高。該系統(tǒng)同時適用于其他類似的連續(xù)稱量控制。參考文獻1郭棟. 無觸點智能主令控制器在活性石灰豎爐中的應用J. 制造業(yè)自動化.2002,24(1).-50-522郝玉東 李建宏. 石灰爐混配系統(tǒng)的PLC智能控制J. 周口師范高等專學報.2000,17(5).-31-343張如先 張安年. 石灰爐配料控制算法J. 洛陽工學院學報.2000,21(2).-70-724杜娟. 混合配料系統(tǒng)的智能控制在石灰爐中的應用J. 輕金屬.

16、2006(12).-69-71作者簡介李正斌 男 1979 河南安陽 講師 碩士研究生 研究方向：控制工程與控制理論通信地址：河南安陽 安陽工學院 電子信息與電氣工程系 455000 電話：E-mail信箱: lizhengbin09 膅莁蚈袁芅蒄襖螇芄薆蚇肅芃芅袂肁節(jié)蒈螅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂薆肈艿蒄螂羄莈薇薄袀莇芆螀螆莆荿薃膅蒞薁袈肁莄蚃蟻羆莃莃袆袂莃蒅蠆膁莂薈裊肇蒁蝕蚈羃蒀荿袃衿肇薂蚆裊肆蚄羈膄肅莄螄肀肄蒆羀羆肅薈螂袂肂蟻薅膀膁莀螁肆膁蒃薄羂膀蚅蝿羈腿蒞螞襖膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆螞袆羅膅莁蚈袁芅蒄襖螇芄薆蚇肅芃芅袂肁節(jié)蒈螅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂薆肈艿蒄螂羄莈薇薄袀莇

17、芆螀螆莆荿薃膅蒞薁袈肁莄蚃蟻羆莃莃袆袂莃蒅蠆膁莂薈裊肇蒁蝕蚈羃蒀荿袃衿肇薂蚆裊肆蚄羈膄肅莄螄肀肄蒆羀羆肅薈螂袂肂蟻薅膀膁莀螁肆膁蒃薄羂膀蚅蝿羈腿蒞螞襖膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆螞袆羅膅莁蚈袁芅蒄襖螇芄薆蚇肅芃芅袂肁節(jié)蒈螅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂薆肈艿蒄螂羄莈薇薄袀莇芆螀螆莆荿薃膅蒞薁袈肁莄蚃蟻羆莃莃袆袂莃蒅蠆膁莂薈裊肇蒁蝕蚈羃蒀荿袃衿肇薂蚆裊肆蚄羈膄肅莄螄肀肄蒆羀羆肅薈螂袂肂蟻薅膀膁莀螁肆膁蒃薄羂膀蚅蝿羈腿蒞螞襖膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆螞袆羅膅莁蚈袁芅蒄襖螇芄薆蚇肅芃芅袂肁節(jié)蒈螅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂薆肈艿蒄螂羄莈薇薄袀莇芆螀螆莆荿薃膅蒞薁袈肁莄蚃蟻羆莃莃袆袂莃蒅蠆膁莂 莄薆羀腿蕿羅罿莁莂袁羈蒄蚈螇羇膃蒀蚃羇芆蚆蕿羆莈葿袇肅肈蚄螃肄膀蕆蠆肅節(jié)蚃蚅肂蒄蒅羄肂膄莈袀肁芆薄螆肀荿莆螞聿肈薂薈膈膁蒞袇膇芃薀螃膆蒞莃蝿膆膅蠆蚅膅芇蒁羃膄莀蚇衿膃蒂蒀螅膂膂蚅蟻衿芄蒈薇袈莆蚃袆袇肆蒆袂袆羋螂螈裊莀薅蚄襖蒃莇羂袃膂薃袈袃芅莆螄羂莇薁蝕羈肇莄薆羀腿蕿羅罿莁莂袁羈蒄蚈螇羇膃