基于PLC的磨機給礦量智能控制系統(tǒng).doc

基于PLC的磨機給礦量智能控制系統(tǒng) 摘要： 主要介紹在選礦廠中，由于礦石本身性質的波動和一些外在因素，給礦量難以達到均衡，致使球磨機的性能不能得到充分利用，這不僅浪費能源，而且對磨礦機本身使用壽命也帶來很大的影響，因此需要設計一套功能完善，運行穩(wěn)定可靠的磨機給礦量智能控制系統(tǒng)，滿足現(xiàn)在工業(yè)生產的需要。 關鍵詞： 智能控制；球磨機給礦量；模糊控制規(guī)則；數(shù)學模型 中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：16717597（2011）051017501 1 概述 本文主要介紹，在某選礦廠中，由于礦石本身性質的波動和一些外在因素，給礦量難以達到均衡，致使球磨機的性能不能得到充分利用，這不僅浪費了能源，而且對磨礦機本身使用壽命也帶來了很大的影響，因此需要設計一套功能完善，運行穩(wěn)定可靠的磨機給礦量智能控制系統(tǒng)，此項目根據(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控制畫面實現(xiàn)了給礦量的模糊智能控制，從而達到了長期高效工作，為企業(yè)高產量打下了基礎。 2 系統(tǒng)基本結構簡介 根據(jù)系統(tǒng)性能要求，選用DELL主機作為上位機操作站。PLC采用SIEMENS的S7-300系列模塊。上位機與PLC之間通過交換機用雙絞絲進行連接，CPU與遠程站之間采用DP線進行連接。上位機主要完成系統(tǒng)設備的操作、給礦量參數(shù)的設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)的設定及設備的控制。 3 球磨機給礦量智能控制的實現(xiàn) 給礦量的多少直接影響著尾礦濃度、溢流濃度及設備的狀態(tài)。其時間滯后較大，過程干擾因素多，難以建立精確的數(shù)學模型，因此采用功能強大的控制方式來實現(xiàn)給礦量給定控制，反映球磨機狀況的參數(shù)有很多，主要包括磨機電流和旋流器返砂量。因為球磨機的電流狀態(tài)直接反映了設備當前的動作情況，而旋流器的返砂量的多少也反映了球磨機的工作性能，因此我們可利用這兩個點實現(xiàn)對球磨機的智能控制，因其難以建立精確的數(shù)學模型，我們選用模糊控制思想來實現(xiàn)。 3.1 磨機給礦量模糊控制策略的確定 1）第一種方案是根據(jù)模糊控制原理結合PID控制方式進行控制，系統(tǒng)主要通過1個模糊控制器和1個PID控制器進行控制。其中一個模糊控制器根據(jù)2個變量設定給礦量，然后再通過PID控制器調節(jié)給料機電機的變頻器，控制給料機電機的轉速，達到精確給礦的目的。 一般說來，模糊控制器有3個主要的功能模塊，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換為相應模糊語言變量值的過程，模糊語言變量值均由對應的隸屬度來定義。 模糊推理。模糊推理包括3個組成部分：大前提、小前提和結論。大前提是多個多維模糊條件語句，構成規(guī)則庫；小前提是1個模糊判斷句，稱為事實。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，結合人工經驗，利用PLC編程來實現(xiàn)，即： 首先將結合人工經驗，將磨機電流信號分成幾段，然后賦予不同的給礦系數(shù)，然后設定上上限和下下限。 其次，在上述基礎上，采集球磨機的實時電流的變化來調整給礦量的設定。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行比較，計算電流變化率，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）對以上兩種策略進行比較。原系統(tǒng)采用S7-300系列模板，如果采用策略一運算速度限，所以綜合考慮實際情況后，決定采用策略二來完成對磨機給礦量的控制。 3.2 給礦量設定值算法實現(xiàn) 根據(jù)現(xiàn)場的實際經驗，球磨機運行過程中，當?shù)V石填充率低時，磨機電流信號大，相應的功率小，磨礦效率低；隨著填充率增大，電流信號逐漸減弱，同時功率消耗上升，磨礦效率提高；達到一定充填率時，磨機電流繼續(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，將對應于磨機“空腹”“脹肚”情況的磨機電流分別調整為20mA和4mA。在實際應用中，把磨機電流的上限、上上限分別定為16mA與18mA，把磨機電流的下限、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，每段對應不同的給礦系數(shù)，根據(jù)多年的實際經驗可給出表1。 在此基礎上，操作人員根據(jù)多年的工作經驗，總結出以下參數(shù)： 4 應用效果 將本系統(tǒng)應用到實際中，當給礦量設定值變化時，給礦量很快就可以達到設定值，而且基本上沒有超調量，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)化前后鐵精份的產量如圖2所示： 5 結語 基于S7-300，采用設定值模糊控制思想結合人工經驗的控制策略，設定磨機給礦量和實時給礦系數(shù)，此系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠，提高了日產量、質量，實現(xiàn)了預期目標，在實際生產中取得了良好的磨機給礦量控制效果，提高了日產量、質量，贏得了可觀的經濟效益，為智能控制算法在工業(yè)過程控制中的應用提供了一種新思路。 參考文獻： 1廉小親，模糊控制技術M.北京：中國電力出版社，2003. 2