智能烧结（精选6篇）
智能烧结 篇1
1 需求分析
韶关冶炼厂(简称韶冶)烧结生产过程主要是将精矿、返粉、石灰等物料按照一定工艺配方配料后，进行混合制粒、烧结脱硫，生产出烧结块。在配料过程中，对精矿的称量控制尤为重要。
1.1 精矿配料控制系统组成
韶冶精矿配料控制系统由6个精矿仓及相应的称量控制系统组成，如图1所示。
6套称量控制系统工作原理相同。称量皮带称出单位时间通过的精矿量(即测出精矿的输送率)，通过调节给料皮带的转速，调整通过称量皮带的精矿输送率，从而达到调整精矿加料量的目的。
1.2 精矿称量控制要求
当工艺配方确定后，精矿总输送率就确定了。此时要求设定精矿总输送率后，由6个料仓或部分料仓共同完成精矿总量控制。当某个料仓断料时，自动调整其他仍然正常工作的秤的设定值，以维持总量不变;当断料的秤恢复加料后，又能自动保持总量不变。
2 系统控制方案
2.1 单个料仓的称量控制
由图1可见，由于给料皮带到称量皮带的称量段有一定的距离，当调节给料皮带转速时，皮带秤称量反应要滞后，控制对象的模型可用下式表示：
当对象的纯滞后时间τ与对象的惯性时间常数TP之比≥0.5时，采用常规的PID调节控制难于取得满意的控制效果。这时可以采用Smith滞后补偿解决方案，系统控制原理框图如图2所示。
纯滞后补偿单元G1 (s)参数：K—增益;τ—纯滞后时间;TP—时间常数。
补偿前的传递函数为：
补偿后的传递函数为：
补偿后项eτs在闭环回路之外，不影响系统的稳定性。
2.2 精矿总量控制
前面讲过，精矿总量控制由6个料仓的PID称量控制单元共同完成。精矿总量设定值为S总，各称量控制单元的设定值为Sn=S总/N。N为正常运行的控制回路数。图3为总量自动控制程序流程图。
3 系统实现
实际控制系统采用日本横河的μXL集散型控制系统(DCS)来完成配料控制。
3.1 控制回路组成
采用μXL的PID调节器和DLAY-C滞后补偿单元组成图4所示的称量控制回路。
根据实际情况设定补偿单元G1 (s)的K(增益)、τ(纯滞后时间)和TP(时间常数)参数，整定好P(比例)、I(积分)、D(微分)参数。
3.2 总量控制程序
用μXL的实时Basic程序编写精矿总量智能控制程序。程序代码省略。
3.3 设置辅助单元
利用μXL内部仪表设置精矿总量设定和指示单元，设置启动和停止按钮，当按下启动按钮时，启动精矿总量控制程序;按下停止按钮时，复位所有PID控制器，并终止精矿总量控制程序。
4 系统运行效果
系统投运后一方面大大提高了精矿配料的控制精度;另一方面提高了操作人员的工作效率，一个人可以同时管理和控制多台秤，系统在同类应用场合有一定的推广价值。
参考文献
[1]周凤岐, 强文鑫编著.现代控制理论引论.国防工业出版社
[2]μXL Technical Manual.YOKOGAWA (日本横河公司)
智能润滑系统在烧结机上的应用 篇2
三安钢铁厂60m2烧结机, 原润滑系统采用环式干油润滑接触器控制。这种润滑方式对设备供油点状况不易判断, 容易造成设备因失油而加速磨损, 能耗大, 故障率高, 可靠性及维护性差。选用ZDRH-2000智能润滑系统取代传统环式干油润滑系统, 实现烧结机智能润滑自动控制。
烧结机是将混合后的含有硫、磷、碳等矿粉的原料进行化学反应的设备, 将矿粉烧结成含铁、碳等的烧结矿, 给高炉冶炼提供原料。烧结矿粉在台车上燃烧, 台车在滑道上行走, 矿粉上方有吸风装置。在台车与滑道之间装有上部弹压式密封装置 (装置在台车上) , 靠弹簧的压力和密封板的重量压在滑道上。烧结机滑道润滑点输入的油脂在密封板和滑道之间形成半流体密封。烧结生产环境恶劣、温度高、润滑点多且分散, 不易检修。烧结机头、尾部润滑点多为重载轴承, 烧结机滑道及烧结机尾部的温度约300℃。传统环式干油润滑系统, 已满足不了高负荷的生产要求, 故选用智能润滑控制系统来满足烧结机润滑的需求。
二、改造润滑系统的必要性
60m2烧结机有92个润滑点, 原采用环式干油润滑接触器控制, 即双线干油润滑系统。当I线管道上所有润滑点输油完毕, 压力达到换向阀调定压力时, 换向阀芯运动, 触杆碰行程开关, 润滑泵停止工作。电控箱控制转向II线管道送油, 自动进入下一循环。原循环换向供油时间为供油30min停90min或120min。换向时间由设备管理人员根据设备运行工况, 手动设定继电器时间来进行换向, 这种方式使用中常出现各种问题。
1. 故障率高
因干油黏度大输送需用压力高, 给油器运行不稳定, 故障率高, 常造成不必要的能源浪费和设备磨损, 满足不了高负荷的生产需要。
2. 不能实时了解供油状态
离泵近、背压低、阻力小的润滑点先得到油, 背压高的地方容易发生堵塞。不能实时了解供油状态, 给使用、维修增添许多困难。
3. 原系统设计安装不太合理
原供油管路设计、安装有不太合理的地方, 有些润滑点位置不便观查。润滑管道长时间在高温下, 管内油脂硬化阻塞管道, 容易造成润滑点失油或漏油, 导致滑道、轴承在无润滑脂的状态下工作。
基于上述原因, 2009年3月引进北京中冶华润科技发展有限公司开发的专利产品, ZDRH-2000智能多点润滑系统取代原干油润滑系统, 将微机与PLC可编程控制技术相结合, 使烧结机设备润滑进入智能化。
三、烧结机智能润滑系统技术改造方案
1. 改造方案实施
选用ZDRH-2000型智能终端式多点润滑系统, 采用微机结合SIEMENS S7-200系列可编程控制器作为主要控制系统。烧结机智能润滑供油压力为40MPa, 根据距离远近可调整压力大小, 调压范围在0~40MPa。供油系统由两台电动高压润滑泵组成, 一台工作, 一台备用。可手动、自动转换。每点可进行现场、远程操作, 便于调试与维护。在自动运行状态, 主控系统按照设定程序运行, 启动电动高压润滑泵, 通过电磁给油器、流量传感器及管道, 将油依次循环供应到需要润滑的位置。润滑点接口处的油, 压力不低于0.5MPa。系统与烧结机启动、停止同时联动。系统每3h供油一次, 时间在2~16h之间可调。供油量和供油时间, 可根据现场实际需要自由设定, 给油量调整方便, 可满足不同润滑制度的需求。
2. 烧结机润滑点分段及时间参数情况
第一段 (1号混合机和1号烧结机机头、机尾部分润滑点) 包含点号:1-8、61-64、153-168。循环时间240min, 自定义时间参数为1003。
第二段 (2号混合机和2号烧结机机头、机尾部分润滑点) 包含点号:69-76、133-152。循环时间240min, 自定义时间参数为2003。
第三段 (1号烧结机滑道润滑点) 包含点号:9-60、65-68、169-172、179、180。循环时间30min, 自定义时间参数为3004。
第四段 (2号烧结机滑道润滑点) 包含点号:77-132、173-176、183、184。循环时间30min, 自定义时间参数为4004。
四、ZDRH-2000型智能集中润滑系统工作原理
1. ZDRH-2000型润滑系统构成
系统由主控设备、油站、现场控制器、检测部件和监控系统组成。
主控设备采用微机控制, 作为润滑系统的指挥设备, 主要控制油站启停, 现场设备润滑点的油量分配, 现场信号数据采集处理。多种参数可调节, 优化应用。
油站作为整套润滑系统的心脏设备, 采用电动高压润滑泵作为润滑剂输送部件, 经管道将润滑脂输送到各个润滑点。
现场控制器, 采用电磁给油器控制各润滑点打开或关闭来实现供油。
检测部件, 采用流量传感器实时检测监控每个润滑点的供油状态, 定位现场信息并反馈给主控系统。有故障及时报警, 提示操作人员去处理。
监控系统, 采用微机远程设定参数、远程监控、远程维护, 有故障及时报警并记录, 便于检修维护。
2. 智能集中润滑系统控制原理
控制系统工作分为手动、自动两部分, 自动是主要的控制方式。
手动运行时, 主控室画面上的按钮可对应现场的相应润滑点。开启油泵后, 润滑脂被压注到主管路中, 按下润滑点按钮 (按钮组合编号与现场润滑点相对应) , 电磁给油器得到信号, 开通油阀, 润滑脂压注到相应的润滑点。润滑供油时间可根据各润滑点的实际需要决定。手动控制一般在调试和检修时用于单点控制。
自动运行时, 可编程控制器按照已编制好的程序自动运行, 系统首先检测系统中的参数, 如系统中无参数时, 供油系统禁止运行, 只有在各系统参数输入后, 系统才会按照所设定值自动运行。这一过程可分四步。
第一步首先检测联锁控制参数。联锁控制参数为1时, 则处于联锁控制状态, 系统开始检测联锁信号 (即主机启动信号) , 主机没启动, 没有联锁信号, 润滑系统无法运行, 等待主机送来联锁信号后, 开始自动运行并进入下一步。联锁控制参数为2时, 则处于自动运行无联锁状态, 直接进入下一步。
第二步则检测油泵参数。油泵参数为1时, 则1号油泵自动启动。油泵参数为2时, 2号油泵启动。油泵参数为3时, 1号油泵运行90s, 系统压力仍处于下限时, 开启2号泵。油泵参数为4时, 2号油泵运行90s, 系统压力仍处于下限时, 开启1号泵。
第三步逐点供油。逐点供油是用压力检测来控制油泵的过程。工作流程如图1所示。
油泵开启一段时间后, 系统压力上升至设定值时, 电磁给油器根据主控系统发来的指令进行逐点给油, 一般先从1点开始, 1号油阀打开, 按照所设定的时间开始给1号润滑点供油, 同时1号润滑点的流量传感器监控润滑点的供油状态, 润滑点堵塞时, 报警系统立即动作, 输出报警信号, 同时监控系统记录故障信息, 供油时间到后, 主控系统发出指令1号油阀关闭, 2号油阀打开, 开始给2号润滑点供油, 2号润滑点供完油后关闭, 3号润滑点打开, 就这样依次按照主控设备发来指令进行下去。直到最后一个润滑点184号供油完毕, 最后一个电磁给油器关闭, 同时油泵自动停止, 系统进入下一步。
第四步开始循环等待延时。循环等待时间到后系统又开始进入一个新的供油循环。其自动供油流程如图2所示。
在设备自动运行过程中, 各润滑点供油时, 主控系统显示该点正在供油与该点供油时间以及润滑点供油状态, 系统进入循环间隔时间后, 主控系统显示间隔时间倒计数值, 以便清楚当前设备运行状态。油泵又开始自动启动, 同时润滑点打开, 下一个供油循环开始。每个点的供油时间可通过微机来进行改变, 大循环时间也可修改。每一次运行后, 主控系统都会自动记录下故障信息等一些数据, 以便管理和维护。压力调节系统随时显示和控制系统供油压力, 反馈至主控制系统, 如系统出现油压过高的故障时, 压力控制系统动作, 油泵停止工作, 从而保护了油泵。在设备出现故障时, 主控系统采取相应措施进行处理, 当措施无效后, 向上位机发出故障请求信号, 以便检修人员来进行相应处理。
五、润滑系统改造后效果
(1) 可编程控制技术替代继电器接触器控制, 使系统达到机械、电器、自动化三重安全设置, 保证设备安全可靠运行。
(2) 自由排序, 按需逐点供油。供油方式由原来的每点同时供油改为逐点供油, 按设定程序、顺次给油, 每点供油量根据实际需要设定。每点给油时间、间隔时间根据需要设定。逐点供油可与系统设备联锁。提供了灵活的润滑控制方式, 可保证供油压力和供油可靠性。
(3) 定时、定量供油, 对每一点的加油量可自行设定。对每一点的运行状态实时监控, 能根据工艺要求随时调整供油参数。润滑设备的循环、供油时间根据润滑段的分布情况不同, 控制参数也不同。设备管理人员可根据现场设备运行工况来进行自定义设定调整, 以达到供油时间为主、循环时间为辅, 既能保证设备润滑可靠, 减少磨损, 节约能源, 又不会造成油脂浪费。
(4) 逐点检测, 及时反馈。通过流量传感器检测油在管道的位移信号, 准确检测各润滑点的供油状态, 检测到故障及时报警, 且能准确判断出故障点所在, 便于操作工的维护与维修。操作员可根据设备各点润滑要求的不同, 通过远程调整参数, 以适应烧结机的润滑要求。
(5) 远程监控, 人性操作。故障查询, 智能判断。真实反映现场每个润滑点供油状态, 现场情况一目了然。在微机上实现手动/自动切换, 可手动单点给油与检测, 可与系统设备联锁。在微机上直接显示各故障点的具体位置, 准确判断每个润滑点、润滑元件故障。系统自带故障类型数据库。
六、结束语
智能烧结 篇3
1 球团烧结过程智能控制方法概述
球团烧结智能优化控制的方法涵盖了两部分的内容, 其一, 为烧结配料优化环节;其二, 为球团烧结过程中的热状态优化控制环节。这两项环节的协调配合, 促使球团烧结过程智能控制更具可行性与经济性。其中, 后者同样包含两项主要部分, 即烧结终点控制与点火燃烧控制。经分析可知, 球团烧结过程智能控制方法实质上是一系列先进处理手段的集合, 并结合了模糊控制理论与神经网络等新型技术内容, 强化球团烧结过程的质量, 满足现代社会生产对球团烧结效益的要求。从理论研究的角度来看, 在该项策略的支撑下, 不仅有效降低了生产过程中的配料成本, 还在一定程度上改善了既往球团烧结过程中的波动状况, 增强了整个环节的稳定性[2]。通过构建球团烧结工艺模型系统可知, 在多变量PID解耦控制策略等多项手段的支撑下, 烧结机能够有效利用系数与烧结矿质量指标等数据内容, 燃料的消耗程度有所削弱, 由此可见, 球团烧结过程智能控制方法在实践过程中进行实施具备一定的可行性。
2 分析球团烧结过程智能控制方法的实际应用
烧结是钢铁冶炼过程中的重要环节, 烧结矿是高炉炼铁作业步骤中的关键物料, 物料本身的质量与产量对于目标产品的质量与产量有着直接的影响。从实际工作中可以看到, 链篦机-回转窑氧化球团烧结过程是一个涉及到传质、传热和复杂化学反应的工业过程。在其总体的控制环节中, 球团烧结过程具有非线性、分布参数以及大时滞等特性, 属于典型的复杂被控对象。因此, 需采取球团烧结过程智能控制方法与实践整合应用。
2.1 球团烧结过程智能控制方法的实际应用过程分析
从实践过程来看, 球团烧结配料的选择是整个生产的首要步骤, 在选择烧结配料时, 更要注重各类型燃料、溶剂之间的最佳配比参数, 进而保证生产原料成本在可控的范围之内, 获得具备合理粒度组成以及强度适中的制备物料是球团烧结工艺执行的基础;其次, 通过借助国内外优化算法等理论知识内容, 调整好球团烧结过程中物料的物理性能与化学成分间关联, 本着降低生产作业成本的原则, 找寻最佳的生产控制策略, 从实际情况来看, 热温度参数的变化是引起烧结矿结构出现变化的导火索, 因此, 在改善物料本身特性时, 要注意对生产环境温度等指标参数的智能化控制;最后, 依据配料优化的实际情况, 构建智能控制模型, 并设置好相应的约束值, 以便在实际操作中顺利执行。总而言之, 在应用球团烧结过程智能控制方法的过程中, 利用球团烧结工艺可生产出高质量的烧结矿, 并在融合了线性规划算法、智能优化算法等手段之后, 则有效节约了烧结矿物料在烧结过程中的生产成本, 进而提升了钢铁工业企业的生产效益。
2.2 球团烧结过程智能控制方法在实际应用过程中借助了指标参数的作用
在多变量PID解耦控制策略的支撑下, 有效改善了球团烧结环节的运作效率, 提升了整个过程的生产作业质量。从具体来看, 是在选矿过程控制中, 将描述控制规律的数学 (或逻辑) 表达式, 用控制算法来呈现[3]。基于此, 通过借助这些经科学分析而来的指标参数来辅以生产, 以及智能化控制平台的集中运作, 满足了现代工业生产领域对球团烧结过程经济性的高要求。
3 结语
通过对球团烧结过程智能控制方法的了解与分析可知, 该策略是在各项先进性技术的基础上而提出的一种综合性质的智能化工业生产控制策略。在其具体的应用过程中, 将复杂化的链篦机-回转窑氧化球团烧结过程进行高效管理, 并在一定程度上降低了作业成本, 提升了工况的稳定性, 改善了生产的质量。总而言之, 鉴于球团烧结过程具有非线性以及分布参数等特性, 采取球团烧结过程智能控制方法与实践整合应用具备一定的可操作性与经济性。
参考文献
[1]曹卫华, 段平, 吴敏, 等.基于分级递阶结构的铁矿石烧结过程智能控制[J].仪器仪表学报, 2010, 03 (03) :556-557.
[2]耿丹, 王全乐, 王洪江, 等.550m~2烧结机智能闭环控制系统的设计与应用[J].烧结球团, 2010, 04 (04) :38-39.
智能烧结 篇4
济钢炼铁厂有120 ㎡烧结机3 台, 其中1#2# 烧结机在2002 年由90 ㎡烧结机扩容改造成120 ㎡烧结机, 采用的是双线集中润滑系统, 油泵开启后, 采用分配器对各润滑点进行供油, 一个分配器带4 个润滑点, 这种润滑系统在自身原理和结构上具有一定的限制, 常常因润滑不到位, 造成台车爬坡、掉滑板、电流过载等故障, 同时加快了滑道磨损, 增大了烧结机的漏风率, 给生产带来了严重的影响。烧结机生产环境恶劣、温度高、润滑点多且分散, 烧结机头尾部润滑点多为重载轴承, 滑道及尾部润滑点温度都在100℃以上, 济钢120 ㎡烧结机润滑点中部滑道有108个, 头部轴承座有16个, 尾部轴承座有10个, 在生产运行中, 双线集中润滑系统主要存在以下这些方面的问题:
(1) 系统泵站压力比较低, 由于各点是同时供油, 管线比较长, 系统压力升不上去, 在距离泵站近的地方压力高能够得到充分的润滑, 远的地方压力低而得不到供油; (2) 各点的润滑油量无法控制, 在134 个润滑点中包括滑道、轴承座、齿轮箱等, 各点对润滑油量需求和润滑时间不一样, 造成润滑油的浪费, 同时由于管道长、压力损失的原因, 导致中、后部滑道润滑点油量过少, 容易造成设备故障; (3) 润滑油路由于无过滤装置, 容易造成分配器卡阻, 并且没有检测及报警功能, 排查很不方便, 一旦某个分配器卡死, 将有4 个点无法供油。烧结机本身工作环境比较恶劣, 属于高温、粉尘区域, 分配器在这种环境下工作, 极易出现卡阻, 如果得不到及时处理, 很容易造成滑道缺油, 发生设备事故; (4) 故障率比较高, 并且检修不方便, 如果系统压力出现问题, 不容易查出问题的所在, 将会导致整个系统无法正常工作, 需停止供油, 方能检修; (5) 自动化程度低, 不能进行远程监控, 油量、时间的调节都需要到泵站手动操作, 经常由于操作的原因带来一些设备事故。
2 润滑系统改造
2.1 润滑系统改造必要性
济钢120 ㎡烧结机在使用双线集中润滑系统过程中, 故障率较高, 经常因润滑不到位使得电流过载, 造成停机, 同时也影响烧结机机速调节, 制约着烧结机的产量和烧结机的作业率, 针对这些问题, 在2014 年5 月份我厂对120 ㎡烧结机进行大修时, 引进了ZDRH-2000智能润滑系统, 该系统可根据设备工作状态、现场环境温度等不同条件及设备润滑部位的不同要求, 准确、定量、可靠的满足各种润滑要求, 它具体有以下技术特点:
(1) 润滑泵一用一备, 工作压力高, 能够在其中一台出现故障的时候自动启用备用泵, 稳定可靠, 最高工作压力能达到30MPa, 保证所有供油点都得到充足的润滑, 采用压力传感器, 实时监控系统压力。 (2) PLC可编程控制器现场控制各润滑点润滑状态;能够控制定时、定量供油, 并能依据润滑状态调整供油参数, 提高润滑系统可靠性。 (3) 给油系统采用的是新型电磁给油器集成, 避免了分配器所带来的一些缺点, 各润滑点都是单对单, 提高了润滑可靠性。 (4) 先进的流量传感器实时监控润滑点的真实运行状态, 如果某个点出现故障, 能够及时从监控中发现并得到解决, 不用停止整个系统, 维护方便。 (5) 网络挂接与微机通讯实行远程监控, 方便工人操作, 并且能够从微机上及时掌握润滑信息, 出现问题能够得到及时发现并解决。
2.2 润滑系统工作原理
该系统主要由以下几部分组成:主控系统、润滑泵站、执行检测部件、监控系统。采用PLC控制, 通过流量传感器进行流量信号检测, 通过主管路供油, 在主管路和润滑点之间皆有电磁给油器和流量传感器, 电磁给油器初始是常闭的, 当某个电磁给油器接到指令时打开给油, 因此每个润滑点的供油量都是可以根据需要控制, 且某一点有故障不影响其他各点供油。
工作流程, 首先启动电动高压润滑泵, 待主给油管道压力升至设定值后, 依次逐个打开各电磁给油器开关, 按照设定的参数给各润滑点供油, 同时流量传感器进行检测, 如有故障及时报警, 并且继续给下一个润滑点供油, 直到所有润滑点给油结束, 系统进入循环等待时间, 循环等待时间结束, 开始下一个给油过程。
3 自动润滑系统应用效果
2014 年5 月济钢120 ㎡烧结机投入使用ZDRH-2000 智能润滑系统后, 已经安全稳定运行快一年了, 经过这段时间的实践可以看出, 改造是非常成功的。
(1) 设备故障率为零, 系统运行稳定。定期每月打开阀前过滤网检查, 及时更换损坏件, 运行期间未出现过堵塞和卡阀现象。 (2) 备件费用和维护费用大大降低。新系统上线后, 系统润滑良好, 烧结机滑道寿命提高了1 倍, 年节约备件费用30 万元;通过控制打油量和打油时间, 用油量也大大减少, 由单台机月消耗2000kg降到了1500kg;施工费用也明显降低, 以前安排了一个维修承包队伍, 平时处理分配器堵塞, 检修处理滑道堵塞等问题, 每月施工费用大概在1.5万元, 现在我们自己检修班就能维护所有的活, 节约了维修成本。 (3) 烧结机运行稳定, 机速能够得到稳定的调节, 滑道漏风率也降低了1.5%, 每台机年产量提高近4000 吨。可以从表1 中看出。
4 结语
智能烧结 篇5
梅钢4#烧结选用智能润滑系统主要由润滑监控站、润滑控制柜、润滑站、智能分油箱四部分组成。(见图一)
润滑监控站用于监控整个润滑系统的状态。
润滑控制柜由触摸屏、PLC、以及继电器等电器元件组成。主控柜内PLC实现复杂润滑控制策略;润滑操作通过触摸屏上用中文图形画面操作;PLC与智能分油箱之间通过现场总线通讯;双重容积式流量计实现给油量闭环控制和堵漏检测。
润滑站由润滑泵、补油泵、容积式流量计、油站控制箱、称重装置组成。双柱塞式高压电动润滑泵一工一备;称重装置检测油位;补脂泵自动补油;PLC控制各油泵启停;容积式流量计检测主油管给油量。
智能分油箱由智能分油控制器、容积式流量计、电磁给油器、过滤器组成。它负责接受PLC发送润滑参数(给油量)和PLC发送润滑启停命令(逐点)。流量计反馈流量脉冲信号比较实际流量与设定流量值。智能分油箱还会反馈润滑状态。
2 工作原理
智能集中润滑系统工作时，首先由主控制柜给高压油泵输出工作信号，高压油泵开始工作并将油脂输送到“主油管”。稍微延时(使系统升压)，主控制柜输出第一个润滑点的控制信号，打开其电磁开关向该点供油，这时其他润滑点的电磁开关都是关闭的，从高压油泵到第一个润滑点形成一个输油通路，油泵的压力全部集中在这一个润滑点上，这确保了该点的供油压力，也就保证了该点给油;这个润滑点的供油量是通过调整该点的定量油流传感器、调整该点给油量、给油时间后由PLC控制完成的，供油量准确可靠，并随机可调，以此来保证该润滑点的给油量。当第一个润滑点的供油过程结束时，主控柜输出信号将其电磁开关关闭，同时打开第二个润滑点的电磁开关并向其供油，其过程和第一个润滑点供油过程相同，当第二个润滑点供油过程结束时，控制系统关闭其电磁开关同时打开第三个润滑点的电磁开关……以此类推，系统对所有润滑点逐点供油，当最后一个润滑点供油结束时，系统进入循环时间(系统两次工作之间的间隔时间)，高压油泵停止工作。润滑系统的循环时间也可以自由设定，当达到所设定的循环时间时(间隔计时结束)，系统再次启动，重复第一次系统供油的过程，如此反复，实现对整个设备润滑系统的智能化供油。
在智能润滑系统供油过程中，当某一个润滑点的电磁开关打开向该点供油时，该点所配套的定量油流传感器也开始工作，采集该点油脂流过的信号，通过对信号的识别判断，PLC可以知道该点的供油状况。假如该点出现堵塞或畅通(电磁开关不能闭合)时，定量油流传感器会采集到信号，并将结果反馈给主控制柜，主控柜发出报警，同时西门子触摸屏会显示出该点的故障位置和故障属性，并将此信息储存备查，处理故障一般不影响系统工作。定量油流传感器除具有检测故障的功能以外，还具有给各润滑点供油时快速定量的功能。
3 电气系统实现
梅钢4#烧结机配套智能润滑系统给滑道、机头、机尾供送润滑油。选用西门子S7-200PLC作为控制核心。触摸屏用以对系统参数的设定及运行状态的显示;上位计算机用于远程监控整个系统的状态，其画面由intouch组态软件编制，界面友好，方便操作。当润滑周期开始时，PLC启动润滑泵，将贮脂桶内润滑脂加压后输出给智能分油箱，PLC通过现场总线和52个智能分油箱的分油控制器连接，每个分油箱分配4～5个给有点，PLC依次给分油箱指令，分油控制器一次也只对一个润滑点给油，电磁给油器根据PLC参数给油，流量计会比较实际与设定值并给出反馈。PLC结束一个润滑点给油后再转向下一润滑点，直至所有润滑点均给油完毕后停止润滑泵运转，等待下一润滑周期开始，依此循环润滑。PLC存储各润滑点累计给油量和故障记录，可供生产维护管理用。
4 技术特点
1)对数百个润滑点的集中管理。
2)系统中任意一个润滑点的润滑周期和润滑油补加量是单独可控的。
3)可以真实检测各个点的润滑状态，及时发现问题。
4)采用串行通信，连结线路简单，扩展方便。整个润滑系统用三根两芯电缆连通，全部润滑点的控制、检测都通过这三根电缆完成。施工、检修、维护、扩展都很方便。
5)可以实现一个控制系统对多个润滑泵组的分别控制。(在烧结机系统中，中部润滑点用油的油品不同与头、尾部，必须使用两个油泵站，但控制系统依然是一个，以方便检查维护)。
6)选用耐高温器元件，适应恶劣环境。
5 结语
智能烧结 篇6
热压烧结是金刚石制品生产过程中应用最广泛的工艺,它将金刚石和多种金属粉末的混合物作为烧结体装载入特定的模具中,利用烧结设备加热、加压实现。由于不同金属粉末的化学性能差异,要求烧结过程中温度、压力必须按照一定的工艺曲线变化;目前,烧结设备基本上都是采用电阻式的加热方法,由公式R=得知,在烧结面积S不变的情况下,烧结压力的变化将引起烧结体密度ρ和高度L的变化,进而引起烧结体电阻R的改变,使烧结功率发生变化,引起烧结温度的波动。烧结温度是热压烧结过程中的一个重要参数,直接影响烧结制品的质量,由于其变化过程的复杂性,常规的P I D算法难以满足其控制要求,本文提出了一种智能P I D算法实现热压烧结过程中对温度的控制,实践证明该算法适用于这种生产工艺,并且具有一定的通用性。
2 被控对象的工程模型
如图1所示,系统主要由两部分组成:加热系统和加压系统。温度传感器用红外线测温仪,实时检测烧结体温度并将其转换为4-20mA的电流信号,传送给PID控制器,控制器输出0-1 0 V的电压信号给移相触发模块,驱动可控晶闸管及加热变压器工作,改变加热电极的电压值,即控制流过烧结体的电流值,实现对烧结体温度的控制。压力的工艺曲线变化可以看作是对温度控制系统的一个连续的扰动,智能PID算法基于克服这个扰动;PID控制器由单片机及其外围器件构成。
3 PID控制算法
3.1 常规PID控制算法
在模拟过程控制中,常规的PID控制规律为:
上式中,u(t)为被控对象的输入,即控制器的输出;e(t)为偏差信号,即PID控制器的输入。控制器将偏差e(t)的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量,操作执行机构对被控对象进行控制[1]。模拟控制是当系统采样频率足够高时,将采样系统看作连续变化的模拟系统。由于单片机实现的是离散控制,要根据采样时刻的偏差值计算控制量,因此,必须将模拟信号做离散化处理。利用差分变换法,将(1)中的积分项和微分项分别改写成差分方程[2]:
式(2)、(3)中,t=kT;T为采样周期,k为采样序号,k=0,1,2,…;e(k-1)、e(k)为第(k-1)次和k次采样所得的偏差信号。
可以看出,在上述离散化过程中,采样周期T必须非常短才能保证有满意的控制精度。由于热压烧结系统温度控制具有惯性和滞后性,单片机也能够满足一定的采样周期,所以这样的离散化方法适合于热压烧结温度控制系统。
3.2 智能PID控制算法
由于热压烧结温度控制具有时变性、滞后性、非线性等特点,在常规PID算法不能满足控制要求的情况下,提出了一种适合本系统的智能PID控制算法,它的主要特点是对A/D转换的偏差量进行趋势判断,分区段进行调节。其系统框图如图2所示。
其中,r(t)为温度设定值,y(t)为被控对象。
将式(2)、(3)代入式(1)得到式(4)
式(4)中u(k)为第k时刻的控制量,用第k时刻的控制量减去第(k-1)时刻的控制量得出控制量增量△u(k):
用△e(k)替代e(k)-e(k-1),用△e(k-1)替代e(k-1)-e(k-2)得到其简化增量式:
式中,△u(k)为第k次采样时刻控制器输出增量;△e(k)为第k次采样时刻输入的偏差增量;△e(k-1)为第(k-1)次采样时刻输入的偏差增量;Kp为比例参数,Ki为积分参数,K d为微分参数。
设定两个误差参考值Emax,Emin作为趋势判断依据,且定义:Emax>Emin;根据下列四种情况判断:
(1)当∣e(k)︳≥Emax时,说明温度误差的绝对值很大,这时不管误差变化趋势怎样,控制器都应考虑按最大或最小输出,以迅速调整误差,尽快减小误差绝对值,比例环节起主要调节作用,此时输出为:
其中,k1为比例调节系数,且k1>0.
(2)当e(k)×△e(k)>0时,表明误差在向误差绝对值增大的方向变化,此时有:
1)若︳e(k)︳≥Emin,表明误差较大,应加强比例调节,减小误差,则输出:
其中k 2为比例调节系数。
2)若∣e(k)︳
(3)当e(k)×△e(k)<0,△e(k)×△e(k-1)<0时,表明误差处于最大误差值,此时有:
1)若∣e(k)︳≥Emin,则加强控制作用,输出:u(k)=k3Kp△e(k),k3为比例调节系数。
2)若∣e(k)︳
(4).当e(k)×△e(k)<0,△e(k)×△e(k-1)>0或e(k)=0时,表明误差绝对值向减小的方向变化,或者系统已达到平衡状态,此时输出:u(k)=u(k-1)。
上述智能PID算法克服了常规PID算法的缺点,实现系统的非线性调节,体现了系统的稳定性、快速性及自适应性;并且编写程序简单,占用存储单元少,运算速快,很适合热压烧结温度控制系统。
4 基于单片机的控制方法的实现
4.1 硬件结构
本文论述的智能PID控制算法是基于自制的PID控制器实现的。本控制器由AT89C51单片机及其外围电路模块构成[3],其系统结构框图如图3所示:
红外测温传感器(范围400-1200℃)将检测到的烧结体温度信号转换为电流信号,送入PID控制器,经A/D转换后,单片机将温度检测值与程序设定值进行比较,计算偏差并运用智能PID算法运算处理,实时显示温度值,并输出相应控制信号,经D/A转换电路变为0-10V的电压信号输出,送给移相触发模块,控制加热系统工作,实现对温度的控制。报警模块提供可选报警输出(如超温、传感器故障等);RS-232通讯模块实现与上位机的数据传递;LED显示及键盘模块实现温度及控制参数的显示、设定与修改。
4.2 软件设计流程
实际应用时,AT89C51单片机选用12MHz晶振,使其处理指令的机器周期达到1微秒,满足数据运算速度要求。智能PID算法的实现需要判定偏差量变化趋势,应用中将第(k-1)、(k-2)采样时刻的历史数据e(k-1)、e(k-2)、u(k-1)存于片内存储器的指定地址中;控制算法中用到的比例调节系数k1k2k3k4和误差参考值Emax,E m i n的大小及采样周期T根据实际应用确定后存于片内存储器;Kp、Ki、Kd参数值通过控制器键盘输入,存入片内存储器。智能PID控制算法的软件流程如图4所示:
5 结束语
由AT89C51单片机实现的控制器,把智能PID算法应用于热压烧结设备中,满足了热压烧结工艺的要求。实践应用中,温度超调小于1%[2],温度控制精度达到±1℃;在升温和降温过程中,温度设定曲线与测量曲线实时跟随,达到了较理想的控制效果。
摘要：基于热压烧结的工艺特点,介绍了一种实现烧结温度自动控制的智能PID算法,给出了由单片机完成其控制方法的硬件结构及软件设计流程。
关键词：智能PID,热压烧结,单片机
参考文献
[1]邵裕森,戴先中.过程控制工程.(2版)[M].北京:机械工业出版社,2000.5.
[2]胡寿松.自动控制原理.(4版)[M].北京:科学出版社,2001.