变频器在自动配料系统中的网络控制
摘 要 针对莱钢1# 8m2球团竖炉配料自动控制系统的技术特点，介绍了变频器的网络控制、PID调节、无扰动切换等的实现方法。
变频器在配料自动控制系统中有着广泛的应用。莱钢1# 8m2球团竖炉配料自动控制系统于2001年5月经大修改造后投入运行。它采用PLC控制技术，其核心控制是“配料秤———二次仪表———PLC———变频器”形成闭环控制，通过变频器调节圆盘给料机、螺旋给料机来调节料流量，以达到设定的配比，完成配料功能。变频器与PLC的通信方式曾是影响配料精度和稳定性的制约环节。传统上对变频器的控制多是将4-20mA电流信号或1-5V电压信号送到PLC，经PLC的运算，再控制变频器的输出。莱钢竖炉配料控制系统中，采用了数字通信技术，实现变频器的网络控制，收到良好的效果。
一、控制系统构成
控制系统配置示意图见图1。
图1
根据I/O点数（DI：64点，DO：32点，AO：8路）和控制要求，本系统采用施耐德公司的Modicon TSX Quantum系列PLC，操作系统是Windows NT4.0(Workstation)，编程软件Concept2.2，监控软件Intouch，中文之星FOR NT。PLC的配置包括：1个控制器140CPU11303，1个电源模块140CPS11410，2个32点DI模块140DD135300，1个32点DO模块140DDO35300，1个8通路输入模块140ACI02000。
上位机选用研华IPC-610工控机作为监控站，配置SA85卡与PLC的MB+网连接，整个系统通信采用MB+通信协议，包括5台变频器配MB+网通信卡VW3A58302全部直接挂在网
上，工控机、PLC、变频器各作为一个节点，共同组成一个总线网，充分利用MB+网的通信能力和可靠性，进行实时对等通信，达到数据交换和设备控制。
二、变频器的控制与实现
针对该控制系统的特点，对变频器的操作主要设计了现场手动调节、上位机全自动调节和机上键盘给定调节三种方式。其中现场手动调节只限于应急状态时用。
图2
1. 变频网络控制设计
每次在变频器上电前或故障后，首先进行初始化，该部分的控制程序由PLC完成，其程序框图见图2。
5台调节给料用变频器由通信卡接入MB+网，在每台变频器的扩展卡上设置硬件节点地
址，设定通信协议、方式及接收和发送的字节数；同时定义PLC内的通信协议、方式及接收和发送的字节数。PLC内使用PEER COP向变频器“WRITE”命令，包括启停操作、电机正反转控制、过程调节控制、故障控制等；用GLOBAL向变频器“READ”状态，包括电流、电压、转速等信息，了解变频器及电机的运行状况。
2. 圆盘给料PID调节控制
圆盘给料PID调节主要通过变频器调节圆盘转速，以改变下料量。常规的闭环控制方法是无法达到稳度、精度要求的。因此采取大滞后闭环控制。一是为避免系统超调，确定系统响应时间T时，应大于圆盘机械响应时间t1与物料从下料口到秤量段时间t2之和；二是在PID运算输出之前加一限定值，当输出量变化值超过该限定值时，用限定值代替PID运算输出，以克服输出量变化影响圆盘转动的稳定性；三是实现无扰动投入，先确定好圆盘转速初值，圆盘启动时经3-5周期的运行，当瞬时流量在PID调节范围内输出时，自动切换到PID调节；四是当工况不稳时，如瞬时流量波动较大且无规律，可采用累计调节方式，即取单位时间（取5s）的累计流量作为PV值与设定流量SP进行比较调节。其程序控制框图见图3。
图3
3. 变频控制手、自动无扰动切换
在相同频率时，有时会出现下料不均匀、波动幅度大，再用手动给定调节会明显滞后，采用无扰动切换尤其必要。具体方法是瞬时流量法，取t为瞬时流量均值。1#秤在t内均值为X，
经t1取4#秤（或经t2取5#秤）t内均值为Y，根据X+Y与给定配比S确定膨润土流量I′=（X+Y）•S。I′与给定膨润土I比较，若I′在允许误差范围内，膨润土下料量不变；若超出范围，过t3后，调节8#螺旋频率，由冲板秤测得实际流量I1，再比较，如此反复调节。实际调节中，在满足生产需要的前提下，应尽可能扩大给定( 的误差范围，以降低流量波动，克服频繁调整。t、t1、t2、t3值可根据需要或实际测定取得。
三、结语
该配料控制系统采用的MB+网通信方式，与传统的模拟信号传输（如4-20mA电流信号、1-5V电压信号）相比，在系统控制的稳定性、可靠性及信号传输的准确性等方面有着明显的优势，为竖炉的产、质量的提高创造了条件。同时，MB+通信协议的完全开放性，为下一步整个竖炉工艺自动控制乃至整个烧结生产管理联网创造了基础。