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運用PLC計算不銹鋼磁翻板液位計反饋的變量與設定值的偏差
摘要：針對煉鋼二文喉口控制系統(tǒng)的改造及優(yōu)化技術進行了論述。
河北鋼鐵集團中厚板煉鋼轉爐二文喉口的控制系統(tǒng)采用上位機畫面操作，通過控制下位機 PLC，從而控制現(xiàn)場設備的模式，主要工作原理是利用上位機畫面操作控制現(xiàn)場重陀的上升、下降來改變喉口開度，控制氣流的速度，從而更有利于灰塵的沉降，發(fā)揮更好的凈化效果，同時可以使煤氣流穩(wěn)定輸出，防止爆炸性大氣流。
1 二文喉口控制系統(tǒng)改造前的控
制過程和存在的問題
1.1 原系統(tǒng)控制過程
原控制系統(tǒng)所用的設備包括：西門子 400PLC、鐳目控制驅(qū)動器、變頻器、變頻電機。控制原理是：西門子 400PLC 通過 Profbus-DP線與鐳目控制驅(qū)動器連接，通過編程控制鐳目控制驅(qū)動器，鐳目驅(qū)動器控制變頻器，從而控制電機來調(diào)節(jié)重陀的上升、下降。西門子 400PLC:運行速度高、內(nèi)存與存儲容量大、I/O 擴展功能強、有*強的通信能力，而且體積小、配置靈活。
鐳目驅(qū)動器:為一高度集成化模塊，功能強大、技術先進。變頻器：型號為 ABB-ACS550 主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度，其具有性能穩(wěn)定、組合功能豐富、低速高轉矩輸出、良好的動態(tài)特性及超強的過載能力。
變頻電機：使用 YEJ100L-6，YEJ 系列制動電動機是全封閉自扇冷式鼠籠型具有附加圓盤型直流制動器的三相異步電動機，它具有制動迅速、結構簡單、可靠性高、通用性強等優(yōu)點。適用于一切要求快速停止、準確定位、往復運轉的各種機械。
1.2 控制系統(tǒng)存在的缺點
鐳目控制驅(qū)動器在二文喉口控制系統(tǒng)使用中存在一定的缺點：由于二文喉口控制現(xiàn)場環(huán)境惡劣，夏天溫度高、粉塵大，而驅(qū)動器屬于高精密設備，對環(huán)境要求高，所以造成驅(qū)動器經(jīng)常性故障，如重陀的實際位置與反饋位置誤差很大、驅(qū)動器內(nèi)部元器件的損壞、系統(tǒng)抗干擾能力弱等。鐳目驅(qū)動器設備復雜且不易維護，程序控制繁瑣，尤其是更換價格昂貴、維修周期長，對二文喉口控制及煤氣回收影響大。
由此可見二文喉口原控制系統(tǒng)的鐳目控制驅(qū)動器是造成故障頻發(fā)、維修周期長、維修成本高的主要原因。
2 對二文喉口控制系統(tǒng)部分的改造
鑒于以上存在的問題，因鐳目控制驅(qū)動器維修及更換價格高、維護周期長，為節(jié)約成本，縮短維護周期，對二文喉口控制系統(tǒng)采用其他方案進行控制。因為二文喉口控制系統(tǒng)是對重陀的上升、下降進行調(diào)節(jié)來控制二文喉口的開度，控制煙氣流量、喉口壓差，從而使除塵效果更為有效?？芍暮砜诳刂坪唵巍，F(xiàn)制定方案如下：將原系統(tǒng)的鐳目控制驅(qū)動器部分去除，直接利用 PLC 控制變頻器，其他控制系統(tǒng)不變，增加一套重陀位置檢測反饋系統(tǒng)。通過從新編程控制變頻電機調(diào)整二文喉口重陀位置。
重陀位置檢測反饋系統(tǒng)：采用改裝后的不銹鋼磁翻板液位計。磁浮子液位計型號：9SHL-41500/SC，其原理是：當被測容器中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鐵通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉 180°，當液位上升時翻柱由白色轉變?yōu)榧t色，當液位下降時翻柱由紅色轉變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位清晰的指示。
為滿足對二文喉口系統(tǒng)控制要求，經(jīng)過技術分析和深入研究，現(xiàn)將不銹鋼磁翻板液位計的內(nèi)部浮子舍棄，加裝一外部永久磁鐵，用外部永久磁鐵代替浮子內(nèi)的永久磁鐵，外部永久磁鐵固定在重陀尾端，并使外部永久磁鐵緊靠不銹鋼磁翻板液位計，當外部永久磁鐵隨著重陀上下變化時，在磁耦合的作用下磁性色塊（磁翻板）隨之翻轉；并使磁性液位開關在對應液位點動作；同時液位傳感器在外部磁鐵的作用下，輸出標準的變化電阻信號，再經(jīng)過變送器把電阻信號轉換成4~20mA 電流信號，輸出到 400PLC，從而精準的控制重陀位置。
從圖 1 中可以看到改造后的系統(tǒng)采用帶負反饋的閉環(huán)控制原理，通過反饋系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高,響應時間縮短。當受控客體受干擾的影響，其實際狀態(tài)與期望狀態(tài)出現(xiàn)偏差時，控制主體將根據(jù)這種偏差發(fā)出新的指令，以糾正偏差，抵消干擾的作用。
3 二文喉口自動控制過程
在上位機畫面基礎下，添加集中、機旁控制，控制方式包括手動、自動。
3.1 手動控制：在上位機畫面上點擊上升或下降按鈕控制重陀上升或下降，從而調(diào)節(jié)二文喉口的開度，為防止誤操作損壞設備，在現(xiàn)場裝備有上、下限位。
3.2 自動控制：畫面選擇自動控制時，自動控制系統(tǒng)采用 PI 調(diào)節(jié)，在畫面上輸入重陀預期位置后，重陀自動調(diào)節(jié)，*先 PLC 計算通過不銹鋼磁翻板液位計反饋的變量與設定值的偏差，進而發(fā)出相應指令，當偏差大于二文喉口系統(tǒng)的允許誤差時，PLC 發(fā)出指令給變頻器，變頻器控制變頻電機向設定值方向調(diào)整重陀位置；當重陀實際位置與設定位置的偏差小于允許的誤差時，PLC 發(fā)出停止指令給變頻器，重陀調(diào)節(jié)自動停止。在二文喉口閉環(huán)控制系統(tǒng)里，即使有外界的干擾，也能通過閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)保持原來的狀態(tài)。實施閉環(huán)控制的抗干擾能力來自于負反饋作用。因為在組織形式上增設了一個反饋機構，能把造成偏離目標的原因以及一貫干擾的因素及時地反饋給控制器，**修正目標。
在閉環(huán)負反饋控制中，由于控制主體能根據(jù)反饋信息發(fā)現(xiàn)和糾正受控客體運行的偏差，所以有較強的抗干擾能力，能進行有效的控制，從而保證預定目標的實現(xiàn)。
結束語
二文喉口系統(tǒng)改造后，運行穩(wěn)定可靠、控制精度高、抗干擾能力強、響應時間快，故障率大大的降低，維護簡單方便。利用簡單設備代替高集中、高智能、高價格設備控制現(xiàn)場設備，在控制可靠穩(wěn)定的同時，大大節(jié)約的維護時間和價格成本。
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