CN101916070A - 基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁厂烧结机烧结混合料水分自动控制技术领域，特别是涉及一种基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法及装置。通过水分在线检测及PLC控制，在对混合料水分准确测量的基础上，实现混合料的水分自动控制，水分在线检测包括水分的测量、加水流量的测量、每一种烧结料的瞬时流量、每一种烧结料的水分含量、混合料总量瞬时流量、系统各环节的延时，将这些参数的测量值通过模拟量输入模块输入到计算机控制系统中，计算机控制系统分别对上述参数进行采集和进行控制，装置由水分在线检测装置、模拟量输入模块、工业以太网和ControlNet网组成两级控制网、计算机控制系统、模拟量输出模块、加水电动调节阀所组成，完成烧结混合料水分的自动控制。

Description

基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法及装置

技术领域

本发明属于钢铁厂烧结机烧结混合料水分自动控制技术领域，特别是涉及一种基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法及装置。

背景技术

烧结生产是钢铁企业链重要的一环，烧结矿质量好坏直接影响炼钢炼铁产能效率。而严格控制混合量加水，才能生产出质优量多烧结矿。

烧结生产是一个复杂的物理化学过程，在烧结生产中，混合料水分是其中一个重要的参数。一般对混合料水分自动控制的目标是要保持混合料中的水分稳定在一个利于烧结的值，波动范围不能太大，一般为(7％～9％)±0.5％以内，若水分波动超过±1.0％时，对混合料的成球率及透气性的稳定性影响很大。

烧结机的混料工艺一般包括2段混合：一次混合及二次混合，加水一般在一次混合和二次混合圆筒混合机内进行。

一次混合和二次混合采用人工看管加水时，由于操作工人的经验和责任心不同，造成不同的班次、不同的时间水分的稳定程度存在较大的差异，而且人工对水分短时间的波动不可能作出调整。水分的波动成为影响烧结机生产的主要制约因素。近年来，关于烧结混合料加水控制的文章在各种论文杂志期刊层出不穷。通过水分在线检测及PLC控制，在对混合料水分准确测量的基础上，实现混合料的水分自动控制。

(1)测量及控制系统的组成

水分自动控制实际上是整个配料、混料系统共同控制的结果，仅仅对某个局部环节的水分检测和添加进行控制是不够的。在水分自动控制计算中除了水分的测量值和加水的流量外，还需要引入的参数有：每一种物料的瞬时流量、每一种物料的水分含量、混合料总量瞬时流量、系统各环节的延时等，这些参数的测量首先要准确，另一方面各项参数的采集和控制信号的执行不可能集中在一处，因此需要有一个完整的计算机控制系统，分别对上述参数进行采集和控制，而且对这些参数的稳定控制是实现水分稳定添加的前提，可以避免水分添加量的剧烈波动。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法。

本发明的另一个目的是提供一种基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制装置。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，其特征在于包括下述步骤：

1)通过水分在线检测及PLC控制，在对混合料水分准确测量的基础上，实现混合料的水分自动控制，所述的水分在线检测包括混合料水分的测量、加水流量的测量、每一种烧结料的瞬时流量、每一种烧结料的水分含量、混合料总量瞬时流量、系统各环节的延时，将这些参数的测量值通过模拟量输入模块输入到计算机控制系统中，计算机控制系统分别对上述参数进行采集和控制，

2)计算机控制系统通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网，实现不同控制站和不同PLC主机之间数据的传输，

3)计算机控制系统采用ROCKWELL编程软件RSLogix5000，使用功能块FBD进行编程，实现水分的自动控制，

4)根据物料中已有的水分，在对一次混合、二次混合要加入的水进行分配后，对一次混合的水分设定目标值，经过计算得到应加入的水量，采用PID调节控制加入的水量，在一次混合后的皮带上进行混合料水分和物料流量的测量，根据公式计算，得到二次混合应加的水量，通过串级PID调节，实现水分自动控制。

所述的一次混合、二次混合的水分自动控制流程为：

1)将水分设定值通过水分设定环节输入到主PI调节器，

2)此主PI调节器的输出通过流量设定环节输入到副PI调节器，副PI调节器的输出量输入到电动调节阀去调节水流量，对烧结混合料加水，

3)水流量测量值反馈到流量设定环节，

4)测量加水后烧结混合料的水分，水分测量值通过公式计算反馈到水分设定环节。

所述的公式计算的方法为：

$M_{\mathrm{sp}}\%=\frac{(W_{\mathrm{water}}+W_{\mathrm{addwater}})}{W_{\mathrm{drywater}}+W_{\mathrm{water}}+W_{\mathrm{addwater}}}---\left(1\right)$

其中，M_sp％-目标水分值，

W_water-物料中原有的水分重量，

W_drywater-物料中的干基重量(不含水分的重量)，

W_addwater-要达到目标水分需加的水的重量，

对(1)式进行整理得到：

$W_{\mathrm{water}}=\frac{[M_{\mathrm{sp}}\%\×W_{\mathrm{drywater}}+(M_{\mathrm{sp}}\%-1)\×W_{\mathrm{water}}]}{1-M_{\mathrm{sp}}\%}---\left(2\right)$

式(2)得到了要达到目标水分需要加入的水的重量，可以方便得到应加水的流量。

所述的公式(2)中的W_water和W_drywater是根据每一种物料流量与含水量分别进行计算得到的，如：

W_water＝(中和料中的水分+燃料水分-生石灰消化所需的水分+灰浆中的水分)/(中和料总量+燃料总量+生石灰总量+灰浆总量)(3)

公式(3)给出了物料中水分计算的方法，对不同的配料配方照此计算，W_drywater的计算同理，

所述的每一种物料的瞬时计算值为按工艺流程分时累计的结果，而不是将某一时刻各种物料的瞬时流量简单相加，每种物料的水分来自于每种物料的水分化验值，这个值对于每一批物料，在没有下雨等其他因素的干扰下，一般可以认为是定值参与计算。

在二次混合，根据公式(2)和测量得到的物料水分以及物料流量值，在考虑到测量点到加水点的时间延迟后，对水分的测量值和计算值进行加权修正，这样得到的水分值相对来说更能反映混合料中实际的水分情况。根据前面描述的算法计算出二次混合要添加的水量，完成水分的自动控制。

一种用于所述的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法的装置，其特征在于由水分在线检测装置，与此水分在线检测装置相连接的模拟量输入模块，通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网与此模拟量输入模块相连接的计算机控制系统，通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网与此计算机控制系统相连接的模拟量输出模块，与此模拟量输出模块相连接的加水电动调节阀所组成，

所述的水分在线检测装置包括混合料水分测量仪、加水流量测量仪、每一种烧结料的瞬时流量测量仪、每一种烧结料的水分含量测量仪、混合料总量瞬时流量测量仪、系统各环节的延时测量仪。

所述的混合料水分测量仪采用NDC公司的MM710红外水分仪，所述的计算机控制系统采用美国ROCKWELL公司LOGIX系列PLC。

本发明的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，水分的控制应基于烧结物料平衡的思想。可采取的控制方法是：水分的添加在一次混合和二次混合分别进行。根据物料中已有的水分，在对一次混合、二次混合要加入的水进行分配后，对一次混合的水分设定目标值，经过计算得到应加入的水量，采用PID调节控制加入的水量。在一次混合后的皮带上进行混合料水分和物料流量的测量，根据公式计算，得到二次混合应加的水量，通过串级PID调节，实现水分自动控制。编程采用RSLogix5000软件中的PID，TOTALIZER等FBD功能块，实现上面的控制功能。

在烧结机混合料水分检测上已经采用的方法有：电导法、快速失重法、中子法、红外线法等，但是真正能够满足水分自动控制的产品并不多。通过在现场对不同测试方法、不同的厂家的多次试验，最终选择NDC公司的MM710红外水分仪，解决了在线检测这一难题。

该水分仪解决了粉尘、水蒸气、物料温度、形状对水分检测的影响，达到了在烧结工艺环境下长期、稳定、在线运行的要求。在现场运行的测量精度为±0.3％。

根据实际使用情况，在物料的配比发生较大的改变时，主要是混合料的粒度组成方式变化时，测量结果会发生偏差，该偏差属于系统误差，可以通过改变目标水分设定值来进行修正，当然也可以对仪表的参数进行修正，不会影响十分自动控制的正常运行。

需要注意的是这里采用的是每一种物料的瞬时计算值按工艺流程分时累计的结果，决不是将某一时刻各种物料的瞬时流量简单相加。每种物料的水分来自于每种物料的水分化验值，这个值对于每一批物料，在没有下雨等其他因素的干扰下，一般可以认为是定值参与计算。

本发明的优点是：

通过PID算法实现烧结混合料水分控制，充分发挥RSLogix5000强大编程功能、组网功能。硬件性能可靠，现场维护量少。对程序内部算法，最终用户无需完全理解。在实际应用中，发生水分控制结果不理想，用户只需修改部分参数，调整水分控制即可。最终用户易于掌握该技术，满足烧结厂人员配备要求。

附图说明

图1为本发明的硬件结构框图。

图2为本发明的自动控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，其特征在于包括下述步骤：

1)通过水分在线检测及PLC控制，在对混合料水分准确测量的基础上，实现混合料的水分自动控制，所述的水分在线检测包括混合料水分、加水流量、每一种烧结料的瞬时流量、每一种烧结料的水分含量、混合料总量瞬时流量、系统各环节的延时，将这些参数的测量值通过模拟量输入模块输入到计算机控制系统中，计算机控制系统分别对上述参数进行采集和进行控制，

2)计算机控制系统通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网，实现不同控制站和不同PLC主机之间的数据传输，

3)计算机控制系统采用ROCKWELL编程软件RSLogix5000，使用功能块FBD进行编程，实现水分的自动控制，

4)根据物料中已有的水分，在对一次混合、二次混合要加入的水进行分配后，对一次混合的水分设定目标值，经过计算得到应加入的水量，采用PID调节控制加入的水量，在一次混合后的皮带上进行混合料水分和物料流量的测量，根据公式计算，得到二次混合应加的水量，通过串级PID调节，实现水分自动控制。

如图2所示，所述的一次混合、二次混合的水分自动控制流程为：

1)将水分设定值通过水分设定环节输入到主PI调节器，

2)此主PI调节器的输出通过流量设定环节输入到副PI调节器，副PI调节器的输出量输入到电动调节阀去调节水流量，对烧结混合料加水，

3)水流量测量值反馈到流量设定环节，

4)测量加水后烧结混合料的水分，水分测量值通过公式计算反馈到水分设定环节。

所述的公式计算的方法为：

$M_{\mathrm{sp}}\%=\frac{(W_{\mathrm{water}}+W_{\mathrm{addwater}})}{W_{\mathrm{drywater}}+W_{\mathrm{water}}+W_{\mathrm{addwater}}}---\left(1\right)$

其中，M_sp％-目标水分值，

W_water-物料中原有的水分重量，

W_drywater-物料中的干基重量(不含水分的重量)，

W_addwater-要达到目标水分需加的水的重量，

对(1)式进行整理得到：

$W_{\mathrm{water}}=\frac{[M_{\mathrm{sp}}\%\×W_{\mathrm{drywater}}+(M_{\mathrm{sp}}\%-1)\×W_{\mathrm{water}}]}{1-M_{\mathrm{sp}}\%}---\left(2\right)$

式(2)得到了要达到目标水分需要加入的水的重量，可以方便得到应加水的流量。

所述的公式(2)中的W_water和W_drywater是根据每一种物料流量与含水量分别进行计算得到的，如：

W_water＝(中和料中的水分+燃料水分-生石灰消化所需的水分+灰浆中的水分)/(中和料总量+燃料总量+生石灰总量+灰浆总量)(3)

公式(3)给出了物料中水分计算的方法，对不同的配料配方可以遵照此思路计算，W_drywater的计算同理，

所述的每一种物料的瞬时计算值为按工艺流程分时累计的结果，而不是将某一时刻各种物料的瞬时流量简单相加，每种物料的水分来自于每种物料的水分化验值，这个值对于每一批物料，在没有下雨等其他因素的干扰下，一般可以认为是定值参与计算。

在二次混合，根据公式(2)和测量得到的物料水分以及物料流量值，在考虑到测量点到加水点的时间延迟后，对水分的测量值和计算值进行加权修正，这样得到的水分值相对来说更能反映混合料中实际的水分情况。根据前面描述的算法计算出二次混合要添加的水量，完成水分的自动控制。

如图1所示，一种用于所述的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法的装置，其特征在于由水分在线检测装置，与此水分在线检测装置相连接的模拟量输入模块，通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网与此模拟量输入模块相连接的计算机控制系统，通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网与此计算机控制系统相连接的模拟量输出模块，与此模拟量输出模块相连接的加水电动调节阀所组成，

所述的水分在线检测装置包括混合料水分测量仪、加水流量测量仪、每一种烧结料的瞬时流量测量仪、每一种烧结料的水分含量测量仪、混合料总量瞬时流量测量仪、系统各环节的延时测量仪。

所述的水分测量仪采用NDC公司的MM710红外水分仪，所述的计算机控制系统采用美国ROCKWELL公司LOGIX系列PLC。

本发明的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，水分的控制应基于烧结物料平衡的思想。可采取的控制方法是：水分的添加在一次混合和二次混合分别进行。根据物料中已有的水分，在对一次混合、二次混合要加入的水进行分配后，对一次混合的水分设定目标值，经过计算得到应加入的水量，采用PID调节控制加入的水量。在一次混合后的皮带上进行混合料水分和物料流量的测量，根据公式计算，得到二次混合应加的水量，通过串级PID调节，实现水分自动控制。在烧结机混合料水分检测上已经采用的方法有：电导法、快速失重法、中子法、红外线法等，但是真正能够满足水分自动控制的产品并不多。通过在现场对不同测试方法、不同的厂家的多次试验，最终选择NDC公司的MM710红外水分仪，解决了在线检测这一难题。

该水分仪解决了粉尘、水蒸气、物料温度、形状对水分检测的影响，达到了在烧结工艺环境下长期、稳定、在线运行的要求。在现场运行的测量精度为±0.3％。

根据实际使用情况，在物料的配比发生较大的改变时，主要是混合料的粒度组成方式变化时，测量结果会发生偏差，该偏差属于系统误差，可以通过改变目标水分设定值来进行修正，当然也可以对仪表的参数进行修正，不会影响十分自动控制的正常运行。

Claims (6)

1.一种基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，其特征在于包括下述步骤：

1)通过水分在线检测及PLC控制，在对混合料水分准确测量的基础上，实现混合料的水分自动控制，所述的水分在线检测包括混合料水分、加水流量、每一种烧结料的瞬时流量、每一种烧结料的水分含量、混合料总量瞬时流量、系统各环节的延时，将这些参数的测量值通过模拟量输入模块输入到计算机控制系统中，计算机控制系统分别对上述参数进行采集和控制，

2)计算机控制系统通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网，实现不同控制站和不同PLC主机之间的数据传输，

3)计算机控制系统采用ROCKWELL编程软件RSLogix5000，使用功能块FBD进行编程，实现水分的自动控制，

4)根据物料中已有的水分，在对一次混合、二次混合要加入的水进行分配后，对一次混合的水分设定目标值，经过计算得到应加入的水量，采用PID调节控制加入的水量，在一次混合后的皮带上进行混合料水分和物料流量的测量，根据公式计算，得到二次混合应加的水量，通过串级PID调节，实现水分自动控制。

2.根据权利要求1所述的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，其特征在于所述的一次混合、二次混合的水分自动控制流程为：

1)将水分设定值通过水分设定环节输入到主PI调节器，

2)此主PI调节器的输出通过流量设定环节输入到副PI调节器，副PI调节器的输出量输入到电动调节阀去调节水流量，对烧结混合料加水，

3)水流量测量值反馈到流量设定环节，

4)测量加水后烧结混合料的水分，水分测量值通过公式计算反馈到水分设定环节。

3.根据权利要求2所述的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，其特征在于所述的公式计算的方法为：

$M_{\mathrm{sp}}\%=\frac{(W_{\mathrm{water}}+W_{\mathrm{addwater}})}{W_{\mathrm{drywater}}+W_{\mathrm{water}}+W_{\mathrm{addwater}}}---\left(1\right)$

其中，M_sp％-目标水分值，

W_weter-物料中原有的水分重量，

W_drywater-物料中的干基重量(不含水分的重量)，

W_addwater-要达到目标水分需加的水的重量，

对(1)式进行整理得到：

$W_{\mathrm{water}}=\frac{[M_{\mathrm{sp}}\%\×W_{\mathrm{drywater}}+(M_{\mathrm{sp}}\%-1)\×W_{\mathrm{water}}]}{1-M_{\mathrm{sp}}\%}---\left(2\right)$

式(2)得到了要达到目标水分需要加入的水的重量，可以方便得到应加水的流量。

4.根据权利要求2所述的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法，其特征在于所述的公式(2)中的W_water和W_drywater是根据每一种物料流量与含水量分别进行计算得到的，如：

W_water＝(中和料中的水分+燃料水分-生石灰消化所需的水分+灰浆中的水分)/(中和料总量+燃料总量+生石灰总量+灰浆总量)(3)

公式(3)给出了物料中水分计算的方法，对不同的配料配方照此计算，W_drywater的计算同理，

所述的每一种物料的瞬时计算值为按工艺流程分时累计的结果，每种物料的水分来自于每种物料的水分化验值，这个值对于每一批物料是定值参与计算。

5.一种用于权利要求1所述的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制方法的装置，其特征在于由水分在线检测装置，与此水分在线检测装置相连接的模拟量输入模块，通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网与此模拟量输入模块相连接的计算机控制系统，通过工业以太网和ControlNet网组成两级控制网与此计算机控制系统相连接的模拟量输出模块，与此模拟量输出模块相连接的加水电动调节阀所组成，

所述的水分在线检测装置包括混合料水分测量仪、加水流量测量仪、每一种烧结料的瞬时流量测量仪、每一种烧结料的水分含量测量仪、混合料总量瞬时流量测量仪、系统各环节的延时测量仪。

6.根据权利要求5所述的基于RSLogix5000的烧结混合料水分PID控制装置，其特征在于所述的水分测量仪采用NDC公司的MM710红外水分仪，所述的计算机控制系统采用美国ROCKWELL公司LOGIX系列PLC。

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