基于PLC的磨机给矿量智能控制系统

基于PLC的磨机给矿量智能控制系统 摘要： 主要介绍在选矿厂中，由于矿石本身性质的波动和一些外在因素，给矿量难以达到均衡，致使球磨机的性能不能得到充分利用，这不仅浪费能源，而且对磨矿机本身使用寿命也带来很大的影响，因此需要设计一套功能完善，运行稳定可靠的磨机给矿量智能控制系统，满足现在工业生产的需要。 关键词： 智能控制；球磨机给矿量；模糊控制规则；数学模型 中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：16717597（2011）01 1 概述 本文主要介绍，在某选矿厂中，由于矿石本身性质的波动和一些外在因素，给矿量难以达到均衡，致使球磨机的性能不能得到充分利用，这不仅浪费了能源，而且对磨矿机本身使用寿命也带来了很大的影响，因此需要设计一套功能完善，运行稳定可靠的磨机给矿量智能控制系统，此项目根据模糊控制规则，利用西门子S7-300模板和STEP7编程软件及利用WINCC控制画面实现了给矿量的模糊智能控制，从而达到了长期高效工作，为企业高产量打下了基础。 2 系统基本结构简介 根据系统性能要求，选用DELL主机作为上位机操作站。PLC采用SIEMENS的S7-300系列模块。上位机与PLC之间通过交换机用双绞丝进行连接，CPU与远程站之间采用DP线进行连接。上位机主要完成系统设备的操作、给矿量参数的设定及给矿量及重要参数的监控。由CPU315-2DP，数字量输入输出模块，模拟量输入输出模块及ET200M共同组成了此系统基本的硬件组态，主要完成对系统中各种信号的采集、参数的设定及设备的控制。 3 球磨机给矿量智能控制的实现 给矿量的多少直接影响着尾矿浓度、溢流浓度及设备的状态。其时间滞后较大，过程干扰因素多，难以建立精确的数学模型，因此采用功能强大的控制方式来实现给矿量给定控制，反映球磨机状况的参数有很多，主要包括磨机电流和旋流器返砂量。因为球磨机的电流状态直接反映了设备当前的动作情况，而旋流器的返砂量的多少也反映了球磨机的工作性能，因此我们可利用这两个点实现对球磨机的智能控制，因其难以建立精确的数学模型，我们选用模糊控制思想来实现。 3.1 磨机给矿量模糊控制策略的确定 1）第一种方案是根据模糊控制原理结合PID控制方式进行控制，系统主要通过1个模糊控制器和1个PID控制器进行控制。其中一个模糊控制器根据2个变量设定给矿量，然后再通过PID控制器调节给料机电机的变频器，控制给料机电机的转速，达到精确给矿的目的。 一般说来，模糊控制器有3个主要的功能模块，如图1所示： 模糊化。模糊化是将模糊控制器输入量的确定值转换为相应模糊语言变量值的过程，模糊语言变量值均由对应的隶属度来定义。 模糊推理。模糊推理包括3个组成部分：大前提、小前提和结论。大前提是多个多维模糊条件语句，构成规则库；小前提是1个模糊判断句，称为事实。以已知的规则库和输入变量为依据，基于模糊变换推出新的模糊命题作为结论的过程叫做模糊推理。 清晰化。清晰化是将模糊推理后得到的模糊集转换为用作控制的数字值的过程。 2）第二种方案采用模糊控制思想，结合人工经验，利用PLC编程来实现，即： 首先将结合人工经验，将磨机电流信号分成几段，然后赋予不同的给矿系数，然后设定上上限和下下限。 其次，在上述基础上，采集球磨机的实时电流的变化来调整给矿量的设定。为了电流信号的精确，我们从程序中每1秒采集一次数据，每120秒1组，然后取平均值存入变量组，这样每隔两分钟便能求得电流的变化量。然后将每两分钟的平均值与理想情况下的电流进行比较，计算电流变化率，最后根据由电流变化和电流变化率所决定的控制规则来改变给矿量的给定值。 3）对以上两种策略进行比较。原系统采用S7-300系列模板，如果采用策略一运算速度限，所以综合考虑实际情况后，决定采用策略二来完成对磨机给矿量的控制。 3.2 给矿量设定值算法实现 根据现场的实际经验，球磨机运行过程中，当矿石填充率低时，磨机电流信号大，相应的功率小，磨矿效率低；随着填充率增大，电流信号逐渐减弱，同时功率消耗上升，磨矿效率提高；达到一定充填率时，磨机电流继续减弱，但功率开始下降，磨矿效率也随之降低。通过现场试验，将对应于磨机“空腹”“胀肚”情况的磨机电流分别调整为20mA和4mA。在实际应用中，把磨机电流的上限、上上限分别定为16mA与18mA，把磨机电流的下限、下下限分别定为10mA与6mA。依据此规则，可以把磨机电流的上限到上上限之间和下限到下下限之间都分为8段，每段对应不同的给矿系数，根据多年的实际经验可给出表1。 在此基础上，操作人员根据多年的工作经验，总结出以下参数： 4 应用效果 将本系统应用到实际中，当给矿量设定值变化时，给矿量很快就可以达到设定值，而且基本上没有超调量，极少出现振荡现象，控制取得了很好的效果，通过比较优化前后铁精份的产量如图2所示： 5 结语 基于S7-300，采用设定值模糊控制思想结合人工经验的控制策略，设定磨机给矿量和实时给矿系数，此系统运行稳定，可靠，提高了日产量、质量，实现了预期目标，在实际生产中取得了良好的磨机给矿量控制效果，提高了日产量、质量，赢得了可观的经济效益，为智能控制算法在工业过程控制中的应用提供了一种新思路。 参考文献： 1廉小亲，模糊控制技术M.北京：中国电力出版社，2003. 2