浅谈矿渣立磨成品输送系统控制的优化.pdf

2024年第2 期No.222024中图分类号：TQ172.687文献标志码：B文章编号：10 0 8-0 47 3(2 0 2 4)0 2-0 0 5 4-0 4DO1编码：10.16 0 0 8/ki.1008-0473.2024.02.012新世纪水泥导报CementGuideforNewEpoch经验之谈浅谈矿渣立磨成品输送系统控制的优化迟源（合肥中亚建材装备有限责任公司，安徽合肥2 3 0 0 5 1）摘要针对中大型矿渣立磨系统成品库库底下料不稳而造成的下游输送系统故障率增加、连续运行率降低的问题，提供PID控制方案以及相关参数。通过选择合适的下料口开度、设定合适的PID控制相关参数，可以达到稳定系统运行的目的。关键词矿粉成品库多点下料PID调节0引言在微粉生产线上，矿粉输送、存储及散装系统作为整条矿渣粉磨系统的末尾子项，一般由输送设备、存储设备、下料设备组成，用于成品的存储及陆运输送。然而，在成品库库底下料不稳的情况下，下游的成品输送系统故障率高，连续运行率低，必然影响生产线的运营效益。料流不稳是起因，需要选择合适的解决方案，从根本上解决问题。本文结合某矿渣立磨成品输送系统的实践，对采用PID算法优化控制料流实现问题解决的方案进行总结分析。1基本情况及存在的问题某矿渣微粉生产厂自有水运码头，其存储及散装系统不仅有库侧散装装车系统，还有库底发运装船系统，既可以陆运装车，又可以水运装船。另外作为平底库，每个成品库库底设置了5 个下料口，通过短斜槽将成品汇集到总斜槽入料口，再由总斜槽将成品输送到人缓冲仓的提升机（以下简称“成品提升机”），通过缓冲仓再继续向下游输送。该存储及散装系统构成如图1、图2 所示。图1存储及散装系统工艺流程图在该存储及散装系统投运初期，成品提升机运行电流（以下简称“运行电流”）突然增大，机尾料位报警，同时伴随着机尾以及检修节壳体冒灰（见图3 所示）。如果放任此工况长期运行，会造成提升机驱动电机及料斗寿命缩短，同时造成用户在线环保监测数据超标，需要找出问题所在，并解决提升机运行电流不稳，防止壳体冒灰。2原因分析54经观察发现，在库底下料时，因对称放料有助于防止成品库偏载，所以下料方式为：单库的5#下料口（以下简称“主下料口”）、1#下料口、3#下料口同时开放下料或主下料口、2#下料口、4#下料口同时开放下料，开度均调整为8 0%左右，如图4所示。经分析，主要原因在于成品矿粉在库内存放时间过长，流动性变差，同时因上述库底卸料方2024年第2 期No.22024式导致卸料不稳定，尤其在库内拱料塌料时，致斜槽来料量突然增加，气压风量同时增大，所以成品提升机机尾出现正压和积料并伴随运行电流突然增三24590迟源：浅谈矿渣立磨成品输送系统控制的优化1#库经验之谈大，料位计报警，壳体溢料。提升机运行电流曲线如图5 所示。从图5 可以看出，运行电流波动幅度大而频14591景53.5001.200t0.00百200图2 库底下料设备剖面图图3 提升机机壳溢料现场101#下料口1#下料口日3.500口4#下料口2#下料口工5#下料口口3#下料口厂图4库底下料口布置图繁，并且在高点持续时间较长。电流在高点时，因超出提升机负载能力，造成提升机坑内会出现扬尘和粉料堆积，影响现场环境（见图3 所示）。因市场及销售情况，库内存料时间无法控制，但是可以通过减少下料口开度来抑制塌料对于斜槽料流的影响。首先，减小每个下料口的开度，同时由原来的三点下料改成五点同时下料，相对于前述下料方式，虽然单口开度减小，但是下料口数量增加，所以总下料开度不变，即下料速度不变，同时更好地避免了成品库的偏载问题。虽然塌料对主料流的影响减小，但影响依然存在，既要保证成品提升机的输送量，又要不超电流，固定每个阀门的开度是不可能达到效果的，简而言之，下料时，要使成品提升机的电流稳定在8 0%左右，下料口的开度就要随下料量变化而变化。3解决方案的提出及分析通过上述分析，要求下料量增大时下料口开度减小，下料量减小时，下料口开度增大，以保证3.500口4#下料口5#下料口口口3#下料口口2#下料口口10:52:00选方案。在工业应用中PID及其衍生算法是应用最广泛的算法之一，是当之无愧的万能算法，定速巡航、无人机悬停、水位恒定等都会用到PID算法。PID算法通过误差信号控制被控量，而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。针对该项目的下料系统，PID算法通过控制料流的稳定来达到稳定提升机运行的效果。运行电流的稳定是料流稳定的表现。该项目的控制系统为西门子S7-1500系列可编程序控制器，软件采用TIAPortal作为软件平台。本方案用软件中提供的一款名为PID_CompactV2的功能块作为控制器，用以电动执行器为驱动系统的可调节开度的库底流量控制阀作为执行机构，用提升机驱动电机一次回路上的霍尔电流互感器作为测量单元，如图6 所示。关于PID_CompactV2，西门子在SIMATICS7-1200,S7-1500PID控制功能手册中有详细介5510:53:0斜槽的料流稳定。PID控制算法成为解决问题的首10:54:00105:00图5 提升机运行电流曲线图10:56:0010-57:0010-56:0080:59:0011:00:0011:01:002024年第2 期No.22024绍，这里不再赘述，PID_CompactV2用比例增益Kp、积分作用时间Tr，微分作用时间T,作为调节比提升机电流设定值新世纪水泥导报CementGuideforNewEpoch例、积分、微分作用的主要参数，而积分作用时间T设置的越大，积分作用越弱，设置的越小，积CPU-1511扰动电流差控制器PID_CompactV2经验之谈420mA信号执行机构：库底流量控制阀物理过程：斜槽料流通路至提升机实际值提升机电流反馈值（4 2 0 mA信号）分作用越强，但是当T被设置为0 时，反而禁用积分作用。另外，PID_CompactV2额外提供了预调节和精确调节两种模式，用以帮用户在调节系统过程中获得最佳的PID参数。4调试过程提升机电机为5 5 kW，额定电流约为95 A，空载电流约为3 0 A，首先确定提升机达到满载状态，库底阀门的总开度经测试，当下料稳定时，库底5个下料阀开度均达到5 0%左右时，即库底下料口总开度达到2.5（满开度为5），提升机基本达到满载状态。现在将主下料口设为开度可调，其余4个下料口作为辅助下料口，开度均设定为2 5%，即辅助下料口总开度为1，同时，为避免库底下料阀在运行过程中产生开过转矩或关过转矩故障，将主下10080测量单元：霍尔电流互感器图6 PID控制流程图料口最小开度设置为10%，最大开度设置为90%，通过调节主下料口开度，使库底下料口总开度在1.11.9之间运行，可实现运行电流的可控范围在6 080A左右。图7 为1 4#下料口设置开度为2 5%，人工调节主下料口开度的运行电流曲线，可见曲线并不平稳，即使操作员反应及时，发现电流异常，第一时间操作阀门，也会使运行电流有较大幅度的波动。现在加人PID调节，先预设提升机运行电流值为6 5 A，设定比例增益为10，禁止积分作用和微分作用，主下料口开度调至10%。PID控制介人，阀门开度在10%90%之间产生强烈震荡，逐渐减小比例增益，最终确定比例增益为2.2，如图8 所示。图8 中，黑色直线为提升机的电流设定值（以10:10:00图7 人工调节时提升机运行电流曲线图下简称设定值），蓝色曲线为主下料口的开度曲线，可见通过自动调节阀门开度，提升机电流曲线相对平稳，尽管如此，却没有与设定值重合，存在-8 A左右的静态误差，库底下料速度略低，影响输送效率，现加人积分作用 并将积分作用从大到小作了对比，发现积分作用时间设置太小，下料阀开度震荡，运行电流不稳定，经过试错，最终将积分作用时间设定为5 s，如图9所示。积分作用时间为5 s时，虽然初期有超调，但是超调量不大，在可接受范围之内，尽管下料阀动作幅度较大，可是下料阀动作的频率要低于积分作用时间较长的参数组成。微分作用在PID控制系统中，根据过程值的变5610:11:0010:12:0010:13:0010:14:0010:15:0010:16:0010:17:0010:18:0010:19:15:42:00图8 PID调节下提升机电流曲线及下料阀开度曲线图化率而改变输出值的大小，起到阻尼作用。在本系统中，塌料是突然发生的，即扰动是突然大幅度增加，即使不发生塌料，电流也是在上下小幅度波动，变化率非常快，此时如果再引入微分作用，会使下料阀开度反复震荡，反而影响系统的稳定性。事实证明的确如此，故本系统仅采用PI调节。在运行过程中，虽然运行电流整体平稳，但是主下料口的开度依然有高频率小范围的波动，表现为曲线毛刺较多，不够平滑，为避免阀门频繁动作，本系统对运行电流不作苛刻要求，只需运行电流在设定值上下5 A左右浮动即可，为此增加死区设置，即只要过程值与设定值的差值的绝15:43:0015:44:0015:45:0015:46:0015:47:0015:48:0015:49:0015:50:0015:51:002024年第2 期No.22024对值小于死区设置值（该项目的死区设置值为5A），就将过程值锁定为设定值。反之，释放过程值。曲线如图10 所示。迟源：浅谈矿渣立磨成品输送系统控制的优化经验之谈从图10 可以看出，虽然电流曲线并没有与设定曲线完全吻合，但是在可接受的范围之内，而开度曲线却相对平滑许多。这样可以大大延长电动执TO20:01:00图9 积分作用时间5 s时提升机电流曲线及下料阀开度曲线图行器和阀门的使用寿命。5结束语该项目实施PID算法优化控制料流方案后，系统通过不断调整下料阀开度而在总料量上实现了始终保持下料速度不变的目的。在该项目中，因为从下料的变化量到成品提升机的人料口，有一段空气输送斜槽的空间距离，所以从实际扰动发生到反馈到电流上有几秒的滞后时间，也就是说，从塌料发生到减小阀门开度有几秒钟的滞后时间，这样无法避免尖峰电流的出现，但是，不会让尖峰电流长时间持续。而且在系统运行过程中，即使开度最大的20:02:0020:03:0020:04:020:05:0020:06:0020:07:0020:08:0020:09:000:00主下料口也基本都在5 0%左右开度运行，突然塌料也不会引起过高的尖峰电流，另外，在运行过程中，下料阀门要不断地动作以维持运行电流在设定电流附近上下波动。所以电动执行器会持续发热，严重时可能导致损坏，但相对于对成品提升机遭受冲击所带来的额外成本，更换下料阀的成本相对较低。参考文献1白志刚.自动调节系统解析与PID整定M.北京：化学工业出报社,2 0 12.14:51:00图10 死区设置值为5 A时提升机电流曲线及下料阀开度曲线图（收稿日期：2 0 2 2-12-2 0）14:52:0014:53:0014:54:0014:55:0014:56:001457:0014:58:0014:59:0015:0公益广告节约资源，人人有责！新世纪水泥导报杂志社57