李甲申、李鋼(鞍鋼集團自動化公司，114001
摘要: 本文給出一種采用A-B變頻器驅動的渣漿泵調速系統(tǒng)。機旁，主控制室，配電室各設1臺可編程序控制器，連成DH485網控制變頻器的運轉，簡化了異地操作。在渣漿流量調節(jié)中應用了先進的2自由度PID控制算法。新系統(tǒng)投入運行后，性能優(yōu)越、節(jié)能效果明顯。
關鍵詞: DH485網絡 變頻調速 渣漿泵
一、引言
鞍鋼東鞍山選礦廠篩選車間有渣漿泵2臺，1臺工作1臺備用。原來由75KW交流感應電動機恒速驅動，渣漿泵常在額定功率的50%-70%之間運行，該系統(tǒng)明顯存在如下問題：
（1）電動機容量比渣漿泵額定出力大，多余容量不能利用，白白浪費。
（2）渣漿泵起動電流一般為額定電流的6-8倍，因此，起動轉矩嚴重降低電動機壽命。
（3）靠環(huán)水閥門的開大、關小調節(jié)渣漿流量，但因此造成壓流損失，而且調節(jié)困難。
在2002年的大修中，對渣漿泵電機控制系統(tǒng)進行了改造。改造后的系統(tǒng)采用變頻器驅動電機，用可編程序控制器控制變頻器的運轉，在渣漿流量調節(jié)中應用了先進的2自由度PID控制算法。新系統(tǒng)投入運行后，性能優(yōu)越、節(jié)能效果明顯。
二、系統(tǒng)組成
變頻器采用羅克韋爾自動化公司的A-B 1336 PLUSⅡ無速度傳感器矢量控制變頻器，額定功率為125KW，型號為1336F-B2125-AA-EN-L5-HAS2。
工藝要求在渣漿泵機旁設操作箱，主控制室設操作臺，而變頻器安裝在配電室里的變頻柜中。主要操作有啟動、停止、復位、工頻/變頻轉換并有信號燈顯示工作狀態(tài)。在操作臺、操作箱、變頻器柜各設1臺MicroLogix 1200系列的1762-L24BWA可編程序控制器，3臺控制器通過高級接口轉換器AIC+用雙絞線連接組成DH485網絡實現(xiàn)異地操作。從而簡化了配線，提高了系統(tǒng)的可靠性。
渣漿流量由流量傳感器檢測，轉換成4～20mA信號送至可編程數(shù)字調節(jié)儀輸入，流量設定由上位機給出送調節(jié)儀外給定，控制運算利用調節(jié)儀提供的功能塊組態(tài)實現(xiàn)。調節(jié)儀面板上可實現(xiàn)手動調節(jié)流量及手動/自動轉換操作。系統(tǒng)組成如圖1所示。
三、流量2自由度PID調節(jié)系統(tǒng)
系統(tǒng)改造前靠環(huán)水閥門的開大、關小調節(jié)渣漿流量，以適應負荷的變化，不僅調節(jié)困難，而且會造成壓流損失，浪費電能。改造后系統(tǒng)通過改變電動機轉速來調節(jié)渣漿流量，擴大了系統(tǒng)的調節(jié)范圍，提高了系統(tǒng)的線性度，改善了系統(tǒng)的控制性能，而且節(jié)能的效果十分明顯。流量閉環(huán)調節(jié)方框圖如圖2所示。
流量設定要適應負荷變化，由上位機給定，變化比較頻繁，要求流量能快速跟蹤設定。系統(tǒng)對設定值跟蹤特性及擾動抑制特性均有較高要求。因此，調節(jié)器采用參考文獻4 給出的2自由度實用型PID控制器，結構如圖3所示。PID控制器的傳遞函數(shù)為：
式中：
圖3 流量2自由度PID控制器
G（s）：包含變頻器、電機、渣漿泵、流量變送器在內的廣義傳遞函數(shù)
四、通信網絡及系統(tǒng)組態(tài)
4.1 DH485網絡簡介
DH485協(xié)議定義了共享一對線路的多個設備間的通信。DH485協(xié)議使用了RS-485半雙工接口作為它的物理接口。RS-485使用能夠在公用數(shù)據(jù)電路上共存的設備，因此設備間的數(shù)據(jù)共享簡單易行。DH485網絡提供：
32個設備間的互聯(lián)
不中斷網絡的情況下，可以增加或刪除節(jié)點
最大網絡長度為1219m，借助2個高級接口轉換器AIC+，可擴展到2438m。
DH485協(xié)議支持2類設備：發(fā)送設備和響應設備。網上的所有設備均有機會激活信息傳送。使用令牌算法決定哪個發(fā)送設備有權進行傳送。
持有令牌的節(jié)點可以向網絡傳送一個信息。每個接收到令牌的節(jié)點允許一定數(shù)量（由令牌持有因子決定）的傳輸。節(jié)點傳送信息完畢后，它將把令牌傳向下一個設備。
允許使用的節(jié)點地址為0至31。網絡中至少有一個發(fā)送設備（例如MicroLogix 1200或者是SLC5/02或更高級的處理器）。
MicroLogix 1200可編程序控制器支持DH485網絡。
4.2 DH485網絡的組態(tài)
羅克韋爾自動化公司提供了專門的網絡連接軟件Rslinx。先將軟件裝入PC機，打開軟件，按給出的組態(tài)項目，如選擇通訊接口，選擇網絡類型等進行設置。再設定3臺AIC+的地址，其中變頻柜中的AIC+的地址為1、操作臺為2、操作箱為3，啟動communication命令，以PC機為工作站的DH485網絡即可連通。網絡一旦建立，PC機可以撤消。控制器可自動連網。
4.3系統(tǒng)組態(tài)與編程
變頻器的硬件組態(tài)及軟件組態(tài)，參考文獻3已有詳細介紹。MicroLogix 1200可編程序控制器的用戶程序是用梯形圖表示的。其關鍵是編制3臺PLC之間的信息交換程序。因此要充分理解羅克韋爾自動化公司提供的通訊指令MEG的含義及用法。MEG指令是一條輸出指令，可以使控制器與其他設備通訊。與其他設備的關系可以是對等通訊或主從通訊。每個應用程序的通訊類型決定程序組態(tài)的要求。當把MSG指令放入梯形圖后，確定是信息讀還是寫。然后指定目標設備和MSG指令的控制塊。
3臺Micrologixl200控制器之間的信號傳遞，靠反復調用MSG控制塊實現(xiàn)。
五、運行效果
改造后的渣漿泵流量控制系統(tǒng)于2002年10月投入運行，由于采用了調節(jié)渣漿泵轉速來控制流量及引入了先進的二自由度PID控制策略，系統(tǒng)的控制范圍得到擴大，控制精度得到提高。現(xiàn)將改造前后渣漿泵電動機的運行參數(shù)列表如下：
表1. 改造前后渣漿泵電動機的運行參數(shù)
從表1可以算出，改造后渣漿泵電動機消耗的功率是改造前的30%，采用變頻調速節(jié)能的效果十分明顯。
參考文獻：
[1] Rockwell Automation. 1336 PLUS Ⅱ Adjustable Frequency AC Drive With Sensorless Vector User Manual,January,2001
作者簡介:
李甲申，1944年生。1966年畢業(yè)于東北大學冶金熱能專業(yè)，1982年畢業(yè)于東北大學工業(yè)自動化專業(yè)獲碩士學位。現(xiàn)任鞍鋼集團自動化公司總工程師，教授。長期從事工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的設計、研究工作。享受國務院特殊津貼的專家、遼寧省科技進步二等獎第一完成人。已在國內外發(fā)表學術論文20余篇。
為操作量， 
為偏差， 
分別為比例系數(shù)、積分時間、微分時間； 
為微分增益，一般取
。設定值濾波器用可編程數(shù)字調節(jié)器提供的功能塊組態(tài)實現(xiàn)。其中2自由度化系數(shù)α，β，γ分別取為α=0.4，β=1.25，γ=0.5。PID參數(shù) 
按常規(guī)1自由度PID參數(shù)整定法整定。
