利用编码器和PLC解决烧结机布料不均匀的问题
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摘要:烧结矿的产品质量和主管温度、粒度偏析和透气性等参数有密切的联系,其中温度可以通过温度传感器、PLC以及相应的输出设备对其进行闭环控制,容易达到工艺要求,粒度偏析和透气性除了与机械设备密切相关,还取决于布料的均匀程度。利用角度编码器、plc和变频器对布料皮带进行合理控制,可以解决烧结生产中布料不均匀的问题,使料层更加均匀、平整,从而提高烧结矿产品质量。
中图分类号:TP361文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)10-0018-02
一、酒钢3#烧结机布料现状
3#烧结机目前是通过一条摆动的布料皮带(也称摇头皮带)给烧结机布料,示意图如图1:
图 1
圆盘做圆周运动,其靠近边缘的连接轴带动连接杆转动,同时布料皮带随着圆盘的转动往复摆动,给烧结机的宽皮带布料,圆盘的转速决定布料皮带摆动的速度。
原始设计是PLC控制变频器,为了使布料皮带尽量匀速摆动,变频器在圆盘转动一周内输出不同的两种频率,每种频率输出两次,也就是分了四段,每段内变频器输出的速度恒定,最上端和最下端速度最大。布料皮带往复摆动的速度在数值上不连续,每段内圆盘转速恒定,相应的布料皮带的速度不是匀速,而是正弦曲线上的一段连续数值,在这种情况下布料不均匀。
(一)原理
当圆盘做匀速圆周运动时,圆盘边缘连接轴(A点)的线速度在纵向上的分量(V1)与边缘连接轴围绕圆盘圆心(O1)转过的角度(θ,设连接轴在最上端时θ为0)的关系如图2、图3所示。
设V为圆盘上连接轴(A点)的线速度,即圆盘转速,V1为连接轴的线速度在纵向上的分量,Q为减速机的减速比,R为连接点旋转的半径,n为电机实际的转速(单位是rpm),则:
V1 = V * sinθ (1)
因V =*Q*R (2)
故V1= *Q*R*sinθ (3)
连接杆和连接点(B点)在一段圆弧上运动,由于布料皮带转过的角度很小,故忽略B点在横向上的位移,所以布料皮带在纵向上的分速度近似为V1 。
要使布料均匀,则V1 在同一方向上为恒定值,由式(3)可知,控制n在θ角时的值就可以使V1恒定,故对n进行控制就可以控制布料皮带摆动的速度。
(二)编码器的选择
圆盘停止的位置有不确定性,下次开始运行时需要获得圆盘转过的位置,圆盘旋转一周又需重新计角度,而旋转单圈绝对型编码器,由机械位置决定的每个位置的唯一性,无须记忆,无须找参考点,而且不用一直计数,无须用限位找零点,在转动中,测量光码盘各道刻线,获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这正好符合控制的要求,所以选择旋转单圈绝对型编码器。
鉴于现场粉尘、温度、震动以及信号衰减等因素的影响,增加一套自整角机,将编码器安装在电气柜内,可以减小环境等因素造成的故障率。
(三)控制方案
安装好自整角机、角度编码器,在PLC框架中增加高速计数模块,角度编码器检测出的圆盘转过的角度,作为PLC的输入,编写相应的程序,PLC运行时,给变频器输出一个n所对应的值。
实际编程时,不需要计算n ,因为电机转速和频率成正比,=k,额定转速除以50Hz(本文中采用的变频器最大输出频率为50Hz)即k的值, V1= *Q*R sinθ,所以,f=,V1是所设定的恒定值,因此,PLC给变频器写入f所对应的数值就可以完成对电机转速的控制。
这里有两种特殊情况:
1.编程过程中,θ的值不取0、π和2π,以避免程序出错;
2.理论上,在θ无限接近0或π或2π时,n的值很大,远远超出了变频器的输出范围,这就产生了一个死区,在这个死区内无法调速。需要先计算出变频器输出最大值时对应的角度, 即arcsin() , 此时f取变频器最大输出频率。其中0~ arcsin() ,[π- arcsin()] ~ [π+ arcsin()],[2π- arcsin()]~2π(包括2π),这几个区域内无法调速,直接给定到fmax ,通过改变V1的大小,可以改变死区的范围。
三、结语
本文所述的布料皮带控制过程中,没有具体的过程变量可以直接参考,无法进行闭环控制,而是通过确定扰动量,对其进行前馈控制。其特点是把扰动量测量出来,直接引入调节装置,不像反馈那样一定要产生偏差后再来调节。
参考文献
[1]张三慧.大学物理学(第2版)[M].清华大学出版社,1999.
[2]阮毅,陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统(第4版)[M].机械工业出版社,2010.