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运用PLC计算不锈钢磁翻板液位计反馈的变量与设定值的偏差

发布时间:2021-01-23   点击次数:

摘要:针对炼钢二文喉口控制系统的改造及优化技术进行了论述。
河北钢铁集团中厚板炼钢转炉二文喉口的控制系统采用上位机画面操作,通过控制下位机 PLC,从而控制现场设备的模式,主要工作原理是利用上位机画面操作控制现场重陀的上升、下降来改变喉口开度,控制气流的速度,从而更有利于灰尘的沉降,发挥更好的净化效果,同时可以使煤气流稳定输出,防止爆炸性大气流。
1 二文喉口控制系统改造前的控
制过程和存在的问题
1.1 原系统控制过程
原控制系统所用的设备包括:西门子 400PLC、镭目控制驱动器、变频器、变频电机。控制原理是:西门子 400PLC 通过 Profbus-DP线与镭目控制驱动器连接,通过编程控制镭目控制驱动器,镭目驱动器控制变频器,从而控制电机来调节重陀的上升、下降。西门子 400PLC:运行速度高、内存与存储容量大、I/O 扩展功能强、有极强的通信能力,而且体积小、配置灵活。
镭目驱动器:为一高度集成化模块,功能强大、技术先进。变频器:型号为 ABB-ACS550 主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度,其具有性能稳定、组合功能丰富、低速高转矩输出、良好的动态特性及超强的过载能力。
变频电机:使用 YEJ100L-6,YEJ 系列制动电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型具有附加圆盘型直流制动器的三相异步电动机,它具有制动迅速、结构简单、可靠性高、通用性强等优点。适用于一切要求快速停止、准确定位、往复运转的各种机械。
1.2 控制系统存在的缺点
镭目控制驱动器在二文喉口控制系统使用中存在一定的缺点:由于二文喉口控制现场环境恶劣,夏天温度高、粉尘大,而驱动器属于高精密设备,对环境要求高,所以造成驱动器经常性故障,如重陀的实际位置与反馈位置误差很大、驱动器内部元器件的损坏、系统抗干扰能力弱等。镭目驱动器设备复杂且不易维护,程序控制繁琐,尤其是更换价格昂贵、维修周期长,对二文喉口控制及煤气回收影响大。
由此可见二文喉口原控制系统的镭目控制驱动器是造成故障频发、维修周期长、维修成本高的主要原因。
2 对二文喉口控制系统部分的改造
鉴于以上存在的问题,因镭目控制驱动器维修及更换价格高、维护周期长,为节约成本,缩短维护周期,对二文喉口控制系统采用其他方案进行控制。因为二文喉口控制系统是对重陀的上升、下降进行调节来控制二文喉口的开度,控制烟气流量、喉口压差,从而使除尘效果更为有效。可知二文喉口控制简单。现制定方案如下:将原系统的镭目控制驱动器部分去除,直接利用 PLC 控制变频器,其他控制系统不变,增加一套重陀位置检测反馈系统。通过从新编程控制变频电机调整二文喉口重陀位置。
重陀位置检测反馈系统:采用改装后的不锈钢磁翻板液位计。磁浮子液位计型号:9SHL-41500/SC,其原理是:当被测容器中的液位升降时,液位计本体管中的磁性浮子也随之升降,浮子内的永久磁铁通过磁耦合传递到磁翻柱指示器,驱动红、白翻柱翻转 180°,当液位上升时翻柱由白色转变为红色,当液位下降时翻柱由红色转变为白色,指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度,从而实现液位清晰的指示。
为满足对二文喉口系统控制要求,经过技术分析和深入研究,现将不锈钢磁翻板液位计的内部浮子舍弃,加装一外部永久磁铁,用外部永久磁铁代替浮子内的永久磁铁,外部永久磁铁固定在重陀尾端,并使外部永久磁铁紧靠不锈钢磁翻板液位计,当外部永久磁铁随着重陀上下变化时,在磁耦合的作用下磁性色块(磁翻板)随之翻转;并使磁性液位开关在对应液位点动作;同时液位传感器在外部磁铁的作用下,输出标准的变化电阻信号,再经过变送器把电阻信号转换成4~20mA 电流信号,输出到 400PLC,从而精准的控制重陀位置。

从图 1 中可以看到改造后的系统采用带负反馈的闭环控制原理,通过反馈系统使系统的精确度提高,响应时间缩短。当受控客体受干扰的影响,其实际状态与期望状态出现偏差时,控制主体将根据这种偏差发出新的指令,以纠正偏差,抵消干扰的作用。
3 二文喉口自动控制过程
在上位机画面基础下,添加集中、机旁控制,控制方式包括手动、自动。
3.1 手动控制:在上位机画面上点击上升或下降按钮控制重陀上升或下降,从而调节二文喉口的开度,为防止误操作损坏设备,在现场装备有上、下限位。
3.2 自动控制:画面选择自动控制时,自动控制系统采用 PI 调节,在画面上输入重陀预期位置后,重陀自动调节,首先 PLC 计算通过不锈钢磁翻板液位计反馈的变量与设定值的偏差,进而发出相应指令,当偏差大于二文喉口系统的允许误差时,PLC 发出指令给变频器,变频器控制变频电机向设定值方向调整重陀位置;当重陀实际位置与设定位置的偏差小于允许的误差时,PLC 发出停止指令给变频器,重陀调节自动停止。在二文喉口闭环控制系统里,即使有外界的干扰,也能通过闭环控制的调节保持原来的状态。实施闭环控制的抗干扰能力来自于负反馈作用。因为在组织形式上增设了一个反馈机构,能把造成偏离目标的原因以及一贯干扰的因素及时地反馈给控制器,随时修正目标。
在闭环负反馈控制中,由于控制主体能根据反馈信息发现和纠正受控客体运行的偏差,所以有较强的抗干扰能力,能进行有效的控制,从而保证预定目标的实现。
结束语
二文喉口系统改造后,运行稳定可靠、控制精度高、抗干扰能力强、响应时间快,故障率大大的降低,维护简单方便。利用简单设备代替高集中、高智能、高价格设备控制现场设备,在控制可靠稳定的同时,大大节约的维护时间和价格成本。

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