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係統。機旁，主控製室，配電室各設1台可編程序控製器，連成DH485網控製變頻器的運轉，簡化了異地操作。在渣漿流量調節中應用了先進的2自由度PID控製算法。新係統投入運行後，性能優越、節能效果明顯。
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台，1台工作1台備用。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，該係統明顯存在如下問題：
（1）電動機容量比渣漿泵額定出力大，多餘容量不能利用，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）靠環水閥門的開大、關小調節渣漿流量，但因此造成壓流損失，而且調節困難。
在2002niandedaxiuzhong，duizhajiangbengdianjikongzhixitongjinxinglegaizao。gaizaohoudexitongcaiyongbianpinqiqudongdianji，yongkebianchengxukongzhiqikongzhibianpinqideyunzhuan，zaizhajiangliuliangtiaojiezhongyingyonglexianjinde2自由度PID控製算法。新係統投入運行後，性能優越、節能效果明顯。
二、係統組成
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製變頻器，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，主控製室設操作台，而變頻器安裝在配電室裏的變頻櫃中。主要操作有啟動、停止、複位、工頻/變頻轉換並有信號燈顯示工作狀態。在操作台、操作箱、變頻器櫃各設1台MicroLogix 1200係列的1762-L24BWA可編程序控製器，3台控製器通過高級接口轉換器AIC+用雙絞線連接組成DH485網絡實現異地操作。從而簡化了配線，提高了係統的可靠性。
渣漿流量由流量傳感器檢測，轉換成4～20mA信(xin)號(hao)送(song)至(zhi)可(ke)編(bian)程(cheng)數(shu)字(zi)調(tiao)節(jie)儀(yi)輸(shu)入(ru)，流(liu)量(liang)設(she)定(ding)由(you)上(shang)位(wei)機(ji)給(gei)出(chu)送(song)調(tiao)節(jie)儀(yi)外(wai)給(gei)定(ding)，控(kong)製(zhi)運(yun)算(suan)利(li)用(yong)調(tiao)節(jie)儀(yi)提(ti)供(gong)的(de)功(gong)能(neng)塊(kuai)組(zu)態(tai)實(shi)現(xian)。調(tiao)節(jie)儀(yi)麵(mian)板(ban)上(shang)可(ke)實(shi)現(xian)手(shou)動(dong)調(tiao)節(jie)流(liu)量(liang)及(ji)手(shou)動(dong)/自動轉換操作。係統組成如圖1所示。
三、流量2自由度PID調節係統
係統改造前靠環水閥門的開大、關(guan)小(xiao)調(tiao)節(jie)渣(zha)漿(jiang)流(liu)量(liang)，以(yi)適(shi)應(ying)負(fu)荷(he)的(de)變(bian)化(hua)，不(bu)僅(jin)調(tiao)節(jie)困(kun)難(nan)，而(er)且(qie)會(hui)造(zao)成(cheng)壓(ya)流(liu)損(sun)失(shi)，浪(lang)費(fei)電(dian)能(neng)。改(gai)造(zao)後(hou)係(xi)統(tong)通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)電(dian)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)來(lai)調(tiao)節(jie)渣(zha)漿(jiang)流(liu)量(liang)，擴(kuo)大(da)了(le)係(xi)統(tong)的(de)調(tiao)節(jie)範(fan)圍(wei)，提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)線(xian)性(xing)度(du)，改(gai)善(shan)了(le)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)，而(er)且(qie)節(jie)能(neng)的(de)效(xiao)果(guo)十(shi)分(fen)明(ming)顯(xian)。流(liu)量(liang)閉(bi)環(huan)調(tiao)節(jie)方(fang)框(kuang)圖(tu)如(ru)圖(tu)2所示。
流liu量liang設she定ding要yao適shi應ying負fu荷he變bian化hua，由you上shang位wei機ji給gei定ding，變bian化hua比bi較jiao頻pin繁fan，要yao求qiu流liu量liang能neng快kuai速su跟gen蹤zong設she定ding。係xi統tong對dui設she定ding值zhi跟gen蹤zong特te性xing及ji擾rao動dong抑yi製zhi特te性xing均jun有you較jiao高gao要yao求qiu。因yin此ci，調tiao節jie器qi采cai用yong參can考kao文wen獻xian4 給出的2自由度實用型PID控製器，結構如圖3所示。PID控製器的傳遞函數為：
式中：
圖3 流量2自由度PID控製器
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
四、通信網絡及係統組態
4.1 DH485網絡簡介
DH485協議定義了共享一對線路的多個設備間的通信。DH485協議使用了RS-485半雙工接口作為它的物理接口。RS-485使用能夠在公用數據電路上共存的設備，因此設備間的數據共享簡單易行。DH485網絡提供：
32個設備間的互聯
不中斷網絡的情況下，可以增加或刪除節點
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協議支持2類設備：發送設備和響應設備。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送設備有權進行傳送。
持有令牌的節點可以向網絡傳送一個信息。每個接收到令牌的節點允許一定數量（由令牌持有因子決定）的傳輸。節點傳送信息完畢後，它將把令牌傳向下一個設備。
允許使用的節點地址為0至31。網絡中至少有一個發送設備（例如MicroLogix 1200或者是SLC5/02或更高級的處理器）。
MicroLogix 1200可編程序控製器支持DH485網絡。
4.2 DH485網絡的組態
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，按給出的組態項目，如選擇通訊接口，選擇網絡類型等進行設置。再設定3台AIC+的地址，其中變頻櫃中的AIC+的地址為1、操作台為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。控製器可自動連網。
4.3係統組態與編程
變頻器的硬件組態及軟件組態，參考文獻3已有詳細介紹。MicroLogix 1200可編程序控製器的用戶程序是用梯形圖表示的。其關鍵是編製3台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(zhi)令(ling)是(shi)一(yi)條(tiao)輸(shu)出(chu)指(zhi)令(ling)，可(ke)以(yi)使(shi)控(kong)製(zhi)器(qi)與(yu)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)通(tong)訊(xun)。與(yu)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)的(de)關(guan)係(xi)可(ke)以(yi)是(shi)對(dui)等(deng)通(tong)訊(xun)或(huo)主(zhu)從(cong)通(tong)訊(xun)。每(mei)個(ge)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)的(de)通(tong)訊(xun)類(lei)型(xing)決(jue)定(ding)程(cheng)序(xu)組(zu)態(tai)的(de)要(yao)求(qiu)。當(dang)把(ba)MSG指令放入梯形圖後，確定是信息讀還是寫。然後指定目標設備和MSG指令的控製塊。
3台Micrologixl200控製器之間的信號傳遞，靠反複調用MSG控製塊實現。
五、運行效果
改造後的渣漿泵流量控製係統於2002年10月投入運行，由於采用了調節渣漿泵轉速來控製流量及引入了先進的二自由度PID控製策略，係統的控製範圍得到擴大，控製精度得到提高。現將改造前後渣漿泵電動機的運行參數列表如下：
表1. 改造前後渣漿泵電動機的運行參數
從表1可以算出，改造後渣漿泵電動機消耗的功率是改造前的30%，采用變頻調速節能的效果十分明顯。
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年畢業於東北大學冶金熱能專業，1982年畢業於東北大學工業自動化專業獲碩士學位。現任鞍鋼集團自動化公司總工程師，教授。長期從事工業自動化控製係統的設計、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。已在國內外發表學術論文20餘篇。
為操作量， 
為偏差， 
分別為比例係數、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字調節器提供的功能塊組態實現。其中2自由度化係數α，β，γ分別取為α=0.4，β=1.25，γ=0.5。PID參數 
按常規1自由度PID參數整定法整定。
