引言

輥壓機采用的是高壓料層粉碎原理使物料得以粉碎，能夠有效提高粉磨效率，降低水泥粉磨電耗，輥壓機工況的好壞直接影響著磨機產(chǎn)能和電耗的高低。目前輥壓機的調(diào)節(jié)方法都是人工通過調(diào)整輥壓機的進(jìn)料裝置開度和研磨壓力，來穩(wěn)定輥壓機的做功電流，不同的操作人員操作水平的差異和調(diào)節(jié)頻率的不同，導(dǎo)致產(chǎn)品的產(chǎn)出率相差較大。文獻(xiàn)研究了先進(jìn)過程控制在輥壓機水泥粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)控制中的優(yōu)勢，以及將來需要解決的問題。本文利用優(yōu)化系統(tǒng)采用模糊PID+死區(qū)補償器的控制策略，旨在解決輥壓機料流閥自動控制非線性問題，可快速的適應(yīng)新工況變化，提高輥壓機運行穩(wěn)定性。

一、輥壓機料流閥控制策略

針對輥壓機電流系統(tǒng)慣性較大的特點，手動控制電流波動大，不利于輥壓機穩(wěn)定運行，影響預(yù)粉磨的產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計了一種具有克服異常擾動的閉環(huán)式料流閥控制策略，保證輥壓機穩(wěn)定運行。

1.1 數(shù)據(jù)處理

輥壓機生產(chǎn)運行過程中受物料特性的變化影響，輥壓機電流波動大，在實際的控制中對運行數(shù)據(jù)采用滑動平均值濾波，同時采用單位時間窗口判斷數(shù)據(jù)波動情況。

Amp=W₁X₁+W₂X₂+W₃X₃+…+WnXn

其中，Amp-輥壓機電流；W₁-第t-1時刻的電流權(quán)重；W₂-第t-2時刻的電流權(quán)重；Wn-第t-n時刻的電流權(quán)重；n-周期數(shù)；W₁+W₂+…+Wn=1

1.2 跨越閥門死區(qū)設(shè)計

輥壓機料流閥的實際控制由于設(shè)備的特性，閥門存在2％的控制死區(qū)，控制器需要對閥門的動作死區(qū)進(jìn)行計算，用于克服閥門動作不及時的問題。

閥門死區(qū)解析如下：

當(dāng)控制器計算MV累計增量大于料流閥死區(qū)幅值時，DCS_MV=MV(控制器計算值)，MV累計增量清零，反之亦然。

當(dāng)MV累計增量大于料流閥開度值但小于該方向死區(qū)幅值時，當(dāng)前周期DCS_MV=方向死區(qū)幅值，下一個采樣周期DCS_SMV=MV(控制器計算值)，MV累計增量清零，反之亦然。

1.3 模糊邏輯設(shè)計

使用輥壓機電流偏差e和偏差變化ec作為模糊控制器的輸入。利用模糊控制規(guī)則表在線對PID參數(shù)進(jìn)行修改，并以PID參數(shù)的修正量為輸出，最終得到PID控制器的比例Kp、積分T、微分Td三個參數(shù)，其中Kp₀，Ti₀，Td₀為基準(zhǔn)值。

(1)Kp=Kp₀+△Kp

(2)Ti=Ti₀+△Ti

(3)Td=Td₀+△Td

PID表達(dá)式：

DMV(k)=100/Kp*(e(k)-e(k-1))+Ts/Ti*e(k)+Td/Ts*(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))

(1)系統(tǒng)響應(yīng)的初始階段，誤差e比較大且e×ec>0電流發(fā)散狀態(tài)，減小比例度Kp，減小積分Ti，盡快地消除系統(tǒng)誤差，調(diào)整Z過程中要防止積分飽和；為了對系統(tǒng)超調(diào)有所控制，瓦的取值也應(yīng)相對較小。

(2)當(dāng)誤差e在可接受的區(qū)域時，控制器以控制超調(diào)為主，增大比例度Kp，減小積分修正量Ti，適量增加微分Td。

(3)當(dāng)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，誤差e減少到比較小的程度時，控制器系數(shù)回歸到基準(zhǔn)值，進(jìn)入調(diào)整死區(qū)控制器增加為0。為了確保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，避免產(chǎn)生振蕩。當(dāng)e(k)-e(k-1)的變化率較大時，減小Td，反之增加Td。

1.4 輥壓機電流控制器

如圖1展示了輥壓機料流閥自動控制策略，具體包含：

圖1 控制原理圖

(1)模糊PID控制器；(2)異常工況控制器；(3)閥門死區(qū)補償器；

控制器主要通過調(diào)節(jié)輥壓機的料流閥開度，控制輥壓機做功電流，保證輥壓機運行穩(wěn)定高效?？刂破魍瑫r對水泥配比變化，和異常擾動和電流振蕩幅值進(jìn)行實時監(jiān)控分析，根據(jù)不同的工況切換不同的控制參數(shù)，較好的提高了控制器的魯棒性。

在如上述常規(guī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，增加了水泥牌號切換控制策略，即水泥配比發(fā)生較大變化時，物料的流動特性發(fā)生變化，控制器根據(jù)物料的配比變化量和動態(tài)時間進(jìn)行閥門開度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)快速的調(diào)整料流閥到合適的控制區(qū)間，保證輥壓機的運行穩(wěn)定，滿足了自動控制需求，自動控制統(tǒng)計數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 自動控制數(shù)據(jù)分布

控制器在水泥磨系統(tǒng)中成功實施運行后的控制效果見圖3，手動控制與控制器自動控制對比，自動控制的效果明顯，設(shè)備的穩(wěn)定性得到了大幅度提高，在水泥品種切換的過程中，控制可以快速的遷移到新的工況穩(wěn)定運行，不需要操作人員進(jìn)行任何操作。

圖3 輥壓機電流手自動對比

控制器投運后自動投運率≥95％，輥壓機做功電流穩(wěn)定性提高38％～41％，電流平均值提高1.5A左右，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表1所示。

表1 輥壓機電流統(tǒng)計

目前以該策略為核心的輥壓機料流閥自動控制，已經(jīng)在現(xiàn)場穩(wěn)定運行3個月時間，控制器基本性能滿足用戶使用需求，可以更好的應(yīng)對輥壓機的物料特性不穩(wěn)定帶來的擾動問題，實現(xiàn)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

綜上所述，本文闡述的一種閉環(huán)式料流閥自適應(yīng)控制策略——模糊PID+死區(qū)補償器，實現(xiàn)輥壓機料流閥的自動控制，提高了輥壓機粉磨效率，為工程應(yīng)用提供了一種技術(shù)手段，是一種具有工程應(yīng)用價值的控制策略，應(yīng)用前景廣闊。

作者：李宏偉，劉剛，張成偉

來源：《南京凱盛國際工程有限公司》

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