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軋制油回收利用系統(tǒng)中離心泵的控制研究

時間：2012-11-12 15:45:30來源：徐威南新元

導(dǎo)語：?用于給洗油循環(huán)提供動力的離心泵在軋制油回收利用系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，該泵影響含軋制油的洗油流量的穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性，并且會對最終回收的軋制油純度和回收效率產(chǎn)生直接影響。通過理論分析可以得出相似理論應(yīng)用在該系統(tǒng)離心泵的工作中具有局限性，本文中通過最小二乘辨識的方法可以得到比較準(zhǔn)確的離心泵模型參數(shù)，并通過S7-300 PLC和ACS510變頻器實(shí)現(xiàn)了對離心泵的總線閉環(huán)控制

在鋁板帶箔材軋制生產(chǎn)過程中，為了減小摩擦系數(shù)，降低軋制壓力，冷卻軋輥，控制軋輥輥型，提高帶材的表面質(zhì)量、板形及厚度精度，必須對軋輥及輥縫噴射潤滑冷卻液(即軋制油)[1]。軋制油是鋁帶箔生產(chǎn)過程中主要的消耗輔材之一，可以循環(huán)利用。上海某軋制油公司通過國外技術(shù)引進(jìn)和自主再開發(fā)研制了鋁箔軋制油回收系統(tǒng)，該回收系統(tǒng)通過洗油吸收蒸發(fā)的軋制油，然后由一個離心泵提供循環(huán)子系統(tǒng)的動力，離心泵具有可靠易調(diào)節(jié)、流量穩(wěn)定均勻等特點(diǎn)。

軋制油回收利用系統(tǒng)在交付使用及調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，循環(huán)子系統(tǒng)離心泵的工作狀態(tài)受很多因素影響，在通過相似理論計算離心泵的工作效率時，可忽略模型分析中一些不必要的因素。但在本文的軋制油回收利用系統(tǒng)中，循環(huán)子系統(tǒng)的流量穩(wěn)定是整個系統(tǒng)回收軋制油高品質(zhì)及回收高效率的前提，因此傳統(tǒng)的相似理論已不適應(yīng)該系統(tǒng)的控制要求。為解決該問題，本文試用最小二乘法對循環(huán)子系統(tǒng)的離心泵進(jìn)行了模型辨識，得到更為準(zhǔn)確的模型參數(shù)，提供了更為可靠的控制依據(jù)。

該軋制油回收利用系統(tǒng)使用西門子S7-300 PLC和ACS510變頻器作為流量泵的控制器，PLC通過PROFIBUS-DP總線對變頻器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到較好的控制效果。

1 離心泵的數(shù)學(xué)模型

泵的有效輸出功率是指泵在單位時間內(nèi)輸送出去的液體從泵中獲得的有效能量，泵的有效輸出功率公式為：

在本系統(tǒng)中，流量泵與電機(jī)為直連方式，則泵的軸功率公式為：

在1-1式與1-2中，為流體密度；g為自由落體加速度；為單位時間內(nèi)泵所輸出液體的體積；H為泵的揚(yáng)程；為泵的工作效率。

由1-1式和1-2式可以得到泵的工作效率，即：

流量與效率的關(guān)系曲線如圖1所示，實(shí)線為理論曲線，虛線為實(shí)際曲線。

根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，異步電動機(jī)的電磁功率為^[2]：

忽略機(jī)械損耗等因素的影響，不同性質(zhì)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可近似表示為：

當(dāng)負(fù)載為風(fēng)機(jī)或泵類時，

即轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，故可得電機(jī)輸出的機(jī)械功率為：

由電機(jī)學(xué)原理可知，角速度ω與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速又與變頻器輸出的電源頻率成正比，即有：

若電機(jī)的轉(zhuǎn)差率不隨工況的變化而變化，則有：

由式1-8可以得出，在不考慮系統(tǒng)中作用較小的因素情況下，流量和轉(zhuǎn)速依然不為嚴(yán)格的正比關(guān)系，而是與泵的工作效率有關(guān)。即在不同的系統(tǒng)中運(yùn)行時，系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時也會影響泵的流量和電機(jī)轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，因此直接應(yīng)用相似理論分析系統(tǒng)的工作特性并不能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。

2 基于最小二乘法的模型辨識

該軋制油回收利用系統(tǒng)中的循環(huán)子系統(tǒng)所使用的離心泵額定流量為6m³/h，即100L/min，直連電機(jī)的額定工作頻率為50Hz。在軋制油回收系統(tǒng)整體管網(wǎng)特性不變的前提下，通過調(diào)節(jié)現(xiàn)場變器的工作頻率，使流量泵的工作頻率隨直連電機(jī)的變化而變化，測得的泵流量與電機(jī)工作頻率的相應(yīng)數(shù)據(jù)如表1所示。

將表1中測得的數(shù)據(jù)利用Matlab軟件進(jìn)行圖形化處理，可得出相似理論在直接應(yīng)用中并不理想的結(jié)論。圖2中的直線為相似理論情況下的離心泵工作頻率與流量間的關(guān)系，而散點(diǎn)為實(shí)際測得的離心泵工作頻率與流量間的關(guān)系，可以看出二者間存在較大誤差。

圖3為的關(guān)系曲線，由圖3可以分析出流量泵的工作頻率和實(shí)際流量間關(guān)系近似于線性關(guān)系，即

的形式。因此使用最小二乘法可以擬合出流量泵模型的一次函數(shù)關(guān)系式，辨識結(jié)果為：

對上式進(jìn)行誤差分析，利用標(biāo)準(zhǔn)差公式：

可得該模型的標(biāo)準(zhǔn)差為0.0057，因此該辨識結(jié)果較為準(zhǔn)確，可正確描述被控對象。

3 離心泵的PROFIBUS-DP閉環(huán)控制

該軋制油回收利用系統(tǒng)選用ABB公司的ACS510變頻器和西門子公司的14寸觸摸屏，通過PFROBUS總線與S7-300 PLC的CPU進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)PID控制。

通過上述流量輸出模型得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速與流量間的一次函數(shù)關(guān)系式，計算反饋的流量值與給定值間的差值大小來調(diào)節(jié)流量泵的轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率給定來自ACS510變頻器，變頻器的工作狀態(tài)由S7-300 CPU模塊里的控制程序決定，整個流量控制的實(shí)現(xiàn)可分為三步：設(shè)置變頻器的參數(shù)；調(diào)用STEP7中的PID指令塊FB41；設(shè)置PROFIBUS通信參數(shù)[3]。

在Step7編程軟件中若要實(shí)現(xiàn)PID控制，可以直接調(diào)用編程環(huán)境中集成的FB41功能塊，即連續(xù)控制器功能塊。在進(jìn)行多個PID控制時，可以建立多個FB41的背景數(shù)據(jù)塊用于分別存放不同PID的控制數(shù)據(jù)[4]。

如圖4所示，F(xiàn)B41功能塊含有豐富的設(shè)置接口及輸出接口，其中包含PID的P、I、D三個參數(shù)的設(shè)置，PID程序的掃描周期，PID參數(shù)的使能控制等。最終調(diào)節(jié)輸出值，即電機(jī)頻率設(shè)定值，由LMN接口輸出到自定義地址中，再由PLC模擬量輸出模塊經(jīng)由PROFIBUS-DP傳送給ACS510變頻器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

4 結(jié)語

本文主要以循環(huán)子系統(tǒng)中的離心泵在軋制油回收系統(tǒng)中的應(yīng)用為背景，研究了離心泵的工作特性。通過相似理論和系統(tǒng)辨識兩個方面分析其控制參數(shù)模型，對比得出通過系統(tǒng)辨識得到的模型較為準(zhǔn)確，降低了相似理論在離心泵工作中產(chǎn)生的誤差。最后通過PROFIBUS-DP總線的通信方式實(shí)現(xiàn)了ACS510變頻器對離心泵的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了軋制油回收系統(tǒng)對洗油穩(wěn)定流量的控制要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖翠萍，李永剛.軋制油霧治理技術(shù)發(fā)展概況[J].有色金屬加工,2005,34(6):21-23

[2]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：147-157

[3]李曉海，南新元.PROFIBUS-DP在農(nóng)村恒壓供水中的應(yīng)用研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2011，12：78-90

[4] SIMATIC S7-300 PLC手冊[M].西門子公司，2003.

作者基本信息

姓名：徐威

性別：男

出生年月：1985年8月

單位及職務(wù)：新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院研究生

研究方向：控制工程

郵箱：longxuwei@163.com

手機(jī)：14799327226

聯(lián)系地址：新疆烏魯木齊市天山區(qū)延安路新疆大學(xué)南校區(qū)電氣工程學(xué)院2011級研究生

郵編：830000

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