变频－模糊控制系统在破碎机上的应用
日期：2007-10-29 0:21:23 来源：佳工机电网
点击： 作者：未知
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随着工农业生产的不断发展和进步，企业对传动系统调速性能及可靠性和设备自动控制性能的要求日益增加，由此，80年代末以来，国际上广泛采用交流电机变频调速系统替代原有直流调速和其它各种调速技术，在控制方面，新的智能控制理论迅速发展，其中模糊控制理论已趋于成熟，在许多领域显现出替代常规PID控制的趋势。我们将以上两项新技术结合起来，开发出变频—模糊控制系统，并应用于水泥厂的破碎和负荷自动控制上，取得了非常好的效果。
1 变频技术简介
1）交流异步电动机的同步转速为n=60f/p交流异步电动机的转速为n=60f/p（l－s）其中：
f──电源频率；
p──电机极对数；
s──电机转差率。
由上式可见，交流电动机可通过改变电源频率来实现无级调速。交流变频调速具有机械特性较硬，调速范围宽，调速精度高及功率因数高等一系列优点，用时又易实现闭环控制。
2）变频调速器一般采用恒磁通调速，电压与频率之比保持恒定，电动机运行后基频（50Hz）以下为恒转矩调速，在基频以上为恒功率调速。
2模糊逻辑控制简介
模糊逻辑控制是目前最成功、最实用的智能控制方法。进入90年代已形成与传统控制理论迥然不同的新型控制理论，成为自动控制领域的热点技术之一。
模糊逻辑控制可以在难于或无法建立数学模型的场合，模拟人工控制思想，依经验对控制对象进行有效的控制。模糊逻辑控制器根据操作工人的经验，总结出一组“若……则……”的关系，然后经过模糊逻辑推理，便可对设备进行操作，它无需数学模型（在复杂系统中数学模型往往难以建立），使控制实现方式更加直接、迅速。应用模糊逻辑控制的基本过程如图1。
图1 模糊逻辑控制基本过程
3变频－模糊控制系统在破碎机上的应用
3.1破碎机
破碎机是用来进行原料加工的重型设备。原材料进厂后，经过破碎工序使之成为符合工艺要求的粒度，供生产使用。通常企业在选用破碎机时都按照生产需要量选用留有一定裕度的规格，以确保生产的需要。生产中，板式或皮带喂料机上原料大小及堆放极不规则，随机性很大，难于用传统自动控制方法实现闭环控制。在传统的输送过程中，由于缺乏灵活智能的控制装置（包括人工控制和有级切换调速），使破碎机经常处在过负荷和欠负荷的情况下工作。
3.2 系统配置及结构
变频—模糊控制系统是根据对破碎机负荷的实时监测，调整喂料机的速度，以求对破碎机适量均衡喂料，达到保护设备、提高破碎机生产能力的目的，其系统结构如图2。
图2 破碎机模糊控制示意
系统根据喂料机电机的功率采用不同的标准控制柜，柜内装有与电动机功率相适应的三相交流变频调速器，启动、保护设备及其他相关仪表。破碎机电机电流经过互感器接入控制柜，然后经霍尔元件进入模糊逻辑控制器。控制器直接对变频器进行逻辑控制。柜内还有多个控制点，分别用于破碎机及系统连锁保护。通过对控制器参数的修改设定，即可使破碎机负荷控制达到满意的效果。基本配置见图3。
图3 破碎机模糊控制配置
4 系统应用效果
系统应用于徐州淮海水泥厂。该厂原有的两套破碎设备是从罗马尼亚引进的，设计产量为240t/h，破碎机主电机为400kW/6kV，板式喂料机电机22kW/380V，Δ/YY两级自动切换调速。由于板式喂料机电机只能有限调节喂料速度，当大块石料到达时仍在高速喂料，常引起主电机过载而跳闸。当石料少时，因板喂机速度有限，只能使破碎机较长时间轻载等待，因此效率不高，平均台时产量最高时仅为180t/h。同时，板式喂料机电机的两极调速电控装置是通过改变喂料电机接法即电机极对数来实现的，这将导致设备工作时的频繁切换，常常使电机发热，以至烧毁电机。
根据该厂板式喂料机是交流电机拖动的特点，我们采用变频—模糊控制系统，通过模糊控制器监测破碎机电机负荷，改变变频器的输出频率（频率范围为0～70Hz），实现了板式喂料机更大范围的无级调速。系统运行后，破碎机工作状况大为改善。经过长时间运行考验，当破碎机的控制负荷设定在额定负荷的85%时，其产量可达到240t/h，比原来提高44%。采用新系统后，由于使用了无触点软起动的变频调速，既保护了电机又提高了破碎能力，受到用户欢迎。仅节电一项运行一年已节省33万元。
此外，变频模糊控制系统还应用于山东烟台三菱水泥厂、北京首钢矿业公司烧结厂等大型企业，均取得了理想的效果。 (end)
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1）交流异步电动机的同步转速为n=60f/p交流异步电动机的转速为n=60f/p（l－s）其中：
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f──电源频率；
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p──电机极对数；
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s──电机转差率。
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由上式可见，交流电动机可通过改变电源频率来实现无级调速。交流变频调速具有机械特性较硬，调速范围宽，调速精度高及功率因数高等一系列优点，用时又易实现闭环控制。
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2）变频调速器一般采用恒磁通调速，电压与频率之比保持恒定，电动机运行后基频（50Hz）以下为恒转矩调速，在基频以上为恒功率调速。
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模糊逻辑控制是目前最成功、最实用的智能控制方法。进入90年代已形成与传统控制理论迥然不同的新型控制理论，成为自动控制领域的热点技术之一。
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模糊逻辑控制可以在难于或无法建立数学模型的场合，模拟人工控制思想，依经验对控制对象进行有效的控制。模糊逻辑控制器根据操作工人的经验，总结出一组“若……则……”的关系，然后经过模糊逻辑推理，便可对设备进行操作，它无需数学模型（在复杂系统中数学模型往往难以建立），使控制实现方式更加直接、迅速。应用模糊逻辑控制的基本过程如图1。
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图1 模糊逻辑控制基本过程
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破碎机是用来进行原料加工的重型设备。原材料进厂后，经过破碎工序使之成为符合工艺要求的粒度，供生产使用。通常企业在选用破碎机时都按照生产需要量选用留有一定裕度的规格，以确保生产的需要。生产中，板式或皮带喂料机上原料大小及堆放极不规则，随机性很大，难于用传统自动控制方法实现闭环控制。在传统的输送过程中，由于缺乏灵活智能的控制装置（包括人工控制和有级切换调速），使破碎机经常处在过负荷和欠负荷的情况下工作。
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3.2 系统配置及结构
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图2 破碎机模糊控制示意
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系统根据喂料机电机的功率采用不同的标准控制柜，柜内装有与电动机功率相适应的三相交流变频调速器，启动、保护设备及其他相关仪表。破碎机电机电流经过互感器接入控制柜，然后经霍尔元件进入模糊逻辑控制器。控制器直接对变频器进行逻辑控制。柜内还有多个控制点，分别用于破碎机及系统连锁保护。通过对控制器参数的修改设定，即可使破碎机负荷控制达到满意的效果。基本配置见图3。
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图3 破碎机模糊控制配置
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4 系统应用效果
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系统应用于徐州淮海水泥厂。该厂原有的两套破碎设备是从罗马尼亚引进的，设计产量为240t/h，破碎机主电机为400kW/6kV，板式喂料机电机22kW/380V，Δ/YY两级自动切换调速。由于板式喂料机电机只能有限调节喂料速度，当大块石料到达时仍在高速喂料，常引起主电机过载而跳闸。当石料少时，因板喂机速度有限，只能使破碎机较长时间轻载等待，因此效率不高，平均台时产量最高时仅为180t/h。同时，板式喂料机电机的两极调速电控装置是通过改变喂料电机接法即电机极对数来实现的，这将导致设备工作时的频繁切换，常常使电机发热，以至烧毁电机。
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根据该厂板式喂料机是交流电机拖动的特点，我们采用变频—模糊控制系统，通过模糊控制器监测破碎机电机负荷，改变变频器的输出频率（频率范围为0～70Hz），实现了板式喂料机更大范围的无级调速。系统运行后，破碎机工作状况大为改善。经过长时间运行考验，当破碎机的控制负荷设定在额定负荷的85%时，其产量可达到240t/h，比原来提高44%。采用新系统后，由于使用了无触点软起动的变频调速，既保护了电机又提高了破碎能力，受到用户欢迎。仅节电一项运行一年已节省33万元。
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此外，变频模糊控制系统还应用于山东烟台三菱水泥厂、北京首钢矿业公司烧结厂等大型企业，均取得了理想的效果。 (end)
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