泵池回路控制

泵池回路控制（精选三篇）

泵池回路控制 篇1

1987年，Clarke等人[1,2]从自适应控制的角度出发，运用预测控制的原理，提出了广义预测控制(GPC)。它克服了当时的最小方差自调节器、线性二次高斯自调节器等存在的弱点，可用于控制非最小相位、开环不稳定和具有变时滞的被控对象，而且对过程参数不敏感。但是，对于广义预测控制算法，一直没有得到通用的稳定性结果。关于广义预测控制的稳定性，Clarke等人[3]提出了一些基本的结论，但这种稳定性结论的前提是要求目标函数中控制增量的惩罚系数为零，或要求预测时域趋于无穷，很明显这些均不具备实际应用意义。1985年，Boekicke等人[4]对广义预测控制的发展概况、理论基础及应用细节进行探讨，并给出了广义预测控制单变量和多变量形式的推导方法、工业应用简化方法、有约束广义预测控制形式和鲁棒广义预测控制等内容。1991年，Clarke等人[5]又提出了有约束的滚动时域控制，它是利用未来控制量的一部分自由度将未来输出用于驱动约束控制模型的设定值，以使系统的输出在有限时域内达到稳定。这种思想也是大多数预测控制稳定性理论的核心。1992年，Kouvaritakis等人[6,7]提出了一种稳定广义预测控制(Stable Generalized Predictive Contro1)方法。该方法首先引入一种反馈控制结构，来简化系统内部的某些关键变量之间的关系，通过优化目标函数找到参考时域内的最优参考信号序列，从而得到控制量的增量。该控制方法是通过对未来参考信号的约束，间接实现对未来系统输出的约束，从而实现了系统的稳定性[8,9]。

就国内外目前状况而言，由于选矿生产，尤其是磨矿作业生产环境和现场条件的特殊性，以及人们对该行业的认识程度等主观因素影响，因而导致其长期以来生产相对粗放，系统整体控制水平较为低下。国内部分选矿厂仅仅实现了定比给矿、球磨机负荷、泵池液位[10](旋流器入口压力调节)等部分基础控制回路的PID调节，而对影响磨矿系统分级指标(溢流粒度和溢流体积分数)的最关键环节———泵池控制，则缺乏整体性考虑，往往导致磨矿最终指标不尽人意，甚至出现影响后续作业的大波动。

泵池系统控制的目标是保持矿浆体积分数稳定，为后续旋流器分级作业提供最佳工艺参数。目前，泵池系统液位在一定范围内变化的前提下，主要对球磨机排矿量、球磨机排矿体积分数和泵池二次水加入量三个PID基础控制回路进行调节。磨矿生产作业中，泵池主要对磨矿和旋流器分级作业过程中的矿浆物料进行调节和缓冲，即在一定程度上对泵池内矿浆主要特性参数进行调节，消除由前级作业所造成的扰动，为后序分级作业提供较为稳定的前提条件。但泵池的缓冲作用决定了其自身是一个复杂的慢时变过程，具有很强的非线性、强耦合和大时滞特性[10]。同时，由于受进入泵池的矿浆物料冲击、泵池中下部的矿浆物料沉积、泵池上部挥发产生的水蒸气等因素干扰，使得常规单回路PID调节无法正常控制，甚至出现控制振荡和失稳现象，严重影响到生产正常运行。针对泵池控制中存在的上述问题，同时为了提高控制精度和效果，本文提出基于模型性能指标和加权系数的GPC控制算法，即利用泵池球磨机排矿量、球磨机排矿体积分数和泵池二次水加入量与球磨机给矿量、一次水加入量的物料平衡关系建立泵池控制模型，并于2010年2月将该模型应用于金川选矿厂14000车间磨矿生产的泵池控制回路，解决了制约磨矿生产中的问题。

1 模型建立

泵池系统过程被控量与操作量之间存在着较大的耦合，一个输入量的变化将导致多个过程参数的变化。选矿生产流程中，在泵池液位作为控制模型基本约束的前提下，泵池矿浆体积分数的控制一般采取球磨机定比给水和二次水加入量2个基础控制回路独立进行调节，而没有考虑各回路之间的耦合作用。泵池系统的这种单变量控制方式必然导致回路间的干扰，使控制系统无法维持设备的稳定运行，尤其是在磨矿系统不同工况之间切换时最为明显。为此，根据泵池系统物料平衡和流程相关性，可以将泵池控制模型简化为3输入3输出的GPC结构，如图1所示。

Wf—球磨机设定给矿量;Vbw—一次水调节阀的设定开度;Vaw—二次水调节阀设定开度;u1—球磨机模型优化给矿量;u2—一次水调节阀的模型优化开度;u3—二次水调节阀的模型优化开度;—模型预测的球磨机排矿量;—模型预测的球磨机排矿体积分数;—模型预测的泵池二次水加入量;Fi—球磨机排矿量;C—球磨机排矿体积分数;Fw—泵池二次水加入量。

泵池系统的广义预测控制模型的建立首先需要确定泵池控制对象，然后建立预测模型、并对模型进行参数滚动优化和反馈校正。预测模型是利用泵池物料及其相关量之间的物料平衡关系建立泵池矿浆体积分数辨识模型。参数滚动优化是泵池预测模型在受到过程量、控制量和控制量增量约束的条件下，对预测模型性能指标进行优化求解。反馈校正是根据预测模型的输出量与实际泵池对象的过程量之间存在的偏差，对泵池控制量进行在线修正，以此来保证泵池对象的输出稳定。

1.1 确定泵池控制对象

泵池控制模型由球磨机排矿量、球磨机排矿体积分数和泵池二次水加入量3个密切相关、不可分割的控制回路构成，最终形成对泵池矿浆体积分数的控制。球磨机排矿量由球磨机溢流量大小决定，即取决于球磨机给矿量和一次水加入量;球磨机排矿体积分数由球磨机给矿量和一次水加入量的两者积算值比例所决定;二次水加入量用于调整和稳定泵池最终矿浆体积分数，合理的泵池矿浆体积分数有利于稳定后续旋流器的分级质量。泵池控制模型的结构特性可以如式(1)所示，从式中可以看出各变量之间的相互关系和对应的时滞特性。

式(1)矩阵内各项是过程状态与调节量之间的对应传递函数关系式[11]，由模型投运和运行过程中阶跃响应测试后的参数辨识来获取。

1.2 建立泵池矿浆体积分数预测模型

泵池系统要控制的是泵池矿浆体积分数，而泵池矿浆体积分数又是由球磨机排矿量、排矿体积分数以及泵池二次水加入量所决定的。由于三者存在较强的耦合性，传统PID控制回路很难协调控制量之间的对应关系，因此采用自回归滑动平均模型(CARIMA)来描述对象的随机扰动过程[12]，即通过泵池中各输入输出量与泵池矿浆体积分数参数的相互关系，来建立泵池矿浆体积分数预测模型。

首先，加入泵池物料的测量值(球磨机给矿量、一次水加入量、二次水加入量)相对于其设定值的绝对偏差可以表示为:

上述式中，a0,bi,ci为体积分数计算模型中的参数;j为控制量u(t)的差分阶次;m为根据模型实际需要确定的正整数;ω(t)为其他综合因素对泵池矿浆体积分数的影响函数;ωi(t)为泵池局部矿浆物料冲击、中下部沉积、二次水加入量和泵池上部水蒸气挥发对泵池矿浆体积分数的影响函数，其对泵池矿浆体积分数的影响相对较小，为已知表达式和常系数，最终可以假定为一个零均值的白噪声扰动函数;d是从控制量差值发生变化起到体积分数出现变化止的滞后时间;Dsc(t)为时变比例因子;Css(t)为稳态下出口矿浆体积分数，是泵池入口矿浆流量Fg(t)、入口矿浆体积分数Cg(t)、二次水流量Fw(t)和泵池出口矿浆体积分数Cf(t)的函数;Fg(t)为泵池入口矿浆流量;Fw(t)为二次水流量;Kgw(t)是二次水比例因子，受中水质量的影响;Ftm(t)为出口矿浆流量。

其次，将式(2)转化为:

建立式(3)对应的差分方程:

式中，Δ1=1-z-1。根据式(3)和(4)可知，A(z-1)和B(z-1)是z-1的多项式，其阶次分别为1和m，而C(z-1)=1。为得到j步后输出y(t+j)的最优预测值，差分方程式(4)对应的Diophantine方程为:

式中，和Fj(z-1)是由A(z-1)和预测总步长j唯一确定的多项式，并且Ej(z-1)和Fj(z-1)满足如下关系:

式中，E为Ej(z-1)对应的系数表达式，由预测总步长j得出;F为Fj(z-1)对应的系数表达式，根据A(z-1)可以得出。

最后，由式(2)、式(5)和式(6)可得k时刻未来j步的泵池物料测量偏差预测值y珋(k+j|k)，即泵池预测控制模型为:

1.3 参数滚动优化

预测模型的目标就是根据预期的物料加入方式和泵池矿浆混合特性来保证矿浆体积分数在泵池出口处的变化不超出预定的限幅值。因此，模型性能指标函数J可以确定如下:

其中，u(t+i-1)=u(t+Nu-1),i>Nu

上述式中，W1和λ为加权系数，其中W1的大小由图2控制决策的权重所决定，λ由模型控制量的决策权重确定;yr(t)为泵池矿浆体积分数的设定值;N0,Nl分别为泵池矿浆体积分数的最大、最小预测时域;Nu为物料加入量的控制时域，即在Nu步后物料量不再发生变化。

令

将式(7)代入式(8)并表达成向量形式，转换后的模型评价函数为:

其中，

上述式中，I为单位矩阵;gN0,gN0-1，…，gNl为式(5)中Gj(z-1)在控制域内的表达式系数。

如图2所示，预测模型性能指标加权系数W1随着泵池矿浆体积分数的变化而改变，当泵池矿浆实际体积分数接近下限幅之前加权系数W1为1，当实际体积分数值介于上下线之间时加权系数W1呈线性递减，超过上限时为0。上下限的设定由生产过程中泵池矿浆体积分数的极值来确定。

受生产过程中设备特性的约束，泵池系统及与之相关的磨矿过程的过程量和控制量受到一定的约束，即输入增量Δu(t)、输入幅值u(t)和输出幅值y(t)都只能在稳定生产的要求范围下波动。由式(3)可知，泵池控制模型是线性系统，根据式(9)所描述的性能指标和相关受限约束，泵池系统控制模型的性能指标可以表示如下:

式(10)所对应的具有约束优化问题[13]可进一步转化为

其中，

式中，L为下三角单位矩阵;Gy为矩阵G的(NuyNly+1)×Nu子矩阵块;Nuy和Nly为输出限幅时域的上下限。式(11)中的性能指标是二次的，约束方程是线性的。

对式(11)所表示的性能指标和约束集进行求解，其最优解为:

式中，W=[w(t+N0),w(t+N0+1)，…，w(t+Nl)]T,w(t)为模型对象输出的参考轨迹。

假设gT是矩阵(GTG+λI)-1GT的第1行，泵池系统模型最优控制量则可以由下式给出:

1.4 反馈校正

根据泵池系统建立的广义预测控制模型在控制过程中不断通过实际输入输出信息在线估计模型参数，并以此修正控制律，即进行泵池控制模型的广义反馈校正。在式(10)指标的约束下，式(4)预测模型中模型参数和数据参数对应的向量形式可以描述如下:

令

式中，a0,b0，…，bm与式(2)中参数相同，中是泵池系统控制模型的参数估计值。

由于被控对象泵池体积相对较大，其矿浆体积分数的变化是对象慢时变过程，因此可以选取具有遗忘因子的递推最小二乘算法对其进行在线辨识[12]，如式(17)和式(18)所示。

上述式中，ρ是遗忘因子，取值在0.95～1之间。

在预测模型投运时，可取θ(0)=0,P(0)=α2I，α=106。在控制的每一步，首先组成数据向量，然后根据式(17)和式(18)求解得出θ(t)和P(t)，再通过辨识求解得到式(4)中的A(z-1)和B(z-1)参数，最后重新计算控制量式(13)中的gT和f，由此可以计算下一时刻的最优控制律。

2 工业实现

泵池矿浆体积分数预测控制模型投运后，应不断地对其阶跃响应参数进行离线或在线修正，以适应控制对象的慢时变结构特性变化。对泵池控制对象输入阶跃信号，设定采样周期T=1 s，预测域P=15，控制域M=6，选取遗忘因子ρ=0.98，对泵池闭环系统中的给矿量、一次水加入量和二次水加入量控制回路进行模型阶跃测试，其测试趋势如图3所示。可见泵池控制模型投入后，明显好于之前的PID单回路控制效果。

泵池控制模型需要进行参数在线辨识，计算量相对较大。为降低控制系统的计算负荷，模型采用C/S网络结构，通过OPC通信协议实现与控制系统及底层之间的数据交换，即所有算法的计算运行在OPC客户端，其优化计算结果和控制时序回写控制系统OPC服务器，代替控制回路设定值和调节参数，其实现结构如图4所示。

3 应用效果

根据预测控制的基本条件，将采用广义预测控制的泵池控制模型应用于选矿车间泵池控制系统。在控制量发生如图5所示的变化时，模型可以通过调整控制律(调整一次水加入量和二次水加入量)，使泵池的矿浆体积分数达到生产作业所要求的相对稳定状态(如图6所示)。即通过泵池模型控制可以使过程被控量在操作参数发生较大波动的情况下仍保持相对稳定，满足实际生产控制要求。

泵池控制模型实现了对大滞后环节球磨机溢流矿浆流量和体积分数的精确控制，为泵池系统泵浆体积分数的有效控制提供了可能。图6所示的球磨机排矿体积分数和泵池矿浆体积分数各项统计指标对比如表1所示(样本数为60)，与传统PID控制相比，泵池矿浆体积分数控制精度提高90%。

4 结束语

应用GPC算法的泵池控制模型于2010年2月在金川选矿厂14000车间一段磨矿1#和3#生产流程投入应用，自投用以来，在磨矿生产中起到了如下作用:

(1)控制模型可以保证在控制律(给矿量、球磨机前加水量和后加水量)发生较大波动时，仍可以使得泵池矿浆体积分数波动范围较实施前降低50%;

(2)控制模型稳定了磨矿粒度指标，使一段旋流器-200M分级溢流粒度稳定在78%～79%之间，与PID单回路控制条件下，生产工艺指标(工艺控制及操作目标为77%～80%)提高了一倍，同时，在一定程度上缓解了旋流器在生产波动条件下的“跑粗”现象(即矿浆中粗粒随矿浆流走的现象)。

桥式起重机点动控制电气回路 篇2

关键词 桥式起重机；控制；回路；设计

1概述

我公司下属机械汽车修理厂的检修车间有两台st／10．5m桥式起重机，专供检修机械及汽车时作起吊之用。由于检修汽车时发动机汽缸的找正，对电动葫芦的上升量及下降量的要求很严格，在某一位置时升降量必须很小，否则汽缸无法找正。这就要求电动葫芦必须具有点动控制，但从厂家购回来的电动葫芦设有此装置，它没有严格的升降量，这对于汽车发动机维修很不方便。由于这种实际操作的需要，我们对桥式起重机的电气控制系统进行改进，在上升及下降的电气回路中各增加一只中间继电器 1ZJ（或 2ZJ），同时增加一个组合开关 LK，其工作原理是利用交流接触器和中间继电器得电的时间差，从而实现点动控制。

2电路的改装方法

改装后的电气线路图见图1，虚线框内为增设部分。把中间继电器 IZJ的常闭辅助触点串人到原来的上升回路中，把上升回路继电器3C的常开触点和中间继电器 IZJ的常开辅助触点并接后，再与LKl、2ZJ的线圈串接并人上升国路中。同理，把中间继电器ZZJ的常闭辅助触点串人到原来的下降回路中，把下降四路继电器4C的常开触点和中间继电器 ZZJ的常开辅助触点并接后再与 L K。、 ZZJ的线圈串接并人上升回路中。LKl、LK2为同一个组合开关 LK的两对同向接点，当它们断开时此控制回路跟一般桥式起重机相同；当LK组合开关合上时LK组合开关的两组同向接点LKl、LK。同时接通，上升及下降回路处于点动控制状态。

3工作原理

当总停开关KK合上时控制回路的总电源接通，交流接触器 QC由于线圈得电而动作，主电路中的QC主触点闭合，主回路的总电源接通，此时主回路及控制回路处于工作准备状态，

3．1不需要点动控制

当需要较大的升降量时把组合开关LK断开，即它的两组同向触点LKl、LK。断开。当按下3LA按钮时交流接触器3C的线圈得电，3C的主触点合，电动葫芦得电而上升，同时接在下降回路中的3C常闭辅助触点断开，防止电动葫芦的误动作下降，这时虽然点动控制回路3C的常开辅助触点闭合，但由于LKl断开，所以上升点动控制回路的中间继电器 IZJ的线圈没有得电而使中间继电器IZJ不动作，所以点动控制不起作用。只要按住3 LA按钮，电动葫芦就一直上升到上极限点。同理，当按下4LA按钮时交流接触器4C的线圈得电，4C的主触点闭合，电动葫芦得电而下降，同时接在上升回路中的4C常闹辅助触点断开，防止电动葫芦误动作而上升，这时，虽然点动控制回路 4 C的常开辅助触点闭合，但由于 L K。断开，所以上升点动控制回路的中间继电器ZZJ的线圈没有得电而使中间继电器ZZJ不动作，所以点动控制不起作用。只要按住4 LA按钮，电动葫芦就一直下降到下极限点。

3．2需要点动控制

输煤胶带电机直流控制回路改造案例 篇3

【摘要】丰润热电公司输煤系统C3和C4胶带拉绳保护开关运行中多次发生接地情况，严重威胁同一直流系统的主机安全运行。专业根据现场实际情况进行了针对性改造，完全杜绝了此类异常发生，避免了直流系统接地后事故扩大的隐患。

【关键词】电动机；控制回路；直流；接地；改造

1.引言

丰润热电公司装机容量2×300MW，输煤系统共有8套胶带负责燃煤输送，目前除1号胶带为单路外，其余七套均为双路互备。其中，C3和C4胶带输送机由6kV电动机传动，其动力开关直流控制回路中并联接入了若干数量的拉绳线开关接点，拉绳开关的作用是在紧急情况下急停运转中的胶带以保护人身或设备安全。

C3和C4胶带输送机6kV动力开关由公用6kV段供电，其直流控制电源和合闸电源与主机设备直流电源共用一套直流系统。

2.问题提出

主辅设备直流系统共用，这样的运行方式严重降低了主机直流设备的可靠性，尤其是作为辅助设备的输煤系统，因环境原因，其绝缘可靠性较低，发生接地的概率较主机高出许多。丰润热电公司在机组运行中，多次发生直流系统接地的异常情况，被迫在运行中查找，查找过程严重威胁机组安全运行，而如继续发展则可能造成设备误动甚至会发生机組停机的事故。

通过对这类缺陷的数据进行统计，显示输煤系统C3和C4胶带电机的拉绳开关问题造成接地的情况占了绝大多数，缺陷消除后直流接地的异常现象即消失。所以必须从源头解决输煤系统C3和C4胶带电机的拉绳开关接地的问题。

3.原因分析

C3、C4胶带电机动力开关跳闸控制接线如图1所示，拉绳开关接点直接接在直流控制回路中，而拉绳开关设备是均匀的分布在胶带就地沿线，其任何一处出现绝缘薄弱点都将影响整个直流系统。

输煤系统因环境较差，必须经常定期打扫卫生，用水冲洗是一个简单高效的方法，但水冲洗对于电气设备可靠性的影响是显而易见的：冲洗中溅水到设备上是很难避免的，直接后果就是绝缘降低甚至到0，即使水并未直接溅到设备上，但环境中仍有冲洗造成的潮气集聚，给设备绝缘带来隐患。针对输煤系统的特殊性，对于C3和C4胶带电机的拉绳开关，专业在设备选型和日常维护中已做了防范工作，例如选密封等级高好的设备、维护中再将接线穿孔等处包裹密封等，但即使如此仍不能完全防止水直冲设备后的绝缘完好，一旦存在薄弱环节就极易造成开关电气部分接地，继而报警。

4.采取措施

因输煤现场粉尘大的实际情况，现有的生产条件下，要保持卫生尚不能做到完全不使用水冲洗，如此，我们必须采取措施以做到从根本上解决水冲洗造成的开关绝缘不良的问题，以确保确保直流系统的可靠运行，我们从两方面着手，一是对现场水冲洗制定措施进行防范，二是从设备被自身进行改造，达到本质安全的目的。

C3、C4胶带电机回路存在的问题，是拉绳开关电气部分接地，通过对问题的思考我们可以找到找到问题的关键，寻求最佳解决方案：将拉绳开关电气部分脱离原直流系统。

在进行综合分析研究后，实施了如下技改方案：

将拉绳开关与直流母线连接处断开，另通过新加装的开关电源QF1转接于交流电源上，开关电源的规范是AC220V转DC24V，同时将图1中的中间继电器KC1更换为DC24V中间继电器K1，并将图1中的中间继电器KC1接点改为继电器K1接点，改造后的原理图如图2所示。经过改造后，拉绳开关接于24V直流中，通过中间继电器K1实现与原220V直流系统“隔离”。

改造中，拉绳开关的安装位置、电流属性均未变，仅在原位置上更换继电器，而最大的“改动”是加装了一个开关电源QF1。

5.实际效果

改造后，运行近一年，已经完全杜绝了因为C3、C4胶带拉绳开关造成的直流接地异常、报警，设备安全可靠性得到了极大的提高。

6.结束语

C3、C4胶带拉绳开关控制回路的原设计在理论上并不存在问题，但在特殊的设备运行环境下，暴露出了回路中存在的潜在安全隐患，通过简单的技术改造，标本兼治取得了良好效果，同时本次回路改造对今后的设计也能起到借鉴作用。

参考文献

[1]卓乐友，董柏林.电气工程电气设计手册（二次部分）中国电力出版社，1998.12

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