首页-新闻-价格-Casino化验-专家-矿权-选厂-承包-培训-矿山-报价-设备-地质-采矿-冶金-法规-招标-供求-视频
Casino自动控制基础 2008-7-23 17:05:21    浏览: 次   我要评论
[导读]在Casino生产过程中,用自动化仪表、自动装置和计算机代替人工对Casino过程的物料量、浓度、粒度、成分、流量、料位、药剂量、pH值等参数按工艺要求进行控制,称为Casino工艺过程自动控制……
    一、概述
 
    在Casino生产过程中,用自动化仪表、自动装置和计算机代替人工对Casino过程的物料量、浓度、粒度、成分、流量、料位、药剂量、pH值等参数按工艺要求进行控制,称为Casino工艺过程自动控制。自动控制的主要作用是保证生产过程稳定,保证产品质量,充分发挥生产设备潜力,提高劳动生产率,节约原材料,减少能量消耗,降低生产成本,提高经济效益;改善工作条件,实现安全生产,减轻劳动强度。
 
    近期Casino厂不断采用新设备,如大型磨矿机、自动压滤机、自动拣选机和新的Casino工艺,要保证生产安全、过程稳定、设备效率和产品质量,多操作提出了更严格的要求,这就需要逐步实现Casino厂自动化。生产过程自动控制已成为大型成套设备的重要组成部分。在原有Casino厂的工艺、设备技术改造中,采用自动控制,其效果也很显著。因此,实现Casino工艺过程自动控制,对发展我国国民经济,提高工业生产技术水平,有很重要的意义。
 
    (一)Casino工艺过程自动控制系统的组成
 
    以磨矿成分溢流矿浆浓度控制系统为例,其流程图如图1所示。自动控制装置由测量仪表、调节器和执行器组成,配合被控对象构成自动控制系统,其方框图如图2所示。测量仪表(浓度计)测出被控量D(浓度)的测量值Dm。Dm和输入给定值D,进行比较,发出偏差信号e=Ds-Dm。偏差e按预设规律运算后发出控制信号,它操纵执行器以改变控制量(水),使得被控量D符合给定值Ds的要求。在这个控制系统中,分级机是被控对象,溢流浓度D是被控量,前给水量Fw是控制量,磨矿机排矿量F1、浓度D1、粒度Z1都可能是引起被控量D偏离给定值Ds的干扰量。
 
图1  自动控制系统流程图
 
图2  自动控制系统方框图
 
    (二)Casino工艺过程自动控制系统分类
 
    自动控制系统(包括Casino过程)有多种分类方式,按系统结构的特点可分为反馈控制系统、前馈控制系统和复合控制系统。
 
    A  反馈控制系统
 
    反馈控制系统是按被控量的偏差进行控制的,图1所示的系统就是一个反馈控制系统。系统在干扰的作用下,其被控量偏离了给定值,比反馈到调节器的输入端,调节器按偏差进行控制,以克服干扰对被控量的影响,使其最终回到或接近给定值。因为系统由被控量的反馈而构成闭路,所以反馈控制系统也称闭环控制系统。它是自动控制系统中最基本的一种控制方式。
 
    B  前馈控制系统
 
    前馈控制是按干扰进行控制的。干扰是造成被控量偏离给定值的主要因素,如图1所示的干扰量中F1是经常变化的,就可直接测出球磨机排矿量F1去控制调节阀(即改变前给水量)以保持被控变量D不变。由于不存在被控量反馈,所以前馈控制系统也称开环控制系统,不能最后检查被控量是否等于给定值。在有其他干扰D1、Z1或测量仪表有误差的情况下,被控量的误差可能越来越大。但前馈控制能依据干扰,根据模型,提前迅速调整控制量,使被控量保持稳定,对于干扰与被控量之间有很大滞后时尤为重要。
 
    C  复合控制系统
 
    在一个自动控制系统中,对其主要干扰用前馈控制,而其他干扰所引起的被控量偏差,仍用反馈控制来克服。这样的系统称复合控制系统。
 
    其他分类方式虽然不同,但系统的基本性质没有多大差异。简述如下:
 
    按给定信号的特点可分为定值控制系统、随动系统、程序控制系统。在Casino过程中,大多数的工艺参数一般要求维持在某一定值,这时在反馈控制系统中给定值基本不变(或从某值改变到另一个值),这样的反馈控制系统称定值控制系统。若定值控制系统中的给定值随时间任意变化,系统克服一切干扰,使被控变量尽可能随时都等于给定值,这样的系统称为随动系统。程序控制系统实质是随动系统中的一种特殊类型,它的给定值是按时间程序或跟随某以参数的变化而变化。
 
    按被控量的特点可分为连续控制系统和顺序控制系统。被控量可以连续地被调整,或控制动作在时间上是离散的(如采样控制系统),但需定量地控制被控量,都归入连续控制系统。顺序控制系统中,其被控变量是开关量,按预先确定的时间顺序或根据一定逻辑关系所要求的顺序逐次进行控制。
 
    按控制系统回路数可分为单回路控制系统和多回路控制系统。
 
    按控制功能可分为均匀控制系统,选择控制系统,极值控制系统,比值控制系统等。
 
    按被控量名称分类,如浓度控制,pH控制,液面控制,负荷控制等。
 
    (三)控制系统的品质指标
 
    当控制系统改变给定值或受到干扰时,被控量偏离原来的稳定值,系统进行自动控制,经动态过程后达到工艺要求的新稳态值或回到原来的稳态值。此动态过程称为控制系统的过渡过程。
 
    任何自动控制系统都必须满足稳定、准确、快速的品质要求。对不同的生产过程提出了不同的控制过程品质指标,据此来设计控制系统,并进行实地整定投运。
 
    A  品质指标时间域表示法
 
    它是Casino过程控制的常用方法。改变给定值时控制系统的过渡过程如图3所示,而在其他干扰作用下时如图4所示,其品质指标表示如下:
 
    1、最大动态偏差B1及超调量百分率σ  σ以B1与稳态值D之比率表示,即σ=B1/D×100%。
 
    2、调整时间ts  在给定值扰动下,从干扰发生到被控量的偏差达到新稳定值的±(2~5)%范围内,并且不再超过这个范围所经历的时间为ts值。或在干扰作用下,从干扰发生到被控量偏离给定值后重新进入工艺所允许的偏差范围,且不再超出这个范围所经历的时间为ts值。
 
    3、静态偏差e(∞)  过渡过程结束后,被控量与给定值之差。
 
    4、衰减率Φ  Φ=1-B2/B1,式中B1、B2分别为过渡过程出现的第一个和第二个峰值。B1/B2为衰减比,当B1/B2为4:1时Φ=0.75,B1/B2为10:1时,Φ=0.90。
 
    5、振荡周期TD  也称操作周期、调节周期,是过渡过程呈现振荡时的振荡周期。
 
图3  给定值阶跃扰动下控制过程
 
图4  其他阶跃干扰下控制过程
 
    B  品质指标频率域表示法
 
    频率域指标也是常用的表示法之一,它和时间域指标有密切的相互关系。
 
    1、增益裕度和相角裕度  它是衡量控制系统稳定度的指标。增益裕度为奈奎斯特矢量轨迹(系统开环频率特性)与实轴相交点的增益倒数。相角裕度γ为该矢量轨迹上增益为1的点偏离负实轴的角度。
 
    2、共振频率ωr  相应于系统幅频特性上增益M最大时的频率。
 
    3、截止频率ωr  增益比M(ω)/M(o)=0.707时(-3dB)的频率。
 
    4、最大增益比MD  幅频特性中增益的最大值。
 
    C  积分准则
 
    反映了控制系统的稳定性、准确性和快速性等方面的品质,在用计算机分析控制系统过渡过程中特别有效。常用积分准则如下:
 
    1、误差积分最小  简称IE,即∫oe(t)dt最小。这个准则较适用于非周期控制过程。
 
    2、绝对误差积分最小  简称IAE,即∫o∣e(t)∣dt最小,基于此准则的控制系统具有适当的阻尼和较好的瞬态响应。
 
    3、误差平方值积分最小  简称ISE,即∫oe2(t)dt最小。
 
    当要求动态偏差尽可能小时采用此准则。
 
    4、绝对误差与时间乘积的积分最小  简称ITAE,即∫o∣e(t)∣tdt最小。ITAE适用于要求控制过程尽可能快和衰减率大的场合,控制过程中超调量很小。
 
    上述1、2两准则综合反映了过渡过程时间和偏差。
 
    D  控制系统品质指标的选用
 
    控制系统各品质指标彼此相关,不可能同时都是最好的,要按工艺要求确定。
 
    定值控制系统通常取开环相角裕度在20°~50°增益裕度在3~9dB之间。对于压力、料位、流量等控制系统,通常要求控制过程的衰减比为4:1~10:1。对于某些流量、压力等,要求控制过程较快的系统,工作频率不宜太高。对于控制过程较慢的系统,要求控制过程衰减比大,如10:1,控制过程时间尽可能短。对于不允许有超调的系统,控制过程应为非周期过程,并要求时间尽可能短。
 
    随动系统通常取开环相角裕度在40°~60°,增益裕度在12~20dB之间。如串级控制系统的副环和比值控制系统的从变量控制回路,要求被控量以一定精度快速地跟上给定值的变化,希望超调量小,调整时间尽可能短。
 
    二、被控对象特性及其测试方法
 
    自动控制系统的品质由组成系统的被控对象和控制装置的特性以及系统的结构决定。控制装置(测量仪表、调节器、执行器等)的特性是确定的,易于改进和测试。被控对象的特性比较复杂,在生产过程控制中用理论推导方法求得对象特性是比较困难的,因此工程上经常用实验的方法测定对象特性。
 
    设计自动控制系统和选择调节器类型,整定调节器参数,实现自适应控制系统,研究改进工艺流程和设备,这些都需要研究测试对象特性。
 
    (一)被控对象的特性
 
    被控制的生产过程及其设备,通称为被控对象。被控对象特性是指被控对象各输入及其相应输出之间随时间变化的关系。若以被控量作为输出,控制量作为输入,则它们之间的关系称为对象的控制通道特性;而以被控量为输出,以干扰为输入,它们之间的关系称为对象的干扰通道特性。用方框图表示于图5。
 
图5  对象控制通道和干扰通道
 
    A  对象的静态特性
 
    被控对象的线性静态特性可用输出变化△y对输入变化△u的对象放大系数来表示,即K=△y/△u,见图6α所示。由于被控对象经常控制在额定状况下工作,所以对大多数非线性对象,可以在其额定工作点附近近似地视为线性,即在非线性曲线上,由代表额定工作状况的N点作切线代替曲线,并求出被控对象经线性化后的放大系数K=△y/△u。
 
图6  对象的静态特性
α-线性关系;b-非线性关系
 
    B  对象的动态特性
 
    工程上往往用几个主要特征量来大致地近似表达一般被控对象的动态特性:放大系数K、时间常数T和纯滞后时间τ。
 
    时间常数T  时间常数表征了被控对象的动态特征。在输入阶跃变化时,时间常数越大,则稳定时间越长。在同样的阶跃输入幅度时,时间常数小的对象反应速度要比时间常数大的对象快。见图7。时间常数可表示为容量系数C和阻力系数R的乘积,即T=RC。
 
图7  时间常数与调整时间的关系
 
    容量系数C  液位对象的容量系数等于容器截面积A。容量系数越大,被控量变化越慢。
 
    阻力系数R  液位对象的阻力系数为液位变化量与输出流量变化量之比。阻力系数越大,被控量相对变化越慢。同时阻力系数还影响到静态放大系数。许多工业对象,都可以用上述时间常数及放大系数来表示其特征。
 
    有些工业对象有较多的容量,如浮选机,其反应曲线类似图8,在阶跃输入后,输出量并不立即以最大速度变化,而是缓慢地变化,变化速度逐渐增加,达到一定值之后,又渐渐减慢,最后达到新的稳态值。
 
图8  多容量对象的阶跃反应曲线
 
    纯滞后时间τ  图9是一个料位对象。当阶跃改变开度mi后,其反应曲线如图10所示。从输入量mi突变到料位开始变化的这段时间τ就叫做纯滞后时间,其传递函数为e-τ2

1 2 下一页

网友评论: 点击查看

用户名: 密码: 自动
请登录发言