专利名称：热压型煤工艺中对辊机成型装置的计算机控制程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及热压型煤工艺成型部分中对辊机的计算机控制程序。
目前，在民用煤球和冷压型煤工艺中大都采用对辊机成型。由于这些工艺都借助粘结剂来使煤成型，只要对辊机转速足能把煤料”吃掉”即可成型。因此对对辊机的控制无特殊要求，没有采用自动控制装置，甚至连测压仪表也不装。但在热压型煤工艺中，没有填加任何粘结剂，利用煤在快速加热到软化点后的塑性加压成型。成型压力直接影响着型煤的质量。如果控制不好，非但型煤质量不能保证，还可能出现热煤外溢，引起火灾的危险。
本发明的目的是通过在对辊机上安装仪表和执行机构提供对对辊机成型质量的计算机自动控制。
本发明是一种计算机控制程序，对由螺旋挤压机、对辊机所构成的热压型煤成型装置进行自动控制，其特征在于在对辊机上辊轴的两端各安装一个荷重传感器来测量辊承受的径向成型压力，由计算机对所测讯号进行低通数字滤波后作带死区的PID运算，用运算结果去控制转速，以维持成型压力为设定值。程序能自动地判断煤料的断和续，相应地改变控制回路的状态，以避免对辊频繁启停。并用限位开关检测煤料上拱，防止热煤外溢，引起火灾。
热压型煤工艺的成型装置如
图1所示，该装置及控制程序的运作过程如下螺旋挤压机⑦将快速加热到软化温度的热煤⑩挤压成塑性粘状煤带④，进入由电机⑨驱动的对辊①和②之间，被对辊压成与辊皮凹模形状相同的型煤③(以下简称球)。为保证球有一致的良好的坚实程度，采用成型压力闭环控制。具体实现方法如下在对辊机上辊①的轴两端各装一个荷重传感器⑥，测量辊承受的径向成型压力F，通过计算机控制程序和变频调速器⑧改变电机⑨的转速来改变压球速度当F大于设定值时，说明来煤增多，应加快电机转速；反之，当F小于设定值时则降低转速，以维持压力F为设定值，保证球有一致的坚实性，同时不致发生煤料吃不了，煤带上拱外溢。
压力F的控制由计算机程序实现，采用通用的位置型PID控制算法Mn=Kc×en+KiΣj=1nej-Kr(PVn-PVn-1)+Mo----(1)]]>其中Mn——第n次采样时回路的输出值Mo——回路输出的初始值PVn——第n次采样时被控参数的实际值SP——被控参数的设定值en——第n次采样时的误差值(en＝SP-PVn)Ts——采样率
Ti——积分时间Td——微分时间Kc——比例增益Ki——积分项系数(Ki＝Kc×Ts/Ti)Kr——微分项系数(Kr＝Kc×Td/Ts)因为对辊机辊皮有凹模，在压型过程中压力F波动很大，如果直接用实测的F值作为PVn进行控制，会引起转速不正常的快速波动，使控制不能稳定。必须首先滤除F实测值中的快速变化部分(主要由模边的咬入瞬间过程及机械振动引起)，将慢速变化部分(代表成型压力的变化)作为PVn来进行调节，系统才能稳定运行。在计算机程序中将取得的F实测值进行滤波计算后，再作为PID算法中的PVn来进行控制。滤波算法是采用公知的超前/滞后环节算法PVn=(TLagTLag+Ts)PVn-1+G(TLead+TsTLag+Ts)Fn]]>-G(TLeadTLag+Ts)Fn-1------(2)]]>其中TLead——超前时间TLag——滞后时间
G——稳态增益Fn——压力F的第n次采样值。
其他符号和(1)式中含义同。
在本程序中，取TLead/TLag＜1，G＝1，构成数字低通滤波器。
除加入滤波运算之外，在PID控制算法中引入死区，即当误差en小于死区ed时，令en＝0。这样，压力F在允许的误差范围±ed内波动时，不会引起转速不必要的频繁变动，增加了控制系统的稳定性。
但是，一旦热煤⑩的温度过高，软化过度，煤带粘度变小，压力F就会变小，控制回路若仍维持原压力设定值将会使对辊转速下降，还会引起煤带上拱，热煤外溢，与机外空气充分接触，可能起火。为防止这点，在煤带上部装有限位开关⑤(S4)，当煤带上拱时，开关⑤接通(S4＝1)，通知计算机将控制回路转为手动，对辊加快到安全转速(输出M＝Mm)，并发出报警，提示操作员采取措施。
在实际生产过程中，由于种种原因，可能引起煤带的短时间中断。根据控制原理，当煤带中断时，压力F减小到零，对辊机就会自动停下来；当煤带恢复时，对辊机启动，转速由零开始增加，可能造成加速过慢引起煤带上拱。另外，对辊机在短时间内启停对电机和机械运转都是不利的。为避免此现象产生，在计算机中有一段”断带处理”程序。这段程序是这样设计的规定一个正的边界误差值E，当压力F的控制回路处于自动状态时，如果SP-PVn＞E，认为煤带断带，压力控制回路自动地切换成手动状态，即回路输出值不变，维持对辊转速，并记忆变为手动前的回路设定值，等候煤带到来；当SP-F≤E时(注意此处用的是SP-F而不是SP-PVn，目的是克服滤波引起的滞后)认为煤带到来，回路自动地无扰动(即SP＝PVn)切换到自动状态。过三秒钟，待自动状态建立后，接着恢复记忆下来的原回路设定值，压力F的控制回路又恢复正常控制运行，等待着是否出现新的断带。这段”断带处理”程序如图2所示。
进入该程序后，首先将初始压力设定值SPo赋给记忆单元，接着判断回路状态如果回路处于自动状态，则进行F的滤波计算和PID控制计算，回路输出值取PID计算的结果，进行压力自动控制，并判断断带否如不断带，则程序转出；如断带，则自动地将回路状态切换至手动，保持输出值不变，并记忆原设定值后转出。当在第一个判断框判定为手动状态时，转到检验煤带是否到来如果未到，则保持回路输出值不变后转出；若煤带到来，则无扰动切换到自动状态，过3秒钟，恢复原设定值后转出。
上述断带处理程序所能实现的功能，不需要任何人员的干预。过程中的断带与来带的调整完全是在程序控制下自动实现的。为了启动或退出该程序控制功能，在操作台上设置有开关S2。S2闭合即S2＝1，就启动该控制功能，若S2断开即S2＝0，即可退出这个程序控制。
整个对辊机成型装置计算机控制程序的流程见图3。
程序启动后，进行初始化，置入初始设定值SPo、初始输出值Mo、安全输出值Mm、滤波参数和PID参数。然后判对辊机是否已给电投入运行若未给电，程序结束；若已投运，则判断开关S2的状态；若S2＝1，执行”断带处理”程序；若S2≠1，则执行常规的PID控制程序，不再自动判断断带与来带。接着程序判断煤带是否上拱(S4＝1？)若不上拱(S4≠1)，则返回到对辊机是否投运的判断框，程序周而复始地进行下去，直到对辊机停运为止；若发现拱料(S4＝1)，则立即将压力F的控制回路打成手动状态，加大转速到M＝Mm，并向操作员发出声光报警，程序返到S4的判断框前，等待操作员处理。待正常后(S4≠1)，程序又回到第一个判断框继续执行。
本发明使热压型煤工艺的成型操作实现了自动化，具有下列好处1、由于控制住了成型压力，保证了型煤(球)有一致的良好的强度；2、使对辊转速和给煤量得到了匹配，避免了手动操作时匹配失调引起拱料而停车处理的弊病，提高了设备的作业率；3、防止因煤温过高软化过度可能引起的热煤外拱，酿成火灾，中断生产，从而确保了生产的安全顺行。
4、由于整个成型过程完全置于自动控制状态，显著地减轻了操作工的劳动强度。
与本控制程序配套的硬件系统测压仪表、变频调速器和限位开关均为通用产品。计算机可以采用公知的工业控制计算机或单片微型机。易于实现此控制系统。
实施例下面结合附图给出实施例。
图1为对辊机成型装置示意图。
图2为断带判断及处理程序流程图。
图3为对辊机计算机控制程序流程图。
在如图1所示的成型装置上，在上辊①的轴两端各装一个0-50吨规格电阻应变式的荷重传感器⑥测量成型压力F，经称重变送器转换为相应的4-20毫安标准讯号送给计算机的模拟量输入通道。经计算机程序处理后，由模拟量输出通道输出4-20毫安的控制讯号到变频调速器⑧，改变对辊机电机的转速，以维持成型压力为给定值。在煤带④上方，装置一杠杆，杠杆一头接触煤带上表面，另一头与限位开关⑤(S4)相连。当煤带上拱时，杠杆带动限位开关，使其接点闭合(S4＝1)。通过计算机的开关量输入通道把S4的状态输给控制程序。
程序启动后(参见图3)，首先进行初始化，从常数区调入初始设定值SPo＝25吨、初始输出值Mo＝25％、安全转速Mm＝100％和滤波参数超前时间TLead＝2秒，滞后时间TLag＝6秒，采样时间Ts＝2秒，稳态增益G＝1和PID参数比例增益Kc＝1.0，积分时间Ti＝20秒，微分时间Td＝0，死区ed＝2吨，采样时间Ts＝2秒，然后判断对辊机运转否 若对辊机不运转，则程序结束。若对辊机已投运，则判断操作台上的开关S2的状态若S2闭合(S2＝1)，执行”断带处理”程序；若S2≠1，则执行常规的PID控制程序，不再自动判断断带与来带。接着程序判断煤带是否上拱(S4＝1？)若不上拱(S4≠1)，则返回到程序流程的第一个判断框入口，如果对辊机未停运，则程序周而复始地进行下去，直到对辊机停运为止；若发现拱料(S4＝1)，则立即将压力F的控制回路打成手动状态，加大转速到安全转速M＝Mm，并向操作员发出声光报警，程序返到S4的判断框入口，等待操作员处理。待正常后(S4≠1)，程序又回到第一个判断框入口，继续执行控制。在控制执行过程中操作员可以通过键盘修改回路给定值，自动/手动状态切换及在手动状态下改变回路输出值M(这段键盘输入程序无创造性，从略，也未在流程图中画出)。
压力F的控制由计算机程序实现，采用通用的位置型PID控制算法Mn=Kc×en+KiΣj=1nej-Kr(PVn-PVn-1)+Mo----(1)]]>其中Mn——第n次采样时回路的输出值Mo—回路输出的初始值PVn——第n次采样时被控参数的实际值SP—被控参数的设定值en——第n次采样时的误差值(en＝SP-PVn)Ts——采样率Ti——积分时间Td——微分时间
Kc—比例增益Ki——积分项系数(Ki＝Kc×Ts/Ti)Kr——微分项系数(Kr＝Kc×Td/Ts)因为对辊机辊皮有凹模，在压型过程中压力F波动很大，如果直接用实测的F值作为PVn进行控制，会引起转速不正常的快速波动，使控制不能稳定。必须首先滤除F实测值中的快速变化部分(主要由模边的咬入瞬间过程及机械振动引起)，将慢速变化部分(代表成型压力的变化)作为PVn来进行调节，系统才能稳定运行。在计算机程序中将取得的F实测值进行滤波计算后，再作为PID算法中的PVn来进行控制。滤波算法是采用超前/滞后环节算法PVn=(TLagTLag+Ts)PVn-1+G(TLead+TsTLag+Ts)Fn]]>-G(TLeadTLag+Ts)Fn-1------(2)]]>其中TLead——超前时间TLag——滞后时间G——稳态增益其他符号和(1)式中含义同。
在本程序中，取TLead/TLag＜1，G＝1，构成数字低通滤波器。
除加入滤波运算之外，在PID控制算法中引入死区，即当误差en小于死区ed时，令en＝0。这样，压力F在允许的误差范围±ed内波动时，不会引起转速不必要的频繁变动，增加了控制系统的稳定性。
但是，一旦热煤⑩的温度过高，软化过度，煤带粘度变小，压力F就会变小，控制回路若仍维持原压力设定值将会使对辊转速下降，还会引起煤带上拱，热煤外溢，与机外空气充分接触，可能起火。为防止这点，在煤带上部装有限位开关⑤(S4)，当煤带上拱时，开关⑤接通(S4＝1)，通知计算机将控制回路转为手动，对辊加快到安全转速(输出M＝Mm)，并发出报警，提示操作员采取措施。
在实际生产过程中，由于种种原因，可能引起煤带的短时间中断。根据控制原理，当煤带中断时，压力F减小到零，对辊机就会自动停下来；当煤带恢复时，对辊机启动，转速由零开始增加，可能造成加速过慢引起煤带上拱。另外，对辊机在短时间内启停对电机和机械运转都是不利的。为避免此现象产生，在计算机中有一段”断带处理”程序。这段程序是这样设计的规定一个正的边界误差值E，当压力F的控制回路处于自动状态时，如果SP-PVn＞E，认为煤带断带，压力控制回路自动地切换成手动状态，即回路输出值不变，维持对辊转速，并记忆变为手动前的回路设定值，等候煤带到来；当SP-F≤E时(注意此处用的是SP-F而不是SP-PVn，目的是克服滤波引起的滞后)认为煤带到来，回路自动地无扰动(即SP＝PVn)切换到自动状态。过三秒钟，待自动状态建立后，接着恢复记忆下来的原回路设定值，压力F的控制回路又恢复正常控制运行，等待着是否出现新的断带。这段”断带处理”程序如图2所示。
进入该程序后，首先将初始压力设定值SPo赋给记忆单元，接着判断回路状态如果回路处于自动状态，则进行F的滤波计算和PID控制计算，回路输出值取PID计算的结果，进行压力自动控制，并判断断带否如不断带，则程序转出；如断带，则自动地将回路状态切换至手动，保持输出值不变，并记忆原设定值后转出。当在第一个判断框判定为手动状态时，转到检验煤带是否到来如果未到，则保持回路输出值不变后转出；若煤带到来，则无扰动切换到自动状态，过3秒钟，恢复原设定值后转出。
上述断带处理程序所能实现的功能，不需要任何人员的干预。过程中的断带与来带的调整完全是在程序控制下自动实现的。为了启动或退出该程序控制功能，在操作台上设置有开关S2。S2闭合即S2＝1，就启动该控制功能，若S2断开即S2＝0，即可退出这个程序控制。
整个对辊机成型装置计算机控制程序的流程见图3。
程序启动后，进行初始化，置入初始设定值SPo、初始输出值Mo、安全输出值Mm、滤波参数和PID参数。然后判对辊机是否已给电投入运行若未给电，程序结束；若已投运，则判断开关S2的状态；若S2＝1，执行”断带处理”程序；若S2≠1，则执行常规的PID控制程序，不再自动判断断带与来带。接着程序判断煤带是否上拱(S4＝1 )若不上拱(S4≠1)，则返回到对辊机是否投运的判断框，程序周而复始地进行下去，直到对辊机停运为止；若发现拱料(S4＝1)，则立即将压力F的控制回路打成手动状态，加大转速到M＝Mm，并向操作员发出声光报警，程序返到S4的判断框前，等待操作员处理。待正常后(S4≠1)，程序又回到第一个判断框继续执行。
本例所列参数值仅为某一装置所用。根据原料的不同或设备容量的不同，应根据工艺要求采用相应的设定值及各项参数值。本程序可适应此类成型装置的各种规格和各种成份的煤料，也适用于非热压的工业型煤对辊成型装置。
权利要求
1.一种计算机控制程序，对由螺旋挤压机、对辊机所构成的热压型煤成型装置进行自动控制，其特征在于(1)在对辊机辊轴上安装荷重传感器，测量对辊成型压力，通过计算机控制程序和变频调速器改变压球速度当F大于设定值时，加快对辊转速；反之，当F小于设定值时则降低转速，以维持成型压力为设定值；(2)对由荷重传感器测得的压力讯号，用TLead/TLag＜1，G＝1的超前/滞后算法进行数字低通滤波后，再进行当误差en小于ed时，令en=0的带死区的PID控制运算，以保证控制的稳定性。这里TLead代表超前时间，TLag代表滞后时间，G代表稳态增益，en代表控制回路设定值SP与被控参数实际值PVn之差，ed为允许误差值(死区)；(3)当压力控制回路SP-PVn＞E(E为给定的正的误差值)时，认为煤带断带，压力控制回路自动地切换成手动状态，即回路输出值不变，维持对辊转速，并记忆变为手动前的回路设定值，等候煤带到来；当SP-F≤E时，认为煤带到来，回路自动地无扰动(即SP＝PVn)切换到自动状态。待自动状态建立后，接着恢复记忆下来的原回路设定值，进行正常控制并等候着出现新的断带。以此，防止对辊机的频繁启停或拱煤；(4)用限位开关检知煤带是否上拱，若煤带上拱，计算机将控制回路转为手动，对辊加快到给定的安全转速，并发出声光报警，提示操作员处理。
全文摘要
本发明涉及一种对辊机成型的自动控制计算机程序。其特征是在对辊机轴上安装荷重传感器测量对辊成型压力，经数字低通滤波后进行带死区的PID计算去改变对辊转速，以维持成型压力为设定值。程序能自动地判断煤料的断与续，相应改变控制回路的状态以避免对辊频繁启停。当限位开关感知到煤料上拱时，给出安全转速并报警，以防热煤溢出引起火灾。
文档编号C10F5/04GK1136683SQ95110250
公开日1996年11月27日 申请日期1995年5月22日 优先权日1995年5月22日
发明者鲁绍基, 李志红 申请人:冶金工业部鞍山热能研究院