變頻－模糊控制系統在破碎機上的應用

　　隨著工農業生產的不斷發展和進步，企業對傳動系統調速性能及可靠性和設備自動控制性能的要求日益增加，由此，80年代末以來，國際上廣泛采用交流電機變頻調速系統替代原有直流調速和其它各種調速技術，在控制方面，新的智能控制理論迅速發展，其中模糊控制理論已趨于成熟，在許多領域顯現出替代常規PID控制的趨勢。我們將以上兩項新技術結合起來，開發出變頻—模糊控制系統，并應用于水泥廠的破碎和負荷自動控制上，取得了非常好的效果。
1　變頻技術簡介
　　1)交流異步電動機的同步轉速為n=60f/p交流異步電動機的轉速為n=60f/p(l－s)其中：
　　f──電源頻率；
　　p──電機極對數；
　　s──電機轉差率。
　　由上式可見，交流電動機可通過改變電源頻率來實現無級調速。交流變頻調速具有機械特性較硬，調速范圍寬，調速精度高及功率因數高等一系列優點，用時又易實現閉環控制。
　　2)變頻調速器一般采用恒磁通調速，電壓與頻率之比保持恒定，電動機運行后基頻(50Hz)以下為恒轉矩調速，在基頻以上為恒功率調速。
2　模糊邏輯控制簡介
　　模糊邏輯控制是目前最成功、最實用的智能控制方法。進入90年代已形成與傳統控制理論迥然不同的新型控制理論，成為自動控制領域的熱點技術之一。
　　模糊邏輯控制可以在難于或無法建立數學模型的場合，模擬人工控制思想，依經驗對控制對象進行有效的控制。模糊邏輯控制器根據操作工人的經驗，總結出一組“若……則……”的關系，然后經過模糊邏輯推理，便可對設備進行操作，它無需數學模型(在復雜系統中數學模型往往難以建立)，使控制實現方式更加直接、迅速。
　　應用模糊邏輯控制的基本過程如圖1。

圖1　模糊邏輯控制基本過程
3　變頻－模糊控制系統在破碎機上的應用
3.1　破碎機
　　破碎機是用來進行原料加工的重型設備。原材料進廠后，經過破碎工序使之成為符合工藝要求的粒度，供生產使用。通常企業在選用破碎機時都按照生產需要量選用留有一定裕度的規格，以確保生產的需要。生產中，板式或皮帶喂料機上原料大小及堆放極不規則，隨機性很大，難于用傳統自動控制方法實現閉環控制。在傳統的輸送過程中，由于缺乏靈活智能的控制裝置(包括人工控制和有級切換調速)，使破碎機經常處在過負荷和欠負荷的情況下工作。
3.2　系統配置及結構
　　變頻—模糊控制系統是根據對破碎機負荷的實時監測，調整喂料機的速度，以求對破碎機適量均衡喂料，達到保護設備、提高破碎機生產能力的目的，其系統結構如圖2。

圖2　破碎機模糊控制示意
　　系統根據喂料機電機的功率采用不同的標準控制柜，柜內裝有與電動機功率相適應的三相交流變頻調速器，啟動、保護設備及其他相關儀表。破碎機電機電流經過互感器接入控制柜，然后經霍爾元件進入模糊邏輯控制器。控制器直接對變頻器進行邏輯控制。柜內還有多個控制點，分別用于破碎機及系統連鎖保護。通過對控制器參數的修改設定，即可使破碎機負荷控制達到滿意的效果。基本配置見圖3。

圖3　破碎機模糊控制配置
4　系統應用效果
　　系統應用于徐州淮海水泥廠。該廠原有的兩套破碎設備是從羅馬尼亞引進的，設計產量為240t/h，破碎機主電機為400kW/6kV，板式喂料機電機22kW/380V，Δ/YY兩級自動切換調速。由于板式喂料機電機只能有限調節喂料速度，當大塊石料到達時仍在高速喂料，常引起主電機過載而跳閘。當石料少時，因板喂機速度有限，只能使破碎機較長時間輕載等待，因此效率不高，平均臺時產量最高時僅為180t/h。同時，板式喂料機電機的兩極調速電控裝置是通過改變喂料電機接法即電機極對數來實現的，這將導致設備工作時的頻繁切換，常常使電機發熱，以至燒毀電機。
　　根據該廠板式喂料機是交流電機拖動的特點，我們采用變頻—模糊控制系統，通過模糊控制器監測破碎機電機負荷，改變變頻器的輸出頻率(頻率范圍為0～70Hz)，實現了板式喂料機更大范圍的無級調速。系統運行后，破碎機工作狀況大為改善。經過長時間運行考驗，當破碎機的控制負荷設定在額定負荷的85%時，其產量可達到240t/h，比原來提高44%。采用新系統后，由于使用了無觸點軟起動的變頻調速，既保護了電機又提高了破碎能力，受到用戶歡迎。僅節電一項運行一年已節省33萬元。
　　此外，變頻模糊控制系統還應用于山東煙臺三菱水泥廠、北京首鋼礦業公司燒結廠等大型企業，均取得了理想的效果。