阳极铜定量浇铸的流量pid 控制

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1、阳极铜定量浇铸的流量PID控制张莉江西铜业公司材料设备公司江西贵溪335424【文章】国内的阳极铜定量浇铸从上个世纪90年代逐步发展起来，其控制方式历经时间控制、重量自学习控制、到流量控制，本文阐述这三种控制方式的优缺点。【关键词】阳极铜；定量浇铸；PID；流量控制0前言阳极铜的定量浇铸，广泛地运用于铜冶炼厂的阳极铜生产车间。定量浇铸控制的优劣，直接影响到下到工序电解阳极机组的上机率和阴极铜的残极率。1定量浇铸简介图1定量浇铸示意图1.1定量浇铸的组成如图1所示，定量浇铸系统主要由称重平台、浇铸油缸、浇铸包三部分组成。称重平台下有称重

2、传感器，用于检测浇铸包的重量变化。浇铸油缸行程由比例伺服阀控制。1.2定量浇铸的过程当浇铸包内的铜水量到额定值时，PLC读取称重传感器的重量G1，浇铸油缸伸出开始浇铸，结束后油缸返回，PLC读取称重传感器的重量G2，G3=G1-G2,就得出了阳极板的重量G3。下文以浇铸380公斤的阳极板，来介绍三种定量浇铸控制方式。2时间控制的定量浇铸2.1时间控制的定量浇铸过程浇铸包的整个浇铸过程大概15秒左右，可以分为5个浇铸阶段。第一个浇铸阶段为0-3秒，这时浇铸包刚刚抬起铜水还没有出来，赋予伺服阀的速度V1；第二个浇铸阶段为3-6秒，这时铜水

3、刚刚出来，赋予伺服阀的速度V2；第三个浇铸阶段为6-9秒，此时铜水的流量最大，赋予伺服阀的速度V3；第四个阶段为9-12秒，浇铸后期铜水流量在减少，赋予伺服阀的速度V4；12秒以后为第五个阶段，赋予伺服阀的速度V5，当阳极板的重量到设定的返回重量（假设为G0公斤）时，浇铸油缸返回。2.2时间控制的定量浇铸使用情况这种控制方式对操作人员的水平要求比较高，在浇铸过程中不断地调整V1~V5和G06个参数，才能较好地控制阳极板的重量，误差1公斤以内的阳极板只能达到20%。3重量自学习控制的定量浇铸3.1重量自学习控制的定量浇铸过程也分为5个浇

4、铸阶段。第一个浇铸阶段为0-3秒，这时浇铸包刚刚抬起铜水还没有出来，赋予伺服阀的速度V1；第二个浇铸阶段为3秒-阳极板重量达到100公斤时，赋予伺服阀的速度V2；第三个浇铸阶段为阳极板100公斤-200公斤时，赋予伺服阀的速度V3；第四个阶段为阳极板200-300公斤时，赋予伺服阀的速度V4；300公斤以后为第五个阶段，赋予伺服阀的速度V5，当阳极板的重量到设定的返回重量（假设为G0公斤）时，浇铸油缸返回。浇铸结束后阳极板的返回重量做自学习G0=G0+380-G3,以便于下一次浇铸的准确性。3.2重量自学习控制的定量浇铸的使用情况这种

5、控制方式是国产现阶段阳极板定量浇铸使用的主流模式，误差1公斤以内的阳极板能达到80%。这种控制方式的主要缺陷就是抗干扰能力差，当浇铸包内的铜水量发生突变时（操作人员对浇铸包进行清理和中间包出现铜水量异常时）需要浇铸三块以上的阳极板才能恢复到稳定的状况。4流量控制的定量浇铸4.1流量控制的定量浇铸过程也分为5个浇铸阶段。第一个浇铸阶段为0-3秒，这时浇铸包刚刚抬起铜水还没有出来，赋予伺服阀的速度V1；第二个浇铸阶段为3秒-阳极板重量达到100公斤时，控制伺服阀的速度以达到浇铸包的铜水流量为Q1；第三个浇铸阶段为阳极板100公斤-200公

6、斤时，控制伺服阀的速度以达到浇铸包的铜水流量为Q2；第四个浇铸阶段为阳极板200公斤-300公斤时，控制伺服阀的速度以达到浇铸包的铜水流量为Q3；第五个浇铸阶段为阳极板300公斤以后控制伺服阀的速度以达到浇铸包的铜水流量为Q4，当阳极板的重量到设定的返回重量G0公斤时，浇铸油缸返回。传统PID控制器的原理图如图2.1所示。它是一种线性控制器，根据系统的偏差，利用偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）的线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。图中，虚线框内即为PID控制器，r(t)是系统的给定量，y(t)为系统的实际输出量，e(t)是

7、系统偏差量，它是等于给定量r(t)与实际输出量y(t)之差，即：(式2.1)u(t)为PID控制器的输出控制量，它是偏差信号e(t)的比例、积分和微分的线性组合，它的数学定义如式2.2所示：(式2.2)式中：KP——比例系数；TI——积分时间常数；TD——微分时间常数；u(0)——PID控制器起始输出值。图3LOGIX500的PID功能块上图是LOGIX5000的PID功能块。0.1秒采样周期内各个浇铸阶段实际流量和目标流量的偏离值为Q0。第二阶段开始的比例伺服阀的控制电压是V0。图4LOGIX500的PID功能块设置图4是PID的功

8、能块的设置画面，主要调节的参数是比例增益、积分增益和微商时间。比例增益：即成比例地反映系统的偏差信号，系统偏差一旦产生，PID调节器立即产生与其成比例的控制作用，以减少偏差。积分增益：用于消除稳态误差，提高系统的无差度。