二次称重技术在快速装车站智能化改造中的应用

2016-09-16北京天地科技股份有限公司

电子世界 2016年12期

北京天地科技股份有限公司　刘　赟

北京天地科技股份有限公司刘赟

随着我国煤炭生产技术的发展，煤矿生产技术装备实现了从传统半机械化-机械化-综合自动化的跨越式进步，但单机煤机产品智能化水平和成套设备的配套性、稳定性等方面仍与国际先进水平存在较大差距，难以满足成套煤机设备高性能、高可靠性的需求。文中从进一步提升装车站称重精度、称重速度及稳定性的角度出发，提出一种改进型称重控制方法，以提高装车站称重控制系统性能和智能化水平，满足煤炭生产企业及运输部门对于装车站的运行要求。

1　系统组成及工作原理

快速装车站称重系统主要由配料仓及仓下配料闸门、称重仓及仓下卸料闸门、称重传感器等组成，其布置如图1所示，仓下闸门分别由液压缸驱动。

图1　快速装车站称重系统组成

当启动称重程序时，配料仓下配料闸门打开，向称重仓中配煤，称重传感器实时探测称重仓中的煤量，配入称重仓中的煤量为程序中预先设定的标载值。当称重仓煤量达到预定的重量时，配料闸门全部关闭，系统提示操作者配料过程已经完成。

当收到配料完成信号后，操作人员可启动卸料程序，将称重仓下的卸料闸门打开，将配好的煤卸至待装车厢内。卸料完成后，卸料闸门关闭，配料闸门打开，开始进入下一个称重控制循环，从而实现自动称重控制。

2　二次称重思想的提出

为保证车辆运行安全，铁路部门对每节车皮装载的货物重量有严格的要求，装车过程中必须保证货物不能超载，否则需人工将多配的物料卸至车厢外，同时，为了提高铁路车辆的运行效率，铁路部门及业主对装车的时间也做了严格的要求。在实际装车过程中，系统运行的稳定性也十分重要，一旦出现因为称重问题而导致的补料、卸料等，将极大的影响装车的时间。

为实现装车站称重控制系统的设计要求，本文提出二次称重控制思想，在配料与卸料两个独立且互锁的过程中，分别通过增量法与减量法的控制方式实现两次称重，使装车站在保证配料速度的前提下，确保配料精度达到装车要求。

2.1一次称重

一次称重技术指配料过程的称重控制，系统采取的是大流量粗配、小流量精配和设定闸门关闭提前量的控制技术，首先，在配煤启动阶段，闸门全开，通过大流量粗配的方式，在短时间内，使称重仓内的煤量迅速接近设定的标载，其次，依次逐步关闭闸门口，减小流量，通过小流量精配的方式，在一定时间内补足称重仓内不足的煤量，最后，估算闸门关闭时尚在半空中的物料重量，在达到设定的闸门关闭提前量时关闭所有闸门，从而实现一次称重。

2.2二次称重

二次称重技术指在卸料过程中的称重控制，在一次称重过程完成以后，根据称重仓内物料的误差范围，采用减量法的控制方式，控制称重仓的卸料量，将多余的物料留在称重仓内，从而解决装车过程中的超吨情况，实现精确装车。

3　二次称重控制系统的分析和实现

3.1一次称重控制系统的分析和实现

影响一次称重控制系统称重误差的因素有：（1）称重传感器与称重仓组成的称重系统阻尼比ζ小，导致系统震荡严重，使得系统采集到的称重信号不能反映真实的重量测量值，同时，阻尼比过小易导致系统达到稳态的调节时间变长，称重系统的快速性不能得到保证。（2）物料下落对于秤体存在冲击力，使测量值大于真实值。（3）物料的容重、流散性、粘结性等特性对称重速度和精度有着极大的影响。当配料闸门打开时，物料由于重力的作用下落入称重仓内。对于某些粘结性较大的物料，或者物理特性不均匀、不稳定的物料，设定的闸门关闭提前量难以达到较高的控制精度，易产生较大程度的称重误差。

对于一次称重存在的误差，本文采用以下办法：（1）根据动力学力学分析，建立动态称重系统的动态数学模型，通过系统的时域动态建模，建立动态校正环节，实现对系统动态品质的补偿，达到改善系统动态品质的目的。（2）在精配环节，采用模糊控制的方法，建立以实际下料的重量与给定重量的偏差以及偏差的变化率为输入的模糊控制器，通过参数自调整，主动识别和利用控制系统所提供的信息，通过实时的自动修改、完善和调整控制规则，使控制器的性能不断完善，直到获得预期的效果。

3.2二次称重控制系统的分析和应用

根据不同的工况采取相应的控制策略：（1）当称重仓内配料达到设定值，不必进行二次控制。此时卸料闸门完全打开，将仓内物料放空，完成卸料过程。（2）如果称重仓内配料超过设定值，则对卸料闸门进行比例控制，通过调整卸料闸门开口大小，对卸料进行控制。最终的配料精度为卸料前称重仓物料质量减去卸料后仓内物料质量。根据卸料结束后剩余物料的多少，可以分为多余料和少余料两种情况：多余料工况仓内剩余物料较多，卸料闸门开口由最大逐渐减小直到为零。少余料工况仓内剩余物料较少，剩余物料形成了截面为三角形的堆积状态。卸料闸门最终处于某个开口值。

3.3电液控制系统方案的确定

为实现二次称重控制目的，卸料闸门的控制应具有下列特点：（1）为了达到较快的卸料速度，卸料初始阶段，卸料闸门应全部打开。（2）卸料闸门关闭时受到矿石物料在卸料过程中的冲击干扰很大，会影响到卸料闸门的控制效果。

因此，卸料闸门的控制性能对二次称重系统的控制精度具有举足轻重的作用。

本文采用了电液比例位置系统来控制卸料闸门的开口大小。

电液比例控制技术是一种可靠、价廉、控制精度和响应特性均能满足一般工程技术实际需要的电液控制技术。电液比例闭环控制系统更是综合了电气和液压两方面的优点，具有控制精度高，价格相对便宜和易维护的特点。

二次称重电液比例控制系统的液压原理图如图2所示。

图2　电液控制系统原理图

控制称重仓卸料闸门的液压缸1和2有两种控制方式。一种是分别由电磁换向阀3和4控制，其目的是为了保留原称重系统的控制方式，另一种是分别由电液比例阀4和5控制。称重控制系统读取称重仓内预装物料吨位信号，如果称重仓内的预装物料与目标吨位的差值在误差允许范围以内，控制系统通过电磁换向阀2和3将卸料闸门全部打开和快速关闭以完成卸料过程。如果称重仓内的预装物料与目标吨位的差值超过一定的范围，此时根据工况的不同，控制器根据预装物料与目标吨位的差值发出相应的指令信号，通过电液比例阀4和5控制卸料闸门开口大小，从而控制超重物料的滞留质量。