带式输送机自动控制系统的应用

2019-12-02周跃国

电子技术与软件工程 2019年11期

文/周跃国

目前，我国大规模使用的带式输送机控制系统功能过于单一，只能对设备的启动、停止、或设备组件的某一功能展开控制，如系统的保护装置、制动器、张紧、驱动单元等，无法通过系统运量、张力、速度等运行信息的采集对带式输送机运行全过程的状态进行控制，以便规避设备抖动问题，合理匹配设备运量以及带速，最大程度上发挥效能，减少对电能的消耗，保障运行安全、稳定、高效。因此，探究带式输送机自动控制系统，并实现系统的科学应用对改善当前设备自动化控制效果有着重要的现实意义。

1 模糊控制理论对优化带式输送机自动控制系统的价值

刚体结构应力分析、压陷阻力理论、带式输送机动态分析、软启动可控技术、均衡技术、监测技术等都是支撑带式输送机运行的基础理论，但是设备在运行过程中，其动态特性会因很多因素的变化而发改变，这就导致控制难度升级，而模糊控制理论能够巧妙的回避因不确定因素变化导致的设备动态特点变化问题，同时根据传感器搜集的信息以及有效参数，直接向控制系统提出控制请求，以便保障控制指令输出被优化，有效调节带式输送机运行中的速度与张力，实现无煤待机、根据煤量调节运行速度的目标，以便提升设备的运行效率与安全性。具体来讲，在以下方面上，模糊控制理论对带式输送机控制系统的优化作用十分突出：

（1）当输入变量的变化率与带速误差处于相同状态时，表示其带速逐渐朝着不理想的状态发展，此时则需要有效的控制，降低带速误差，以便抑制其变坏的趋势，保障设备效能实现最佳；但是如果此时输入带速误差处于较小状态，则需要避免设备产生强烈的震荡，此时则需要通过一般控制，抑制带速误差变坏趋势；但如果相对速度误差值进行控制，则需要保障变量处于最小状态才能维持设备的稳定运行。

（2）当输入变量的变化率与带速误差处于不同状态时，表明带速逐渐朝着理想化状态发展，此时通过一般控制测量即可实现对速度误差的有效控制，以便保障设备处于最佳运行状态；但是如果输入的带速误差较小，则需考虑对震荡的控制，以便防止调控幅度过大，这样可以采取最小控制措施降低速度产生的偏差。

从上述分析可以看出，采取中心平均法作为清晰化分析方法与模糊理论进行对比，可以发现清晰化分析方法虽然计算简单，但是计算内容量大；虽然可以保障控制的时效性与连续性，但是与模糊控制理论在精准性上的相比则存在较大的差距，模糊控制理论可以提升控制的针对性，所以基于量化因子展开控制能够更好的实现理想控制目标。

2 带式输送机自动控制系统优化设计与应用

2.1 系统架构

由于带式输送机的运行环境相对恶劣，存在诸多不稳定以及干扰性因素影响着设备的运行，因此，在其控制系统设计过程中应始终坚持提升控制可靠性的原则，文章以型号为西门子S7-300 的可编程控制器为例，对其系统架构设计进行了具体分析。系统主要由监控层、控制层、设备层、执行层四部分构成，为了保障其自动化生产目标的实现，控制系统运行始终遵守安全、可靠；成熟、先进；规范；开放与标准；可扩展；可管理六项基本原则。

2.2 系统硬件

本次探究中带式输送机自动控制系统中硬件部分的设计主要包括以下组成内容：上位机、PLC 控制柜、操作台、高低压开关柜、UPS 电源柜、保护装置、传感器等内容，从其组成部分的功能来看，可以划分为检测单元、制定单元、决策单元等三个部分，根据工作需要在运行中可以采取集中控制、手动与自动相结合等多元工作方式，保障对设备的有效控制。具体来讲，硬件构成中检测单元是控制的基础，其通过传感器发挥作用，检测设备运行中产生的电气信号、张紧装置参数信息、制动装置参数信息、变频器状态转变信息、控制信号灯，将这些信号通过传感器的识别可以直接输送到控制系统的功能模块中或I/O 上。而决策单元的存在是基于检测单元提供的信息及时做出有效、准确的控制决策，其是整个控制系统的核心环节，需要选择高效运算、安全可靠的硬件设施，如操作台、上位机、PLC 主站等都属于决策单元，其中PLC 主要负责接收信号，通过控制逻辑的分析以及相应运算及时做出控制指令；上位机主要负责信息的汇总、分析、显示、存储，并可以实现设备的联锁控制或单独控制。执行单元主要由变频器、开关、制动装置等构成，其主要负责执行PLC 发出的控制指令。

2.3 系统软件

软件设计主要是为了实现带式输送机的张紧控制监测、综合保护监测、制动器监测等功能，其中针对设备运行中高压变频器的调节主要是通过设备速度调节与控制来实现，在设备运行中通过程序可以通过逻辑展开对数字的预算，并使主变频器接收全部的频率控制信号，这样可以实时、完整的对设备运行参数以及有效信息进行采集，保障逻辑运算结果的准确性以及高效性，这是控制系统发挥作用的核心环节。同时，在软件设计环节，仍要考虑到上位机的运行需要，其作为控制系统监测与控制的核心，应保障其硬件以及软件的可靠、稳定，才能保障控制系统功能的实现，因此，在设备运行前，启动开关装置时需要通过查询系统对变频器设备信号、张力章程信号、综合保护装置自检正常信号等信息进行全面的检测，以便满足设备启动的基本要求，从而在设备运行过程中绘制启动至实现额定带速中曲线启动变化情况，可以直观的分析设备的运行状态，保障起车环节无任何问题。此外，为了有针对性的对带式输送机运行过程中的速度进行调节，实现规避压煤、无煤待机、少煤慢运、多煤快运的控制效果，可以基于驱动功率展开模糊控制设计，通过确定采集胶带速度与速度上限进行对比，如果其速度超过额定速度范围，则采取降低频率措施；而如果小于额定速度，其可以通过计算速度差以及变化率确定最终的输出频率，从而提升控制的精准性，以便能够根据不同的运行状态做出不同的反应，保障控制效果以及控制的及时性。

在具体应用过程中，使用额定参数为电机功率900kW、电压10kV、速度每秒4m、运量每小时1800t 的带式输送机作为仿真模拟对象，通过模糊控制理论以及一般控制系统对其运行展开控制。通过绘制的带速曲线图与电流曲线图可以发现模糊控制理论下的自动化控制系统曲线基本平滑，未出现较大的波动与突变，这在一定程度上也表明模糊理论控制下设备的运行相对稳定。而保障其它参数不变，将运量调整为每小时1200t 后，一般控制系统则未发挥出对运量以及带速有效控制与调节的作用，但模糊控制可以根据运量对设备带速进行调整，而且曲线平滑，可以明显的看出电流的下降。由此可以看出。模糊控制理论在带式输送机控制系统中的应用具有极高的可行性。