膠帶輸送機自動監控系統研究

杜宣

摘 要 帶式輸送機是礦業生產中重要的運輸設備，帶式輸送機膠帶運行狀況是關系到帶式輸送機使用壽命的關鍵。文章結合CST的工作原理進行分析，研究在緊急狀況時自動控制系統的積極作用。

關鍵詞 CST；膠帶輸送機；PID控制；監控系統

中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0011-01

1 可控傳動技術（CST）工作原理概述

CST系統是一個裝有濕式摩擦離合器反應盤的齒輪變速器，其之所以在膠帶輸送機的工作中實現起動、停車、調速和功率平衡的功能，是因為其能夠對主機摩擦離合器反應盤進行星傳動的差動控制。CST主機系統反應盤是根據牛頓流體力學的內摩擦定律來實現其差動控制功能的，這也是其正常運行的基本原理。CST系統的自動監控的實現是建立在PLC之上的，其監視、控制、操作都是通過PLC的控制系統提供接口，由PLC進行即時信息的收集、分析和處理。從本質上來講，膠帶輸送機采用CST的目的是減緩或平衡在運行過程中，由于狀態的瞬間改變而形成的瞬時尖峰張力，通過時段緩沖降低膠帶輸送機的應力作用，對其起到保護作用。

2 膠帶輸送機控制系統設計分析

2.1 系統組成

膠帶輸送機的監控系統根據其功能分配主要分為兩大部分，即PLC和人機界面MHI，通過這兩部分的配合實現傳送監控、CST可控啟動、故障檢測及保護裝置等需求，這些實時信息在人機界面的觸摸屏上顯示。一般來說，采用的CST系統具備支持多種通信方式的功能，其系統構成包括電源模塊、CPU硬件模塊、開關量輸入輸出模塊、繼電器觸點輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、高速計數模塊和通信模塊。

2.2 SLC500系統構架

以SLC500作為監控系統的主框架系統，其在功能實現上包括模塊化處理器SLC 500/04、開關量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、頻率量輸入模塊等，每部分根據功能需要具備不同特點。SLC 500/04在SLC 500/03的基礎上進行了改進和功能增補，添加了DH+通訊功能，處理速率高。開關量輸入輸出模塊的LED即時指示每個I/O狀態，并且此模塊的自鎖式裝置使得其取放靈活。模擬量輸入輸出模塊可有用戶進行選擇通道，以便鏈接各類電信號，并且輸出模塊具備高精度控制功能。頻率量輸入模塊選用1746-CTR4型號，其可自動校正編碼器和各種高速開關的輸入進行雙向頻率，出累計加數外，以Hz為單位的脈沖速率檢測亦可實現。

2.3 觸摸屏

為實現高性能的色彩顯示和突破空間限制，系統選用PanelView 600型號，觸摸屏，320×234分辨率，128個觸摸單元。為實現多點連接及現場操控，現場觸摸屏控制采用DH+網絡和PLC通信。DH+網絡能夠實現基于PLC的點對點通信，傳輸距離可達10，000英尺。在PLC系統、計算機、數控設備、操作員界面等模塊的配合下，DH+網絡可實現遠程鏈路組態、編程、故障查詢等功能。

3 控制方法研究

結合專業內研究分析及實際運行經驗，PID控制是膠帶輸送機控制系統中最常用、最有效的控制規律，以下研究均是建立在PID算法之上。

3.1 PID控制算法

在CST控制中的PID算法公式為：

其中：Kc—控制器比例系數；—復原項積分系數；Td—比率項微分系數；（E）=SP-PV，SP—定值；PV—過程變量。

CST控制中PID指令是一個復合程序模塊，這個模塊在框架基礎上，程序員更加實現功能需求自主定值功能指令設置，在一個閉環系統中實現PID控制器的作用。相對于完整性的自編程序，這種符合程序模塊PID指令編制大大減少了程序員的工作量，減少失誤，增加了系統的可靠性。PID初始參數是必須設定的，并且三個控制參數必不可少，分別映射在23個運行參數字中的特定三個字上。在Loop update、Control mode等參數分別設定后，SCP指令整定PV、CV范圍，將其傳輸到PID指令中，然后根據PID算法進行計算輸出，然后把控制輸出的值放入N7：39中，最后用MOV指令進行數值變換，傳遞到模擬量輸出模塊，得到PID指令實現。

3.2 參數整定方法

CST主從驅動控制系統參數設定方法采用二步整定法，是一種典型的串級控制系統，在進行膠帶輸送機控制運行時，系統處于串級工作狀態，整個參數整定過程按照單回路模式，但視其為串級控制系統的一個環節。參數整定采用以下步驟方式。

1）閉合主、副環路，朱控制器比例100%，積分時間最大，微分時間最小，副環整定方法比例4：1，得到副變量比例度δ2S及振蕩周期T2S。

2）在副變量比例度為δ2S時，同樣方法及狀態整定主控器參數，在4：1衰減震動中，得到主變量比例度δ1S及振蕩周

期T1S。

3）結合前兩步驟中確定的主副變量的比例度和振蕩周期，結合主副控制器的選型，將δ1S、T1S、δ2S、T2S代入單回路控制系統整定時設定公式，可計算出主副控制器的參數δ、Ti及Td。

4）最后將控制器的所有參數按照先副后主、先比例后積分、最后微分的順序設定，之后驗證運行曲線，不合適的地方可進行微調。

在CST控制系統中的PID控制方法，確定各環路參數十分重要，這些參數在一定程度上影響到整個系統進行控制的性能，進而影響膠帶輸送機的運行可靠性和安全性。PID參數整定的軟件很多，在實際運行設計中，根據功能要求選擇適當的軟件進行參數整定十分重要。

4 CST控制系統運行實踐分析

在實踐工作中，結合單位具體現狀，選取計算合理的PID參數下載到SLC500中，然后啟動CST主從控制系統運行。在運行中運用RSTREND原件進行膠帶輸送機工作曲線測定并記錄，經過曲線分析，皮帶機速度的運行、控制、調整等一系列動作均符合預先給定曲線，說明CST控制系統較好的實現了軟起、軟停功能，系統運行良好。

參考文獻

[1]賈文琪，王雪.膠帶輸送機遠程監控系統的設計[J].工礦自動化，2010（12）.

[2]曹成.礦用帶式輸送機監控系統研究[D].安徽理工大學，2010.

[3]秦軍勝.煤礦膠帶輸送機分布式監控系統的通信網絡[J].中州煤炭，2008（2）.endprint