基于多目標優化的堆取料機作業控制系統設計及應用

史可心+胡建軍

【摘 要】隨著近年來我國科學技術的不斷進步，自控理論等高科技產業也快速發展，臂式斗輪堆取料機控制系統也日漸完善。為了使控制系統更具穩定性，安全性，設備的操作和維護自然就會有更高的要求，本文筆者在介紹了堆取料機作業控制要求。及系統功能的基礎上，。主要探討了堆取料機作業控制系統設計優化方法。

【關鍵詞】臂式斗輪堆取料機；控制系統。控制要求；優化方法

1.堆取料機作業控制系統要求

通過對堆取料作業特性的分析，結合現場工藝需求，確定。了堆取料機作業優化與控制要求，分別如下所述：

1.1對堆取料機作業進行優化設計，減少設備運行成本和維修成本。

1.2通過確定最優堆取料模式，實現自動堆取料。

1.3實現料場圖自動繪制，建立堆取料報警機制，同時實時監控料場作業情況。根據述作業優化與控制要求，需要建立堆取料機作業優化模型和優化算法，設計堆取料機作業控制系統對堆取料作業進行優化與控制，同時實現自動堆取料、料場圖自動繪制、堆取料報警，以及料場實時監控等功能。

2.堆取料機作業控制系統功能

根據堆取料控制要求，應用本文提。出的優化方法建立堆取料機作業控制系統，共包含5大功能，分別如下：

2.1堆取料優化

通過將本文提出的堆取料機優化算法編寫成堆取料優化模塊，作為一個單獨的功能模塊嵌入在堆取料機作業控制系統。中。同時，控制系統與L。I～HL2層工業網絡之間的數據是共享的，因此該程序所需的堆取作業計劃、料場信息及堆取料機在料場中所在位置等數據，町從數據庫中獲得。程序運行結果也保存在服務器中，以指導料場作業。當系統下達作業指令時，管理員只需點擊。“堆取料優化。”按鈕，就可以得到最適合本次作業的堆取料機編號。

除此之外，系統在堆取料過程中根據堆取料機的走行位置、作業料堆的邊界地址與作業結束地址之間的距離來控制堆取料過程。如果已接近作業結束地址，系統會提示警示信息。目前。已完成作業量和剩余堆積地址，內可堆取的最大量都會在監控畫面上顯示。

這樣，管理人員呵以直觀地判斷，目前剩余地址內是否能完成本次堆取料作業，如果滿足，則在完成剩余作業量堆取之后提示作業結束；否則，管理人員通知堆取料機停止作業。當剩余在地面皮帶的原料傳送完畢時，自動結束本次堆取料作業，同時將備用地址作為新作業指令下發給對應堆取料機，重新開始作業。

2.2料場圖繪制

現場原有的料場圖繪制完全是人完成，不僅更新慢，而且精度低，因此，需采用自動繪制的料場圖替代原先的手繪料場圖基于堆取料機回轉角度、俯仰角度、懸臂長度、出料。口高度、料堆的堆積半徑等參數建立數學模型，采用討算機繪圖技術。自動生成料場圖，為現場操作人員的決策制定提供詳細信息。

2.3機械控制

收到包含作業貨種、計劃作業量的堆取料計劃后，系統根據作業貨種在基礎信息庫中查出對應堆比重、堆積角度信息確定堆積模式然后通過PLC控制堆取料機的懸臂回轉、斗輪機構、物料流、俯仰機構、尾車、機電保護和大車行走等部件實現堆取料自動作業，該模塊是堆取料機作業控制系統中不可缺少的部分。

2.4集中監控

系統選用WinCC在主控室上位機上開發流程監控系統，實現對整個堆取料作業的監視與控制。同時，在堆取料機上安裝視頻監控設備，然后將信號通過工業網絡傳送到主控室，以實時顯示堆取料機作業時各機構的運動、料堆形狀的變化以及物料流動的情況。

3.臂式斗輪堆取料機作業控制系統設計優化方法

3.1臂式斗輪堆取料機的硬件系統設計

臂式斗輪堆取料機的電氣控制系統由電源部分、電動機控制中心（MCC）、變頻調速系統、操作臺、PLC。及觸摸屏等組成。PLC。是系統的控制核心，采用。SIEMENS公司的S7300系列可編程序控制器，主機采用CPU315-2DP，提供一個。PROFIBUSDP接口。

變頻器采用施耐德公司的ATV7。變頻器。

軟起動器采用西門子公司的3RW44。

變頻器、人機界面等現場裝置，通過獨立的Profibus-DP接口直接連接到現場總線上PLC通過邏輯運算處理發出相應的數字信息，從而控制現場裝置的工作運行。

3.2臂式斗輪堆取料機軟件控制系統設計

根據控制系統的硬件，選擇相應的編程軟件對系統的控制流程進行開發。西門子專門為客戶提供了程序開發軟件STEP7，STE7是用于SIMATIC可編程序控制器的組態和編程的標準軟件包，它是SIMATIC工業軟件的組成部分。

3.2.1堆料程序控制任務。

在斗輪堆取料機堆料PLC控制程序中，斷續回轉+斷續行走定點堆料是經常采用的一種工作方式。首先將大車行走到預定料場位置，啟動堆料程序，給系統發出堆料作業信號并實現與系統膠帶工況聯鎖。通過編碼器和物位計的采樣、傳送、邏輯運算，做出判斷進行懸臂回轉和大車行走動作，實現斗輪堆取料機的堆料作業。

3.2.2取料程序控制任務。

在斗輪堆取料機取料PLC控制程序中，采用旋轉分層不分段取料。首先將大車開至預定取料位置，當接到系統取料指令后，啟動取料程序，斗輪在程序控制下順序啟動，通過編碼器分別進行取料初始角和取料終止角的角度采集、傳送和存貯，確定懸臂回轉的取料范圍，實現斗輪堆取料機的取料作業。

3.3臂式斗輪堆取料機軟件控制系統的解決方案

3.3.1創建并編輯項目。

項目可用來存儲為自動化任務解決方案而生成的數據和程序。這些數據被收集在一個項目下，包括：硬件結構的組態數據及模板參數；網絡通訊的組態數據，以及為可編程序模板編制的程序。生成一個項目的主要任務就是為編程準備這些數據，數據在一個項目中以對象的形式存儲。

3.3.2項目硬件組態。

通過STEP7編程軟件對臂式斗輪堆取料機控制系統的硬件配置進行組態。在項目中插入相應的可編程序控制器的硬件結構。

3.3.3項目程序開發。

一旦完成了硬件組態，就可以為可編程模板生成軟件，選擇編程語言，完成程序邏輯STEP7。軟件為客戶提供多種編程語言，包括語句表，STL、梯形邏輯。LAD、功能塊圖FBD、SCL結構控制語言等等。本設計采用語句表、STL和梯形圖LAD進行設計。

3.4臂式斗輪堆取料機軟件控制系統的編程實例

斗輪堆取料機自動堆料程序，采用LAD梯形圖編制。程序塊中包含了堆料聯鎖工藝流程，只有滿足各種工作條件，才能激活輸出點，斗輪堆取料機各個機構才能互相配合順序運行。

為了方便閱讀和編程，通常要將。I/O.點進行定義，通過。Step.7。軟件提供的符號編輯表就可以輕而易舉地完成。I代表數字輸入；Q代表數字輸出；M代表中間變量；PIW代表輸入字；PQW代表輸出字。

4.結束語

本文在深入研究堆取料機作業控制系統功能上，重點探討了臂式斗輪堆取料機的硬件、軟件控制系統設計。并對臂式斗輪堆取料機軟件控制系統的編程實例進行了深入分析，以其更好地指導企業優化管理，為解決堆取料機作業控制系統設計及應用問題提供。了有效幫助。

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