帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

文/周躍國(guó)

目前，我國(guó)大規(guī)模使用的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)功能過(guò)于單一，只能對(duì)設(shè)備的啟動(dòng)、停止、或設(shè)備組件的某一功能展開(kāi)控制，如系統(tǒng)的保護(hù)裝置、制動(dòng)器、張緊、驅(qū)動(dòng)單元等，無(wú)法通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)量、張力、速度等運(yùn)行信息的采集對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行全過(guò)程的狀態(tài)進(jìn)行控制，以便規(guī)避設(shè)備抖動(dòng)問(wèn)題，合理匹配設(shè)備運(yùn)量以及帶速，最大程度上發(fā)揮效能，減少對(duì)電能的消耗，保障運(yùn)行安全、穩(wěn)定、高效。因此，探究帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用對(duì)改善當(dāng)前設(shè)備自動(dòng)化控制效果有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 模糊控制理論對(duì)優(yōu)化帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的價(jià)值

剛體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、壓陷阻力理論、帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析、軟啟動(dòng)可控技術(shù)、均衡技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)等都是支撐帶式輸送機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)理論，但是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，其動(dòng)態(tài)特性會(huì)因很多因素的變化而發(fā)改變，這就導(dǎo)致控制難度升級(jí)，而模糊控制理論能夠巧妙的回避因不確定因素變化導(dǎo)致的設(shè)備動(dòng)態(tài)特點(diǎn)變化問(wèn)題，同時(shí)根據(jù)傳感器搜集的信息以及有效參數(shù)，直接向控制系統(tǒng)提出控制請(qǐng)求，以便保障控制指令輸出被優(yōu)化，有效調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)運(yùn)行中的速度與張力，實(shí)現(xiàn)無(wú)煤待機(jī)、根據(jù)煤量調(diào)節(jié)運(yùn)行速度的目標(biāo)，以便提升設(shè)備的運(yùn)行效率與安全性。具體來(lái)講，在以下方面上，模糊控制理論對(duì)帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)化作用十分突出：

（1）當(dāng)輸入變量的變化率與帶速誤差處于相同狀態(tài)時(shí)，表示其帶速逐漸朝著不理想的狀態(tài)發(fā)展，此時(shí)則需要有效的控制，降低帶速誤差，以便抑制其變壞的趨勢(shì)，保障設(shè)備效能實(shí)現(xiàn)最佳；但是如果此時(shí)輸入帶速誤差處于較小狀態(tài)，則需要避免設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的震蕩，此時(shí)則需要通過(guò)一般控制，抑制帶速誤差變壞趨勢(shì)；但如果相對(duì)速度誤差值進(jìn)行控制，則需要保障變量處于最小狀態(tài)才能維持設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）當(dāng)輸入變量的變化率與帶速誤差處于不同狀態(tài)時(shí)，表明帶速逐漸朝著理想化狀態(tài)發(fā)展，此時(shí)通過(guò)一般控制測(cè)量即可實(shí)現(xiàn)對(duì)速度誤差的有效控制，以便保障設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)；但是如果輸入的帶速誤差較小，則需考慮對(duì)震蕩的控制，以便防止調(diào)控幅度過(guò)大，這樣可以采取最小控制措施降低速度產(chǎn)生的偏差。

從上述分析可以看出，采取中心平均法作為清晰化分析方法與模糊理論進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)清晰化分析方法雖然計(jì)算簡(jiǎn)單，但是計(jì)算內(nèi)容量大；雖然可以保障控制的時(shí)效性與連續(xù)性，但是與模糊控制理論在精準(zhǔn)性上的相比則存在較大的差距，模糊控制理論可以提升控制的針對(duì)性，所以基于量化因子展開(kāi)控制能夠更好的實(shí)現(xiàn)理想控制目標(biāo)。

2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

由于帶式輸送機(jī)的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣，存在諸多不穩(wěn)定以及干擾性因素影響著設(shè)備的運(yùn)行，因此，在其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)始終堅(jiān)持提升控制可靠性的原則，文章以型號(hào)為西門(mén)子S7-300 的可編程控制器為例，對(duì)其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析。系統(tǒng)主要由監(jiān)控層、控制層、設(shè)備層、執(zhí)行層四部分構(gòu)成，為了保障其自動(dòng)化生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)運(yùn)行始終遵守安全、可靠；成熟、先進(jìn)；規(guī)范；開(kāi)放與標(biāo)準(zhǔn)；可擴(kuò)展；可管理六項(xiàng)基本原則。

2.2 系統(tǒng)硬件

本次探究中帶式輸送機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中硬件部分的設(shè)計(jì)主要包括以下組成內(nèi)容：上位機(jī)、PLC 控制柜、操作臺(tái)、高低壓開(kāi)關(guān)柜、UPS 電源柜、保護(hù)裝置、傳感器等內(nèi)容，從其組成部分的功能來(lái)看，可以劃分為檢測(cè)單元、制定單元、決策單元等三個(gè)部分，根據(jù)工作需要在運(yùn)行中可以采取集中控制、手動(dòng)與自動(dòng)相結(jié)合等多元工作方式，保障對(duì)設(shè)備的有效控制。具體來(lái)講，硬件構(gòu)成中檢測(cè)單元是控制的基礎(chǔ)，其通過(guò)傳感器發(fā)揮作用，檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的電氣信號(hào)、張緊裝置參數(shù)信息、制動(dòng)裝置參數(shù)信息、變頻器狀態(tài)轉(zhuǎn)變信息、控制信號(hào)燈，將這些信號(hào)通過(guò)傳感器的識(shí)別可以直接輸送到控制系統(tǒng)的功能模塊中或I/O 上。而決策單元的存在是基于檢測(cè)單元提供的信息及時(shí)做出有效、準(zhǔn)確的控制決策，其是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，需要選擇高效運(yùn)算、安全可靠的硬件設(shè)施，如操作臺(tái)、上位機(jī)、PLC 主站等都屬于決策單元，其中PLC 主要負(fù)責(zé)接收信號(hào)，通過(guò)控制邏輯的分析以及相應(yīng)運(yùn)算及時(shí)做出控制指令；上位機(jī)主要負(fù)責(zé)信息的匯總、分析、顯示、存儲(chǔ)，并可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制或單獨(dú)控制。執(zhí)行單元主要由變頻器、開(kāi)關(guān)、制動(dòng)裝置等構(gòu)成，其主要負(fù)責(zé)執(zhí)行PLC 發(fā)出的控制指令。

2.3 系統(tǒng)軟件

軟件設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的張緊控制監(jiān)測(cè)、綜合保護(hù)監(jiān)測(cè)、制動(dòng)器監(jiān)測(cè)等功能，其中針對(duì)設(shè)備運(yùn)行中高壓變頻器的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)設(shè)備速度調(diào)節(jié)與控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備運(yùn)行中通過(guò)程序可以通過(guò)邏輯展開(kāi)對(duì)數(shù)字的預(yù)算，并使主變頻器接收全部的頻率控制信號(hào)，這樣可以實(shí)時(shí)、完整的對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)以及有效信息進(jìn)行采集，保障邏輯運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性以及高效性，這是控制系統(tǒng)發(fā)揮作用的核心環(huán)節(jié)。同時(shí)，在軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，仍要考慮到上位機(jī)的運(yùn)行需要，其作為控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制的核心，應(yīng)保障其硬件以及軟件的可靠、穩(wěn)定，才能保障控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，因此，在設(shè)備運(yùn)行前，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置時(shí)需要通過(guò)查詢系統(tǒng)對(duì)變頻器設(shè)備信號(hào)、張力章程信號(hào)、綜合保護(hù)裝置自檢正常信號(hào)等信息進(jìn)行全面的檢測(cè)，以便滿足設(shè)備啟動(dòng)的基本要求，從而在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中繪制啟動(dòng)至實(shí)現(xiàn)額定帶速中曲線啟動(dòng)變化情況，可以直觀的分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保障起車環(huán)節(jié)無(wú)任何問(wèn)題。此外，為了有針對(duì)性的對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)規(guī)避壓煤、無(wú)煤待機(jī)、少煤慢運(yùn)、多煤快運(yùn)的控制效果，可以基于驅(qū)動(dòng)功率展開(kāi)模糊控制設(shè)計(jì)，通過(guò)確定采集膠帶速度與速度上限進(jìn)行對(duì)比，如果其速度超過(guò)額定速度范圍，則采取降低頻率措施；而如果小于額定速度，其可以通過(guò)計(jì)算速度差以及變化率確定最終的輸出頻率，從而提升控制的精準(zhǔn)性，以便能夠根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)做出不同的反應(yīng)，保障控制效果以及控制的及時(shí)性。

在具體應(yīng)用過(guò)程中，使用額定參數(shù)為電機(jī)功率900kW、電壓10kV、速度每秒4m、運(yùn)量每小時(shí)1800t 的帶式輸送機(jī)作為仿真模擬對(duì)象，通過(guò)模糊控制理論以及一般控制系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)行展開(kāi)控制。通過(guò)繪制的帶速曲線圖與電流曲線圖可以發(fā)現(xiàn)模糊控制理論下的自動(dòng)化控制系統(tǒng)曲線基本平滑，未出現(xiàn)較大的波動(dòng)與突變，這在一定程度上也表明模糊理論控制下設(shè)備的運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定。而保障其它參數(shù)不變，將運(yùn)量調(diào)整為每小時(shí)1200t 后，一般控制系統(tǒng)則未發(fā)揮出對(duì)運(yùn)量以及帶速有效控制與調(diào)節(jié)的作用，但模糊控制可以根據(jù)運(yùn)量對(duì)設(shè)備帶速進(jìn)行調(diào)整，而且曲線平滑，可以明顯的看出電流的下降。由此可以看出。模糊控制理論在帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有極高的可行性。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，模糊控制理論在帶式輸送機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用合理的解決了傳統(tǒng)控制模式中速度調(diào)節(jié)與軟起動(dòng)之間的沖突與矛盾，并且提升了控制效果，對(duì)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行的環(huán)保效益以及經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義，因此，希望可以為廣大設(shè)計(jì)人員提供參考，以便實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)自動(dòng)化控制的科學(xué)優(yōu)化。