皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法研究

黃琦

（海南八所港務有限責任公司，東方 572600）

引言

現(xiàn)階段大部分港口全部采用皮帶運輸系統(tǒng)進行裝船作業(yè)，主要裝卸貨種為鐵礦石，基本裝卸流程為：火車—火車棧橋—坑道堆場—坑道斗口—坑道皮帶運輸系統(tǒng)—斜橋皮帶運輸系統(tǒng)—高架皮帶運輸系統(tǒng)—裝船機皮帶運輸系統(tǒng)—船舶[1,2]。在裝卸作業(yè)的過程中，皮帶運輸系統(tǒng)斗口是十分重要的，它是貨物進入皮帶的入口，對整個系統(tǒng)的運行起到十分重要的作用。整個系統(tǒng)主要由三個起點和五個終點組成，通過不同點之間的組合，能夠實現(xiàn)不同方式的交叉?zhèn)魉汀＝Y合上述分析，相關專家重點皮帶運輸系統(tǒng)斗口進行改進以及研究，雖然取得了十分顯著的研究成果，但是仍然無法滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求，為此本文提出皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法，通過具體的仿真實驗數(shù)據(jù)全面驗證了所提方法的綜合有效性。

1 方法

1.1 皮帶運輸系統(tǒng)運輸作業(yè)計劃的形成

整個系統(tǒng)的運行全部選用計算式進行控制，在實際運行的過程中，設定運輸作業(yè)的運輸單位為JOB，運輸系統(tǒng)中的各個JOB分別要進行啟動、切換等相關操作。

為了確保皮帶運輸系統(tǒng)中各個終端設備的加料工作順利完成，在具體的過程中，需要設定JOB的數(shù)量，同時設定對應的起點以及終點槽[3]，以方便完成運輸作業(yè)總量的統(tǒng)計以及各個設備的運行。

皮帶運輸系統(tǒng)在工作的過程中，確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的核心單位即為JOB。各個計算中的JOB能夠處于多種不同的運轉階段，即為：

1）預定中；

2）準備中；

3）執(zhí)行中；

4）順停中。

隨著整個運輸計算的執(zhí)行，需要對JOB進行相應的處理，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

皮帶運輸系統(tǒng)相關作業(yè)計劃的完成主要依賴于OPS，通過OPS上的相關畫面完成對應的操作作業(yè)計算；也可以通過正在運轉過程中的最后一個預備執(zhí)行計劃自動完成[4]。皮帶運輸系統(tǒng)中任意起點作業(yè)的形成，全部依賴于最優(yōu)先目標槽的形成，在實際應用的過程中，需要對皮帶運輸系統(tǒng)中的全部參數(shù)進行檢測。

運輸作業(yè)計劃的形成主要操作步驟如下所示：

1）相關設備運行狀態(tài)檢測

針對皮帶運輸系統(tǒng)中運輸作業(yè)計劃中全部的起點狀態(tài)進行檢測，如果系統(tǒng)中起點的運行狀態(tài)是正常的，則繼續(xù)進行檢測；假設檢測過程中發(fā)現(xiàn)設備存在異常，則說明運輸計劃無法完成，需要啟動延時處理，直至系統(tǒng)的關聯(lián)設備恢復正常后，再對其進行相關操作。

完成上述操作以后，需要檢測系統(tǒng)中各個終點槽上的小車運行狀態(tài)，根據(jù)對應的起點以及終點信息，確定對應的皮帶系統(tǒng)，同時需要檢查對應皮帶系統(tǒng)的檢修標志。如果皮帶系統(tǒng)一直處于正常運行的狀態(tài)，則能夠獲取終點槽對應的小車狀態(tài)信息，同時得到各個終點所對應的入槽信息。

最后需要檢測各個皮帶系統(tǒng)的運行狀態(tài)、終點槽運行狀態(tài)信息以及故障信息等。

經(jīng)過上述操作后，將可入槽的信息進行統(tǒng)計，當發(fā)現(xiàn)有可入槽的終點時，則說明該計劃可行，反之，則說明當前槽點無可入槽終點，需要對其進行延時啟動處理。

2）終點運輸計劃表的形成

對皮帶運輸系統(tǒng)中不同任務計劃的運行狀態(tài)進行分析，同時組建對應的終點參數(shù)表格以及終點槽參數(shù)表。

3）終點槽在庫量更新

將皮帶運輸系統(tǒng)中正在執(zhí)行計劃的終點槽進行庫量更新[5]，則有：

其中切出任務中的終點槽庫量更新計算式為：

式中：

Q0—庫量；

Q1—當前在庫量；

QS—輸送任務量；

V—切出速度；

TS—運行時間。

在系統(tǒng)實際運行的過程中，需要實時掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時確定系統(tǒng)的初始運行時間，將其設定為狀態(tài)參數(shù)，以實現(xiàn)相關計算的優(yōu)先計算[6]。

4）終點最優(yōu)方案的選取

主要包含以下三個方案，分別為：

①通過不同終點最小切出時間確定最優(yōu)終點，以下給出具體的計算式：

式中：

Tout-max—終點的最大切出時間；

Tout-min—終點最小切出時間；

Ts-min—切出時間對比最小基準。

當系統(tǒng)滿足公式（3）中的相關需求時，需要優(yōu)先選取切出時間最小的終點。

②最優(yōu)先終點的選取

③通過優(yōu)先信息選取最優(yōu)先終點

作業(yè)間優(yōu)先信息為操作人員強制指定的起點—終點優(yōu)先關系，它的優(yōu)先關系大于終點順序常數(shù)表中的終點優(yōu)先選擇關系。

④終點槽最優(yōu)選取

通過作業(yè)指定順序選擇最優(yōu)終點槽，以下給出具體的計算式：

1.2 皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法研究

編碼脈沖調制（PCM）是概念上最簡單，理論上最為完整的編碼系統(tǒng)，也是目前使用范圍最廣的編碼系統(tǒng)，同時它也是數(shù)據(jù)量最大的編碼系統(tǒng)。

脈沖編碼調制實際上就是將任意一種虛擬信號轉換為數(shù)字信號的特殊形式。首先需要將虛擬信號采用時域上離散時間點的振幅表示，即通過樣值表示；然后將連續(xù)取值的樣值利用離散的幅值近似表示；最后將離散的幅度值轉換為不易受到外界干擾的二進制編碼。以下給出具體的操作過程：

1）抽樣；

2）量化；

3）編碼。

皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制主要采用的是恒壓控制脈沖編碼調制技術，也就是將皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量轉換為二進制的形式進行輸出[7,8]，對系統(tǒng)中的一組流量進行控制，將系統(tǒng)中各個控制閥的開口面積調整為相應的比例，同時計算全部控制閥的總開口面積，則有：

結合上述分析可知，當輸出的二進制信號發(fā)生變化時，就能夠獲取和二進制信號對應的開口度，同時獲取信號以及流量之間的比例關系，則有：

PCM皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制技術能夠將影響流量的一個量進行固定。同時情況下皮帶運輸系統(tǒng)中含有較大的穩(wěn)壓包，它能夠促使p1保持穩(wěn)定不變，其中：

PCM皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制需要在一定誤差范圍內滿足精度需求，則有：

為了有效避免計算過程中產(chǎn)生的誤差，需要使Δp保持恒定的狀態(tài)，同時確保實際流量的輸出值和理論值兩者是十分接近的。

當皮帶運輸系統(tǒng)斗口有流量流出時[9]，其中系統(tǒng)受力平衡方程能夠表示為以下的形式：

式中：

D—皮帶運輸系統(tǒng)的控制閥閥芯半徑長度；

k—彈簧剛度；

x0—彈簧的預壓縮比；

x—控制閥閥芯的移動量。

將公式（9）進行簡化處理，則能夠獲取以下計算式：

以下對Δp求偏導，則有：

式中：

Kp—比例系數(shù)；

Ti—積分時間；

Td—微分時間；

x(t)—皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸入量；

dx(t)—皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸出量[10]。

為了方便計算機進行計算，能夠將以上公式改寫為以下的形式：

式中：

n—調節(jié)時間；

Kd—微分系數(shù)。

結合上述分析，需要對皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量進行優(yōu)化，則有：

圖1 不同皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸入量下各種方法的響應時間對比結果

將二進制編碼的不同數(shù)值轉換為脈沖信號，通過脈沖信號完成皮帶系統(tǒng)斗口流量控制，即：

2 仿真實驗

為了驗證所提皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法的綜合有效性，需要進行仿真實驗，實驗環(huán)境為：Anaconda3.5，Python3.5 以及 Tensor Flow(1.4.0)。

1）響應時間/（min）：

實驗選取兩種傳統(tǒng)控制方法作為對比方法進行實驗測試，以下分別給出三種控制方法的響應時間變化情況，具體如圖1所示。

分析圖1可知，隨著皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸入量的不斷增加，各種控制方法的響應時間也在不斷發(fā)生變化。相比其它兩種方法，所提方法的響應時間明顯較低，這說明所提方法能夠以最快的速度實現(xiàn)皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制。

2）運行效率/（%）：

為了更近一步驗證所提控制方法的有效性，以下選取運行效率作為評價指標，其中運行效率的取值越高，則說明控制方法的控制時間越短，以下詳細給出三種方法的對比結果，如表1～表3所示。

表1 所提方法的運行效率變化情況

表2 文獻[7]方法的運行效率變化情況

綜合分析表1～表3的實驗數(shù)據(jù)可知，所提方法的運行效率在三種控制方法中為最高；文獻[7]方法的運行效率次之；文獻[8]方法的運行效率最低。以上實驗的對比全面驗證了所提方法的優(yōu)越性，同時說明所提方法能夠利用最短的時間完成皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制。

3）控制誤差/（%）：

為了更進一步驗證所提方法控制效果的好壞，以下選取控制誤差作為衡量指標，其中控制誤差越低，則說明控制效果越理想，以下具體給出三種控制方法的控制誤差對比結果，如表4～表6所示。

分析表4～表6實驗數(shù)據(jù)可知，相比傳統(tǒng)的控制方法，所提方法的控制誤差明顯較低，這說明所提方法相比傳統(tǒng)方法控制效果有了一定程度的改善。

表3 文獻[8]方法的運行效率變化情況

表4 所提方法的控制誤差變化情況

表5 文獻[7]方法的控制誤差變化情況

表6 文獻[8]方法的控制誤差變化情況

3 結束語

為了有效解決傳統(tǒng)流量控制方法存在的運行效率較低，響應時間較長等無問題，設計并提出皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法。仿真實驗結果表明，所提方法能夠有效提升控制精度，同時降低響應時間，使其滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求。