膠帶輸送機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)研究

杜宣

摘 要 帶式輸送機(jī)是礦業(yè)生產(chǎn)中重要的運(yùn)輸設(shè)備，帶式輸送機(jī)膠帶運(yùn)行狀況是關(guān)系到帶式輸送機(jī)使用壽命的關(guān)鍵。文章結(jié)合CST的工作原理進(jìn)行分析，研究在緊急狀況時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)的積極作用。

關(guān)鍵詞 CST；膠帶輸送機(jī)；PID控制；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0011-01

1 可控傳動(dòng)技術(shù)（CST）工作原理概述

CST系統(tǒng)是一個(gè)裝有濕式摩擦離合器反應(yīng)盤的齒輪變速器，其之所以在膠帶輸送機(jī)的工作中實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、停車、調(diào)速和功率平衡的功能，是因?yàn)槠淠軌驅(qū)χ鳈C(jī)摩擦離合器反應(yīng)盤進(jìn)行星傳動(dòng)的差動(dòng)控制。CST主機(jī)系統(tǒng)反應(yīng)盤是根據(jù)牛頓流體力學(xué)的內(nèi)摩擦定律來實(shí)現(xiàn)其差動(dòng)控制功能的，這也是其正常運(yùn)行的基本原理。CST系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)是建立在PLC之上的，其監(jiān)視、控制、操作都是通過PLC的控制系統(tǒng)提供接口，由PLC進(jìn)行即時(shí)信息的收集、分析和處理。從本質(zhì)上來講，膠帶輸送機(jī)采用CST的目的是減緩或平衡在運(yùn)行過程中，由于狀態(tài)的瞬間改變而形成的瞬時(shí)尖峰張力，通過時(shí)段緩沖降低膠帶輸送機(jī)的應(yīng)力作用，對(duì)其起到保護(hù)作用。

2 膠帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 系統(tǒng)組成

膠帶輸送機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)其功能分配主要分為兩大部分，即PLC和人機(jī)界面MHI，通過這兩部分的配合實(shí)現(xiàn)傳送監(jiān)控、CST可控啟動(dòng)、故障檢測(cè)及保護(hù)裝置等需求，這些實(shí)時(shí)信息在人機(jī)界面的觸摸屏上顯示。一般來說，采用的CST系統(tǒng)具備支持多種通信方式的功能，其系統(tǒng)構(gòu)成包括電源模塊、CPU硬件模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、繼電器觸點(diǎn)輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、高速計(jì)數(shù)模塊和通信模塊。

2.2 SLC500系統(tǒng)構(gòu)架

以SLC500作為監(jiān)控系統(tǒng)的主框架系統(tǒng)，其在功能實(shí)現(xiàn)上包括模塊化處理器SLC 500/04、開關(guān)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(jù)功能需要具備不同特點(diǎn)。SLC 500/04在SLC 500/03的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和功能增補(bǔ)，添加了DH+通訊功能，處理速率高。開關(guān)量輸入輸出模塊的LED即時(shí)指示每個(gè)I/O狀態(tài)，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(jìn)行選擇通道，以便鏈接各類電信號(hào)，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(hào)，其可自動(dòng)校正編碼器和各種高速開關(guān)的輸入進(jìn)行雙向頻率，出累計(jì)加數(shù)外，以Hz為單位的脈沖速率檢測(cè)亦可實(shí)現(xiàn)。

2.3 觸摸屏

為實(shí)現(xiàn)高性能的色彩顯示和突破空間限制，系統(tǒng)選用PanelView 600型號(hào)，觸摸屏，320×234分辨率，128個(gè)觸摸單元。為實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連接及現(xiàn)場(chǎng)操控，現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏控制采用DH+網(wǎng)絡(luò)和PLC通信。DH+網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)基于PLC的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，傳輸距離可達(dá)10，000英尺。在PLC系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)控設(shè)備、操作員界面等模塊的配合下，DH+網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程鏈路組態(tài)、編程、故障查詢等功能。

3 控制方法研究

結(jié)合專業(yè)內(nèi)研究分析及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，PID控制是膠帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)中最常用、最有效的控制規(guī)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(shù)；—復(fù)原項(xiàng)積分系數(shù)；Td—比率項(xiàng)微分系數(shù)；（E）=SP-PV，SP—定值；PV—過程變量。

CST控制中PID指令是一個(gè)復(fù)合程序模塊，這個(gè)模塊在框架基礎(chǔ)上，程序員更加實(shí)現(xiàn)功能需求自主定值功能指令設(shè)置，在一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)PID控制器的作用。相對(duì)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(tǒng)的可靠性。PID初始參數(shù)是必須設(shè)定的，并且三個(gè)控制參數(shù)必不可少，分別映射在23個(gè)運(yùn)行參數(shù)字中的特定三個(gè)字上。在Loop update、Control mode等參數(shù)分別設(shè)定后，SCP指令整定PV、CV范圍，將其傳輸?shù)絇ID指令中，然后根據(jù)PID算法進(jìn)行計(jì)算輸出，然后把控制輸出的值放入N7：39中，最后用MOV指令進(jìn)行數(shù)值變換，傳遞到模擬量輸出模塊，得到PID指令實(shí)現(xiàn)。

3.2 參數(shù)整定方法

CST主從驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定方法采用二步整定法，是一種典型的串級(jí)控制系統(tǒng)，在進(jìn)行膠帶輸送機(jī)控制運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)處于串級(jí)工作狀態(tài)，整個(gè)參數(shù)整定過程按照單回路模式，但視其為串級(jí)控制系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)。參數(shù)整定采用以下步驟方式。

1）閉合主、副環(huán)路，朱控制器比例100%，積分時(shí)間最大，微分時(shí)間最小，副環(huán)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(shí)，同樣方法及狀態(tài)整定主控器參數(shù)，在4：1衰減震動(dòng)中，得到主變量比例度δ1S及振蕩周

期T1S。

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

4）最后將控制器的所有參數(shù)按照先副后主、先比例后積分、最后微分的順序設(shè)定，之后驗(yàn)證運(yùn)行曲線，不合適的地方可進(jìn)行微調(diào)。

在CST控制系統(tǒng)中的PID控制方法，確定各環(huán)路參數(shù)十分重要，這些參數(shù)在一定程度上影響到整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制的性能，進(jìn)而影響膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行可靠性和安全性。PID參數(shù)整定的軟件很多，在實(shí)際運(yùn)行設(shè)計(jì)中，根據(jù)功能要求選擇適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行參數(shù)整定十分重要。

4 CST控制系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐分析

在實(shí)踐工作中，結(jié)合單位具體現(xiàn)狀，選取計(jì)算合理的PID參數(shù)下載到SLC500中，然后啟動(dòng)CST主從控制系統(tǒng)運(yùn)行。在運(yùn)行中運(yùn)用RSTREND原件進(jìn)行膠帶輸送機(jī)工作曲線測(cè)定并記錄，經(jīng)過曲線分析，皮帶機(jī)速度的運(yùn)行、控制、調(diào)整等一系列動(dòng)作均符合預(yù)先給定曲線，說明CST控制系統(tǒng)較好的實(shí)現(xiàn)了軟起、軟停功能，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn)

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