帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

曾 飛,吳 青,曾慶移,樂(lè)章絲

(1.南通大學(xué)交通學(xué)院，江蘇南通 226019；2.武漢理工大學(xué)，港口裝卸技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430063；3.武漢理工大學(xué)余區(qū)管委會(huì)后勤辦管網(wǎng)維護(hù)中心，湖北武漢 430063)

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帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

曾 飛1,2,吳 青2,曾慶移3,樂(lè)章絲2

(1.南通大學(xué)交通學(xué)院，江蘇南通 226019；2.武漢理工大學(xué)，港口裝卸技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430063；3.武漢理工大學(xué)余區(qū)管委會(huì)后勤辦管網(wǎng)維護(hù)中心，湖北武漢 430063)

帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功率消耗受物料瞬時(shí)流量、帶速、工況等多參數(shù)影響。為實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取帶式輸送機(jī)功耗影響參數(shù)并分析其功耗影響規(guī)律，開(kāi)發(fā)了一套帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可通過(guò)各傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)帶速、物料流截面積、物料瞬時(shí)流量、功耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并能基于Visual C++軟件開(kāi)發(fā)的可視化分析模塊分析帶式輸送機(jī)功耗影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)功耗參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，有助于為港口散貨碼頭帶式輸送機(jī)調(diào)速控制策略提供決策依據(jù)。

帶式輸送機(jī);功耗規(guī)律;影響參數(shù);監(jiān)測(cè)系統(tǒng);Visual C++

0 引言

帶式輸送機(jī)具有遠(yuǎn)距離、高帶速、自動(dòng)化輸送能力，成為當(dāng)代散料輸送與裝卸最高效的設(shè)備。近年來(lái)，隨著我國(guó)港口貿(mào)易快速發(fā)展，帶式輸送機(jī)散狀物料運(yùn)輸量逐年攀升，其能耗問(wèn)題也日益突出。以秦皇島港2009年能耗數(shù)據(jù)為例，港內(nèi)帶式輸送機(jī)電力能耗約占總量(3 1467.97萬(wàn)kWh)66%以上[1]。因此，研究帶式輸送機(jī)節(jié)能技術(shù)，對(duì)促進(jìn)港口節(jié)能減排和建設(shè)節(jié)約型綠色港口具有重大意義。

為降低帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗，國(guó)內(nèi)相繼研究并嘗試采用優(yōu)化啟動(dòng)工藝、控制電機(jī)運(yùn)行數(shù)量、電機(jī)“Y”-“△”接法切換、物料流量自動(dòng)控制、變頻調(diào)速、優(yōu)化托輥性能等節(jié)能技術(shù)對(duì)原設(shè)備改造，節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益顯著[2-6]。文獻(xiàn)[7-9]提出了根據(jù)物料流量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)皮帶機(jī)帶速達(dá)到降低能耗的新技術(shù)。宋偉剛[10-11]則從理論上對(duì)速度控制后各部件壽命影響、保持物料充填率是否節(jié)能、輸送機(jī)速度與阻力系數(shù)的關(guān)系、驅(qū)動(dòng)裝置振動(dòng)幾方面分析認(rèn)為該技術(shù)不可行。為科學(xué)地評(píng)價(jià)該技術(shù)節(jié)能效果尋求調(diào)速控制優(yōu)化算法，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取帶式輸送機(jī)各料流流量、帶速下功耗情況成為定量分析的關(guān)鍵。目前帶式輸送機(jī)功耗信息主要是通過(guò)人工記錄，信息采集準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、客觀性等均有限，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此解決港口散貨碼頭帶式輸送機(jī)功耗數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化問(wèn)題顯得尤為迫切。在電機(jī)功耗參數(shù)采集研究中，文獻(xiàn)[12]采用DSP TMS320F2812芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電參數(shù)的精確測(cè)量，處理速度快、穩(wěn)定性高。文獻(xiàn)[13]采用單片機(jī)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)電壓、電流檢測(cè)，并研究了交流異步電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行節(jié)能方法。文獻(xiàn)[14]采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)設(shè)計(jì)了應(yīng)用于空間遙感儀器的電機(jī)電流采集系統(tǒng)。以上方法雖具有一定實(shí)用性，但帶式輸送機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其功耗量受物料流量、帶速、工況等多參數(shù)影響。同時(shí)，隨著監(jiān)測(cè)設(shè)備精度提高、數(shù)據(jù)采集量增大、分析指標(biāo)增多，基于硬件設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)處理的精度、實(shí)時(shí)性難以滿足現(xiàn)實(shí)要求[15]。為此，本文通過(guò)光電編碼器、激光傳感器、高精度功率儀和數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)了帶速、物料流截面積、物料瞬時(shí)流量、功耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并在上位機(jī)上基于Visual C++軟件開(kāi)發(fā)了帶式輸送機(jī)功耗因素可視化分析模塊。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)上位機(jī)可視化分析模塊，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，有助于為港口散貨碼頭帶式輸送機(jī)調(diào)速控制策略提供決策依據(jù)。

1 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

本文開(kāi)發(fā)的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗及其主要影響因素(帶速、物料流截面積和物料瞬時(shí)流量)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與傳輸。管理人員可通過(guò)上位機(jī)三維可視化模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)并分析系統(tǒng)功耗影響規(guī)律，以便為帶式輸送機(jī)調(diào)速控制策略提供決策基礎(chǔ)?；谏鲜龇治?，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括帶速檢測(cè)模塊、物料流激光采集裝置、帶式輸送機(jī)功率采集模塊。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 帶式輸系送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 帶速測(cè)量

帶速測(cè)量模塊包括STM32F103單片機(jī)、光電編碼器、LCD1602液晶屏、DTP_S09模塊、GPRS/GSM模塊和滾輪，基于光電測(cè)速原理實(shí)現(xiàn)帶速測(cè)量。其中滾輪緊靠帶式輸送機(jī)承載輸送帶下表面安裝，而光電編碼器內(nèi)嵌于滾輪(表面摩擦力極小)中心軸上。STM32單片機(jī)通過(guò)讀取光電編碼器測(cè)量秒沖個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)帶速實(shí)時(shí)測(cè)量并本地顯示。同時(shí)也將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)以便工控機(jī)進(jìn)行物料瞬時(shí)流量計(jì)算。帶速測(cè)量中，STM32F103控制器所需+3.3 V電源直接由+5 V電源經(jīng)過(guò)+3.3 V LDO芯片SPX1117-3.3穩(wěn)壓并濾波得到，SPX1117系列LDO芯片輸出電流可達(dá)800 mA，輸出電壓精度在±1%以內(nèi)，具有電流限制和熱保護(hù)功能，為改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性，其輸出端接一個(gè)10 μF鉭電容。光電編碼器選用分辨率為1 000 P/R的編碼器，工作時(shí)光電編碼器被驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)，輸出方波信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送采用GSM/GPRS雙模模塊MC35i。MC35i接口支持AT指令集，支持Text和PDU格式的SMS，STM32控制器可通過(guò)UART對(duì)MC35I模塊寫(xiě)入AT命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM引擎的控制。同時(shí)，管理中心的各種信息也可以通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)MC35I由UART反饋給主控制器。

2.2 物料流激光數(shù)據(jù)采集裝置

在水平輸送物料過(guò)程中，為能精確檢測(cè)物料實(shí)際截面輪廓，采用自行研制的物料流激光采集裝置實(shí)時(shí)采集物料流截面輪廓激光點(diǎn)云，以便實(shí)時(shí)計(jì)算物料流截面積和物料瞬時(shí)流量。采用激光掃描儀采集帶式輸送機(jī)水平高速運(yùn)行下物料流表面三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，融合速度傳感器轉(zhuǎn)換的位移信息后經(jīng)物料瞬時(shí)流量計(jì)算算法實(shí)現(xiàn)物料瞬時(shí)流量精準(zhǔn)、高效計(jì)量。裝置由一臺(tái)二維激光掃描儀、直流穩(wěn)壓電源、MOXA Nport6250、可調(diào)節(jié)支架、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、顯示器和上位機(jī)組成，裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。測(cè)量過(guò)程中，為方便獲取被測(cè)物料流表面散亂激光點(diǎn)云，激光測(cè)距儀選擇在帶式輸送機(jī)水平段高h(yuǎn)處安裝，并使其垂直向下對(duì)準(zhǔn)物料，讓物料流通過(guò)方向與激光掃描截面保持垂直。檢測(cè)裝置安裝于下料口水平段附近位置，激光掃描儀垂直向下對(duì)準(zhǔn)物料流截面，實(shí)時(shí)采集物料輪廓激光點(diǎn)云并傳輸至上位機(jī)。上位機(jī)則通過(guò)物料流量激光采集及分析軟件實(shí)時(shí)計(jì)算物料截面面積，并融合帶速信息實(shí)現(xiàn)物料瞬時(shí)流量計(jì)算，裝置安裝圖如圖2所示。

圖2 物料流量激光檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用LMS291-S05型激光掃描儀，角度最大掃描范圍180°，最小分辨率0.25°。采用24 V直流穩(wěn)壓電源為激光掃描儀供電。LMS291-S05型激光掃描儀有3個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出，同時(shí)具有RS232/422和以太網(wǎng)通訊接口，可采用500 K 波特率的高速采集卡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸功能。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，該檢測(cè)裝置采用MOXA Nport6250串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器將RS422轉(zhuǎn)為Ethernet，通過(guò)Ethernet通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 物料流量激光檢測(cè)裝置安裝圖

2.3 帶式輸送機(jī)功率采集模塊

帶式輸送機(jī)是以輸送帶為動(dòng)力牽引機(jī)構(gòu)及物料承載機(jī)構(gòu)的大型傳輸機(jī)械，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因此當(dāng)負(fù)載重量一定時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小與帶式輸送機(jī)帶速無(wú)關(guān)，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小只與負(fù)載質(zhì)量有關(guān)。然而，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)通常按最大運(yùn)輸量配置，當(dāng)皮帶運(yùn)量發(fā)生變化時(shí)(物料不均、斷續(xù)等)，恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式使系統(tǒng)出現(xiàn)"大馬拉小車"現(xiàn)象。因此，當(dāng)負(fù)載質(zhì)量恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)帶速使之工作于基頻(50 Hz)以下，即可降低帶式輸送機(jī)消耗功率。本文采用日置(HIOKI)高精度功率分析儀3390實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入及輸出功率測(cè)量。將功率分析儀三相電流接口分別串入變頻器輸出的三相電路中，同時(shí)將功率儀三相電壓接口分別并入該變頻器輸出相鄰兩相中，即可測(cè)量帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入功率。該功率分析儀配備高精度電機(jī)分析模塊，可直接與動(dòng)態(tài)扭矩傳感器相聯(lián)，由于該扭矩傳感器與帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸相聯(lián)，因此可通過(guò)功率分析儀直接采集帶式輸送機(jī)輸出機(jī)械功率。試驗(yàn)數(shù)據(jù)可通過(guò)USB專用接口或CF卡插槽保存并實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)功耗。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)，提取帶式輸送機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)至穩(wěn)定運(yùn)行后的測(cè)量值。帶式輸送機(jī)功率采集模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 帶式輸送機(jī)功率采集模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分基于Microsoft Visual C++ 6.0軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)帶速測(cè)量、物料流瞬時(shí)流量檢測(cè)和功耗數(shù)據(jù)可視化分析。文章采用模塊化設(shè)計(jì)思想，對(duì)各模塊分別描述，最后將其整合。

3.1 帶速測(cè)量模塊

根據(jù)光電編碼器分辨率(1 000 P/R)，工作時(shí)其每轉(zhuǎn)1圈就會(huì)產(chǎn)生1 000個(gè)脈沖，同時(shí)輸出相同個(gè)數(shù)方波。STM32單片機(jī)在捕捉到一個(gè)脈沖上升沿時(shí)就產(chǎn)生一次中斷，此時(shí)脈沖數(shù)加1。因此，統(tǒng)計(jì)在測(cè)量時(shí)間t內(nèi)光電編碼器輸出脈沖個(gè)數(shù)p即可計(jì)算輸送帶行進(jìn)的距離s:

s=p·s0/1 000

式中：s0為光電編碼器周長(zhǎng)。

結(jié)合測(cè)量時(shí)間t，即可計(jì)算帶式輸送機(jī)帶速v(v=s/t)。程序設(shè)計(jì)時(shí)采用設(shè)置兩級(jí)中斷定時(shí)器脈沖總數(shù)每5 μs自加1，計(jì)數(shù)脈沖數(shù)u16PulseCounter2每10 ms歸零1次。系統(tǒng)將10 ms內(nèi)脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為帶式輸送機(jī)輸送帶的線速度。因嵌入在滾輪內(nèi)的光電編碼器每轉(zhuǎn)1圈輸出1 000個(gè)脈沖，所以u(píng)16PulseCounter2/1000即為光電編碼器在該時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)的圈數(shù)。設(shè)滾輪直徑為D，時(shí)間為10 ms，則帶速為v=πD·u16PulseCounter2/10

在下一個(gè)10 ms中斷之前計(jì)數(shù)脈沖數(shù)被置0，即u16PulseCounter2=0。STM32單片機(jī)計(jì)算帶速后通過(guò)LCD1602液晶屏顯示。

3.2 物料流瞬時(shí)流量檢測(cè)

3.2.1 物料流激光數(shù)據(jù)坐標(biāo)采集與處理

激光掃描儀基于飛行時(shí)間差原理，獲取被測(cè)點(diǎn)與掃描中心間直線距離及被測(cè)點(diǎn)與水平線間夾角數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)物料流垂直通過(guò)激光掃描扇面時(shí)，可實(shí)時(shí)得到每幀物料流截面輪廓掃描點(diǎn)坐標(biāo)(前提需要對(duì)激光掃描儀進(jìn)行標(biāo)定)。為方便后續(xù)物料流瞬時(shí)流量計(jì)算，需要對(duì)激光每幀掃描散料截面輪廓各特征點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)計(jì)算示意圖如圖5所示。

圖5 物料流掃描截面各特征點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算示意圖

設(shè)激光掃描儀角分辨率為Δβir，起始掃描角為θ，每幀掃描點(diǎn)數(shù)為m，則第k幀掃描截面輪廓第a點(diǎn)坐標(biāo)可表示為Mak(lak,βak)，其中βak=θ+aΔβir。圖5中，θ為掃描起始點(diǎn)與水平線間夾角，由激光掃描角度范圍(180-2θ)確定；Δβir為激光掃描儀角分辨率；每幀掃描特征點(diǎn)數(shù)m由(180-2θ)/Δβir確定；k為當(dāng)前掃描獲取物料流截面幀數(shù)。由于皮帶速度瞬時(shí)值v(tk)瞬時(shí)內(nèi)不會(huì)發(fā)生突變(皮帶黏彈特性和阻力作用)，因此假設(shè)帶式輸送機(jī)在激光掃描物料截面每2幀間(Δt=1/(fspeed-1))時(shí)間內(nèi)為勻速運(yùn)行，其皮帶行進(jìn)距離Δx等于帶速值v(t)與激光測(cè)距儀測(cè)量頻率fspeed倒數(shù)的乘積。因此，由圖5可推出物料流截面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)計(jì)算公式為

(1)

式中：m為每幀掃描特征點(diǎn)數(shù)；tk為第k幀時(shí)刻；yik為第k幀掃描截面在yOz平面中y軸方向上第i個(gè)特征點(diǎn)的y坐標(biāo)值；zik為第k幀掃描截面在yOz平面中z軸方向上第i個(gè)特征點(diǎn)的z坐標(biāo)值；ZO為掃描中心離y軸垂直距離；θik為第k幀掃描截面在yOz平面中掃描激光線與水平線夾角。

再通過(guò)空間幾何轉(zhuǎn)換被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)三維空間幾何坐標(biāo)值{{(x1,y10,z10),(x1,y11,z11),…,(x1,y1m,z1m)},{(x2,y20,z20),(x2,y21,…,(x2,y2m,z2m)},…,{(xk,yk0,zk0),(xk,yk1,zk1),…,(xk,ykm,zkm) }。受散料揚(yáng)塵、皮帶垂直波動(dòng)、尖角礦石鏡面反射、遮擋等因素影響，物料流激光測(cè)量數(shù)據(jù)存在一定的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。因此，根據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則，以2倍標(biāo)準(zhǔn)差剔除因物料反光引起的異常值。采用大小為1×2的移動(dòng)窗口沿著每幀掃描曲線從中間往兩端移動(dòng)，逐點(diǎn)分析相鄰兩掃描點(diǎn)與掃描中心間距離差特征值，找到物料兩邊與皮帶邊界區(qū)域進(jìn)行非物料點(diǎn)剔除。

3.2.2 物料流截面面積計(jì)算

提取物料流輪廓后，可根據(jù)掃描點(diǎn)坐標(biāo)近似計(jì)算物料流截面積。因Δβir<1°，可將提取物料流輪廓邊界后相鄰兩掃描點(diǎn)間連線近似為直線，則每幀物料流截面面積可通過(guò)累加相鄰兩點(diǎn)與掃描中心構(gòu)成的三角形微元面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。假設(shè)物料流輪廓起始于點(diǎn)Mak(lak,βak)，終止于點(diǎn)Mnk(lnk,βnk)，提取相同角度范圍空載輸送帶輪廓數(shù)據(jù)后，第k幀物料流截面面積A(k)可由下式計(jì)算：

A(k)=A(kk)-A(ky)

(2)

式中：A(kk)為第k幀皮帶空載輪廓與角度范圍為(θak,θnk)的激光扇面圍成的面積；A(ky)為第k幀物料流輪廓與相同角度范圍激光扇面圍成的面積。

圖6 三角面積累積方法

3.2.3 物料瞬時(shí)流量計(jì)算

物料瞬時(shí)載荷實(shí)質(zhì)是單位時(shí)間T內(nèi)通過(guò)某流通截面的質(zhì)量，即物料密度乘以單位時(shí)間內(nèi)物料流通截面的體積。因此，為準(zhǔn)確計(jì)算物料瞬時(shí)流量，建立精確的單位時(shí)間內(nèi)物料流通截面體積計(jì)算模型是關(guān)鍵。目前，針對(duì)不規(guī)則料場(chǎng)或煤堆體積測(cè)量通常采用TIN (triangulated irregular network)三角網(wǎng)建模思想，將激光離散點(diǎn)數(shù)據(jù)三角化后形成互不相交、互相鄰近若干三棱柱，通過(guò)累加直三棱柱體積值后得出料場(chǎng)堆料的體積。因該方法計(jì)算步驟繁瑣、計(jì)算工作量巨大，再加上近年來(lái)研制的激光測(cè)距儀掃描精度和頻率飛躍提升，本文采用圖7所示基于面元積分的數(shù)學(xué)模型計(jì)算物料瞬時(shí)流量。

圖7 物料流瞬時(shí)流量數(shù)學(xué)模型

圖7中，陰影標(biāo)注為激光測(cè)距儀掃描物料流每幀截面位置。假設(shè)帶式輸送機(jī)皮帶以帶速v(t)水平向右運(yùn)輸散料，則S(1),S(l),S(m),S(k),S(n)分別為第1,l,m,k,n幀激光掃描物料流截面面積。假設(shè)q(t)為輸送帶t時(shí)刻(s)載荷值，v(t)為t時(shí)刻帶速值，則t時(shí)刻物料瞬時(shí)流量p(t)為

p(t) =q(t)v(t)=ρA(t)Δx

(3)

式中fscanner為激光掃描儀采集頻率。

3.3 可視化分析模塊

采用高精度功率分析儀實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入電功率、帶式輸送機(jī)輸出機(jī)械功率實(shí)時(shí)測(cè)量后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可通過(guò)USB專用接口或CF卡插槽保存。利用該測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合上位機(jī)可視化分析模塊，可計(jì)算出帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)消耗功率并以圖形的形式顯現(xiàn)，以便精確分析系統(tǒng)功耗變化軌跡和功耗影響規(guī)律。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)，提取帶式輸送機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)至穩(wěn)定運(yùn)行后的測(cè)量值?？梢暬治瞿K是以C++語(yǔ)言為基礎(chǔ)，通過(guò)Visual C++開(kāi)發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)功耗影響參數(shù)采集、物料流截面積與瞬時(shí)流量計(jì)算和功耗影響規(guī)律分析。其界面設(shè)計(jì)包括采集參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)圖形顯示、分析程序載入、程序結(jié)果顯示、特殊點(diǎn)結(jié)果顯示和系統(tǒng)退出等控件。

4 結(jié)束語(yǔ)

帶式輸送機(jī)自適應(yīng)調(diào)速節(jié)能新技術(shù)仍存在質(zhì)疑，而實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取帶式輸送機(jī)帶速、物料流截面積、物料瞬時(shí)流量和系統(tǒng)功耗已成為科學(xué)評(píng)價(jià)該技術(shù)節(jié)能效果、研究調(diào)速優(yōu)化策略的關(guān)鍵。為克服傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備功能固定、人工操作繁瑣、數(shù)據(jù)記錄可靠性差等缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗影響參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功耗參數(shù)及功耗影響因素變化情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為管理人員分析、研究調(diào)速控制優(yōu)化策略提供信息基礎(chǔ)。該平臺(tái)可有效提高港口監(jiān)控自動(dòng)化水平，對(duì)促進(jìn)港口節(jié)能減排和加快港口數(shù)字化建設(shè)具有重要作用。

[1] 崔忠健.港口散物料運(yùn)輸減少皮帶機(jī)空載的節(jié)能技術(shù)研究.港口科技，2010(9):7-10.

[2] 秦皇島港股份有限公司.多流程皮帶輸送系統(tǒng)逆向啟動(dòng)的傳輸控制方法：中國(guó)，CN101585446[P].2009-11-25.

[3] DONG M W,LUO Q.Research and application on energy saving of port belt conveyor.Procedia Environmental Sciences,2011(10):32-38.

[4] 張同戌，張德文，謝文寧.港口帶式輸送機(jī)節(jié)能改造的技術(shù)措施.水運(yùn)科學(xué)研究，2008(3)：34-38.

[5] 孫高峰.變頻器在煤礦皮帶機(jī)的應(yīng)用研究.煤礦現(xiàn)代化，2010(6)：102-103.

[6] 孫明昭.礦山帶式輸送機(jī)托輥節(jié)能降耗的研發(fā)與實(shí)踐.中國(guó)建材報(bào)，2011(4)：1-2.

[7] de ALMEIDA A T,FERREIRA F J T E,BOTH D.Technical and economical considerations in the application of variable-speed drives with electric motor systems.Industry Applications,2005,44(1):188-199.

[8] ZHANG S R,XIA X H.Optimal control of operation efficiency of belt conveyor systems.Applied Energy,2010(87):1929-1937.

[9] RISTIC L B,JEFTENIC B I.Implementation of fuzzy control to lmprove energy efficiency of variable speed bulk material transportation.Industrial Electronics,2012,59(7):2959 - 2969.

[10] 宋偉剛.帶式輸送機(jī)的速度適應(yīng)控制若干問(wèn)題的分析.煤炭工程，2009(3):101-103.

[11] 宋偉剛譯.帶式輸送機(jī)的速度控制與節(jié)能.煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37(5):75-82.

[12] 葉國(guó)欣，劉永章，李居峰.DSP在電機(jī)功率測(cè)量中的應(yīng)用.機(jī)電一體化，2004(4)：36-38.

[13] 甘世紅，田展飛，吳燕翔，等.交流異步電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行節(jié)能的研究.電力電子技術(shù)，2009，43(11)：41-42.

[14] 劉日龍，殷德奎，趙曉科.基于FPGA的電流采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)工程，2011，37(10)：226-230.

[15] 盧天海，王見(jiàn).基于LabVIEW的電機(jī)功耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20(3)：580-582.

Development of Parameter Monitoring System for Power ConsumptionLaw Analysis of Belt Conveyor Systems

ZENG Fei1,2,WU Qing2,ZENG Qing-yi3,YUE Zhang-si2

(1.School of Transportation,Nantong University,Nantong 226019,China;2.Key Laboratory for Port Cargo Handling Technology Ministry of Communications,PRC,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;3.Logistics Network Maintenance Center of Yujiatou Management Committee,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China)

Power consumption of the belt conveyor system was impacted by many parameters,such as flow rate of the bulk material,belt speed and working conditions.In order to aquire the parameters which affect power consumption of the belt conveyor system accurately and in real-time for analyzing the power consumption influence law of belt conveyors,a set of system for the parameters detection was designed and developed.On the basis of the sensors and data acquisition module of the system,data of the belt speed,the cross section area of material,the bulk material flow and the power consumption of belt conveyor systems can be acquired in real-time.These data were used for the power consumption law analysis of the system which was realized according to the visualization module developed based on Visual C++ software.The experimental results show that the system can achieve monitor power consumption parameters accurately and in real-time.It can be conducive to providing suggestions for speed controlling strategy of belt conveyors in bulk terminals.

belt conveyor;power consumption law;influencing factors;monitoring system;Visual C++

2013年度交通運(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)(重點(diǎn)平臺(tái))資助項(xiàng)目(2013329811340)；江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(14KJB580008)；南通市科技計(jì)劃項(xiàng)目(BK2014017)

2014-12-11 收修改稿日期：2015-07-16

TP277

A

1002-1841(2015)10-0046-04