基于PID的皮帶輸送機尾部自動調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)

李美龍

（山西煤炭運銷集團錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033000）

引言

隨著皮帶輸送機不斷向長距離、高帶速、大運量的方向發(fā)展，輸送機在運行過程中的靈活性受到了極大的限制，而機尾自移裝置作為皮帶輸送機的一個重要組成部分，在提升皮帶輸送機運行靈活性和穩(wěn)定性方面具有重要的作用。現(xiàn)有的輸送機機尾自移裝置主要包括機頭、機身和尾部三個部分，在自移裝置的機頭處設置有調(diào)節(jié)角架，角架上設置有調(diào)節(jié)托輥組，通過對托輥組的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)跟隨皮帶輸送機的移動，滿足不同地形條件下的物料運輸需求，但目前對于機尾自移裝置角度的調(diào)整仍然需要依靠井下作業(yè)人員進行調(diào)控的方式，需要多人配合在井下狹窄的地形環(huán)境下調(diào)整，不僅勞動強度大、調(diào)整效率低，而且還極易導致調(diào)節(jié)角架的變形，影響自移裝置的工作可靠性[1]。

1 機尾自移監(jiān)控系統(tǒng)主體概述

該皮帶輸送機尾部自動調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)的核心實質(zhì)上是對尾部自動調(diào)整機械結構及控制系統(tǒng)的監(jiān)測，該皮帶輸送機的尾部自動調(diào)整系統(tǒng)以液壓控制系統(tǒng)為核心，因此，該監(jiān)控系統(tǒng)主要采用行程傳感器、壓力傳感器、視頻監(jiān)控設備等對該調(diào)整裝置工作過程中的動作情況進行監(jiān)控，將各類監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭訮LC為核心監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對皮帶輸送機尾部自動調(diào)整的遠程監(jiān)測和控制，該皮帶輸送機機尾的調(diào)整流程[2]如圖1所示。

由圖1可知，當控制人員發(fā)出前移的控制指令后，控制中心發(fā)出動作指令，控制執(zhí)行油缸的活塞桿伸出，使尾部調(diào)整系統(tǒng)的導軌推向地面，此時整個皮帶輸送機尾部自動調(diào)節(jié)裝置的重量均集中在了與地面接觸的導軌上，當行程限位開關發(fā)出到位的動作信號后，系統(tǒng)將控制執(zhí)行油缸的活塞桿停止動作，系統(tǒng)進入到保壓狀態(tài)，然后系統(tǒng)整體再控制推移電磁換向閥的閥芯進行換向，系統(tǒng)向推移執(zhí)行油缸內(nèi)供油，推動滾輪的滾動運行，進而推動整個皮帶輸送機尾部調(diào)整系統(tǒng)的向前運動，在這個過程中位移傳感器和壓力傳感器等會對調(diào)整機構的動作情況和系統(tǒng)壓力變化情況進行監(jiān)控，確保調(diào)整的精確性和安全性。

圖1 輸送機尾部自移動作流程示意圖

2 輸送機尾部自移監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構

皮帶輸送機的尾部自移監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構主要由各類檢測電路、監(jiān)控單元、電磁閥控制電路、數(shù)據(jù)輸出與控制通信接口等構成，該監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構的核心在于STM32單片機系統(tǒng)，主要用于根據(jù)各類動作指令來控制電磁閥的換向和動作時間，實現(xiàn)精確控制機尾自移裝置的精確動作，滿足調(diào)整裝置在各類工況下的動作。位移傳感器和傾角傳感器主要用于對調(diào)整裝置動作過程中的姿態(tài)情況進行監(jiān)控并對執(zhí)行情況進行閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，對尾部自動調(diào)整裝置的動作精確性和及時性進行監(jiān)控，閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)的優(yōu)點在于能夠不斷的對系統(tǒng)動作情況進行監(jiān)控，并與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的調(diào)整狀態(tài)信號進行不斷的對比、修正，實現(xiàn)對輸送機尾部自動調(diào)整裝置動作情況的監(jiān)控，滿足高精度遠程調(diào)節(jié)與控制的需求，該輸送機尾部自動調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構如圖2所示[3]。

圖2 輸送機尾部自動調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)硬件結構示意圖

3 自動監(jiān)控系統(tǒng)的PID控制原理

PID控制主要包括比例控制、積分控制和微分控制三部分構成。系統(tǒng)的比例控制主要用于加快系統(tǒng)對信號激勵的響應速度，降低系統(tǒng)在調(diào)整過程中的誤差，比例常數(shù)越大，系統(tǒng)的響應速度就越快，但易產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，因此需合理制定比例系數(shù)。積分調(diào)節(jié)主要是用于降低系統(tǒng)在應用過程中的靜態(tài)誤差，積分環(huán)節(jié)的調(diào)整精度與時間常數(shù)有關，時間常數(shù)越大系統(tǒng)的調(diào)整時間越長，調(diào)節(jié)精度就越低。微分環(huán)節(jié)主要用于改善該調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)整穩(wěn)定性和動態(tài)特性，能夠有效的反應出輸送機尾部自動調(diào)整裝置在工作過程中的偏差變化情況，能夠及時將該偏差變動量反饋給PLC控制系統(tǒng)，是整個閉環(huán)反饋的核心，有效的提升整個調(diào)整控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)精確性，該調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)的PID控制流程如圖3所示[4]。

圖3 輸送機尾部自動調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)PID控制流程

圖中：r（k）表示輸入數(shù)據(jù)信號，e（k）表示調(diào)整后的輸出信號，u（k）表示經(jīng) PID數(shù)據(jù)修正后的信號，u（t）表示數(shù)據(jù)放大后的比例放大信號，y（t）表示調(diào)整完成后的控制信號。

4 結論

1）皮帶輸送機尾部自動調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)的核心實質(zhì)上是對尾部自動調(diào)整機械結構及控制系統(tǒng)的監(jiān)測，以PLC為核心監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對皮帶輸送機尾部自動調(diào)整的遠程監(jiān)測和控制；

2）皮帶輸送機的尾部自移監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構主要由各類檢測電路、監(jiān)控單元、電磁閥控制電路、數(shù)據(jù)輸出與控制通信接口等構成，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送機尾部自動調(diào)整裝置動作情況的監(jiān)控，滿足高精度遠程調(diào)節(jié)與控制的需求；

3）PID控制主要是主要包括比例控制、積分控制和微分控制三部分構成，夠有效提升整個調(diào)整控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)精確性。