基于PID 控制的輸送帶跑偏調(diào)整控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

馬 剛

（晉煤集團(tuán)趙莊二號(hào)井安全監(jiān)察部， 山西 長子 046600）

引言

隨著對(duì)輸送機(jī)的物料輸送效率和穩(wěn)定性的要求不斷提升，特別是隨著長距離、大運(yùn)量、高帶速帶式輸送機(jī)的廣泛應(yīng)用[1]，輸送帶在運(yùn)行過程中的跑偏現(xiàn)象愈加嚴(yán)重。經(jīng)分析，一方面是由于輸送帶的接頭位置長短不均衡使輸送帶兩側(cè)受力不一致而導(dǎo)致的，另一方面則是輸送帶運(yùn)行過程中兩側(cè)的摩擦力大小不一致而導(dǎo)致，特別是當(dāng)輸送帶內(nèi)存在大量動(dòng)張力沖擊作用時(shí)，跑偏現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重，不僅嚴(yán)重影響到了輸送機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性而且給輸送機(jī)的安全運(yùn)行帶來了較大的隱患。本文在對(duì)影響輸送機(jī)跑偏的因素進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上提出了一種新的輸送帶跑偏調(diào)整控制系統(tǒng)[2]，能夠根據(jù)輸送帶的偏位情況自動(dòng)對(duì)托輥組進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶的糾偏，根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證表明了該控制系統(tǒng)能夠有效地對(duì)輸送帶的偏位情況進(jìn)行調(diào)整，調(diào)節(jié)精度高、可靠性好，極大提升了帶式輸送機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。

1 防跑偏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)帶式輸送機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生跑偏的原因，結(jié)合托輥調(diào)整的具體結(jié)構(gòu)形式，本文提出了一種新的基于PID 控制的帶式輸送機(jī)跑偏調(diào)整控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

由圖1 可知，在該防跑偏控制系統(tǒng)中，托輥組下側(cè)設(shè)置一組螺桿調(diào)整控制器，由變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)螺桿的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在輸送帶的兩側(cè)設(shè)置有輸送帶跑偏位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)輸送帶的跑偏量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果返回到控制中心中，由控制中心內(nèi)的PID 控制器等對(duì)跑偏量進(jìn)行分析，輸出調(diào)整控制量，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)螺桿控制器進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶偏位量的調(diào)節(jié)，從而確保輸送帶在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的防跑偏控制。

圖1 防跑偏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 帶式輸送機(jī)的跑偏位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該輸送帶防跑偏控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送帶防跑偏的基礎(chǔ)在于對(duì)輸送帶運(yùn)行過程中的偏位量進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，因此為了確保對(duì)輸送帶跑偏量的監(jiān)控，本文提出了一種新的具有高度可靠性和精確性的防跑偏位置監(jiān)控系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 防跑偏監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，在該防跑偏監(jiān)控系統(tǒng)中，設(shè)置了一組四連桿控制設(shè)備[3]，實(shí)現(xiàn)將輸送帶在橫向方向上的位移變化量的放大處理，從而能夠提高對(duì)輸送帶偏位量的高精度監(jiān)測(cè)，當(dāng)輸送帶在運(yùn)行過程中向圖示箭頭方向偏位時(shí)，通過四連桿機(jī)構(gòu)將其運(yùn)動(dòng)傳輸?shù)阶髠?cè)的位移傳感器上，通過對(duì)兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)的位移變化情況的分析，即可獲取在該時(shí)間段內(nèi)輸送帶的偏位量。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)輸送帶在運(yùn)行過程中的運(yùn)行速度和跑偏量自動(dòng)對(duì)其單位時(shí)間內(nèi)的跑偏情況進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)在最短時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)更新判斷，為系統(tǒng)的調(diào)節(jié)分析奠定基礎(chǔ)。

3 PID 控制原理

PID 控制技術(shù)是比例- 積分- 微分控制的簡稱，是一種具有高適應(yīng)性的閉環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)，利用反饋控制的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的連續(xù)跟蹤控制，具有穩(wěn)定性好、可靠性高、反饋控制調(diào)節(jié)精確的優(yōu)點(diǎn)[4]。在該帶式輸送機(jī)的輸送帶跑偏調(diào)整控制系統(tǒng)中，將輸送帶的跑偏量作為反饋控制信號(hào)，與螺桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量相對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所獲取的輸送帶的跑偏量直接調(diào)出相應(yīng)的調(diào)整量，并發(fā)出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿的調(diào)整。改變輸送帶和托輥組兩側(cè)的摩擦力，使輸送帶向著正常的方向移動(dòng)，通過在這個(gè)運(yùn)行過程中連續(xù)不斷地對(duì)輸送帶的偏位情況進(jìn)行檢測(cè)，就可以確保輸送帶在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，極大降低了出現(xiàn)撒料、輸送帶磨損的可能性，確保了輸送機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，PID 控制原理如圖3 所示。

4 結(jié)論

1）在該防跑偏控制系統(tǒng)中，托輥組下側(cè)設(shè)置一組螺桿調(diào)整控制器，由變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)螺桿的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有調(diào)節(jié)精度高、反應(yīng)靈敏性好的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 PID 控制流程示意圖

2）防跑偏監(jiān)控系統(tǒng)采用四連桿控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)將輸送帶在橫向方向上的位移變化量的放大處理，從而能夠提高對(duì)輸送帶偏位量的高精度監(jiān)測(cè)，能夠在最短時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新判斷，滿足對(duì)輸送帶的防跑偏控制要求。