智能刮板機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué)電氣與信息學(xué)院 孫 浩 牛小燕 劉 洋 王宏智 王向喜

寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 劉建偉 渠婷婷

智能刮板機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué)電氣與信息學(xué)院 孫 浩 牛小燕 劉 洋 王宏智 王向喜

寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 劉建偉 渠婷婷

針對(duì)目前刮板機(jī)控制系統(tǒng)，其自動(dòng)程度不高且存在資源浪費(fèi)的嚴(yán)重現(xiàn)象。本文在詳細(xì)研究刮板機(jī)工作原理之后提出一種智能調(diào)速策略，并結(jié)合組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面的監(jiān)控，其節(jié)能和自動(dòng)化程度均得到極大的提高。

刮板機(jī)；智能控制

煤礦資源作為傳統(tǒng)的重要資源之一，其儲(chǔ)存量大、分布廣泛，在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比例超過65%。現(xiàn)階段新型能源還無法完全替代其重要地位，因此研究智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)是十分必要的。

本文針對(duì)智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，提出基于S7-300為主控制器，變頻器為從站。組態(tài)界面對(duì)刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，控制算法采用模糊控制。

1 智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的組成

圖1 智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)框圖

刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的框圖如圖1所示，組態(tài)軟件通過設(shè)備窗口與主站PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面的交互，極大的提高了工業(yè)自動(dòng)化程度。特別是在危險(xiǎn)系數(shù)較大的礦井作業(yè)中，對(duì)保障一線工作人員的人生安全起到極大的幫助。主站與從站的通訊方式采用RS-485通訊，通過上述通訊模式實(shí)現(xiàn)主從站數(shù)據(jù)的交互，可以遠(yuǎn)程的控制一個(gè)或多個(gè)從站的設(shè)備工作。

表1 離散表

表2查詢表

2 智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 硬件組成

智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件組成，主要包含主控制器S7-300，掛在機(jī)架上的模塊有通訊模塊、模擬量模塊、數(shù)字量模塊等其他傳感器。

2.2 控制規(guī)則表

由于刮板機(jī)的控制系統(tǒng)是一個(gè)非線性、滯后性系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型無法精準(zhǔn)建立，因此采用模糊控制來解決傳統(tǒng)PID控制器所不能解決的問題。刮板機(jī)的轉(zhuǎn)速和其負(fù)載有著密切的關(guān)系，由于實(shí)際工況刮板機(jī)的負(fù)載無法精準(zhǔn)獲知，因此采用刮板機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行間接反映。首先對(duì)刮板機(jī)的轉(zhuǎn)矩按照其額定值進(jìn)行歸一化處理，然后按照表1對(duì)刮板機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩變化率進(jìn)行模糊化。

表2的控制規(guī)則表，通過PLC的共享DB數(shù)據(jù)塊中建立一個(gè)12x6的二維數(shù)組以存放表2中的值。

3 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的人機(jī)主界面如圖2所示，操作人員可以對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。在操作界面可以進(jìn)行手自動(dòng)切換，可實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示智能刮板機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)重要參數(shù)，系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，自動(dòng)發(fā)出警報(bào)或者停機(jī)。

圖2 刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)監(jiān)控界面

4 結(jié)束語

影響刮板機(jī)的負(fù)載有很多已知和未知的因素，因此給控制系統(tǒng)帶來極大的困難。而通過對(duì)刮板機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩變化率，進(jìn)行模糊推理，在能真實(shí)的反映整個(gè)系統(tǒng)的特征的情況下，極大的簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。采用智能化人機(jī)界面交互的控制系統(tǒng)，極大的提高了煤礦作業(yè)的生產(chǎn)效率，帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的，同時(shí)也符合國家節(jié)能減排的政策要求。該控制系統(tǒng)，可操作性強(qiáng)，安全性高，極大的降低工業(yè)成本。同時(shí)也減少了設(shè)備故障率和設(shè)備損壞率。

[1]王凱.基于刮板輸送機(jī)負(fù)載預(yù)測(cè)的采煤機(jī)調(diào)速技術(shù)研究[D].中國礦業(yè)大學(xué),2015.

[2]劉杰輝.基于組態(tài)王的露天采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù),2015,34(10):247-248.

[3]衛(wèi)學(xué)兵.礦井工作面運(yùn)輸速度的精確控制[J].通訊世界,2015(1):207.

項(xiàng)目名稱：智能刮板機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)研究，項(xiàng)目編號(hào)：YCX1773。