帶式輸送機自動控制系統的應用

文/周躍國

目前，我國大規模使用的帶式輸送機控制系統功能過于單一，只能對設備的啟動、停止、或設備組件的某一功能展開控制，如系統的保護裝置、制動器、張緊、驅動單元等，無法通過系統運量、張力、速度等運行信息的采集對帶式輸送機運行全過程的狀態進行控制，以便規避設備抖動問題，合理匹配設備運量以及帶速，最大程度上發揮效能，減少對電能的消耗，保障運行安全、穩定、高效。因此，探究帶式輸送機自動控制系統，并實現系統的科學應用對改善當前設備自動化控制效果有著重要的現實意義。

1 模糊控制理論對優化帶式輸送機自動控制系統的價值

剛體結構應力分析、壓陷阻力理論、帶式輸送機動態分析、軟啟動可控技術、均衡技術、監測技術等都是支撐帶式輸送機運行的基礎理論，但是設備在運行過程中，其動態特性會因很多因素的變化而發改變，這就導致控制難度升級，而模糊控制理論能夠巧妙的回避因不確定因素變化導致的設備動態特點變化問題，同時根據傳感器搜集的信息以及有效參數，直接向控制系統提出控制請求，以便保障控制指令輸出被優化，有效調節帶式輸送機運行中的速度與張力，實現無煤待機、根據煤量調節運行速度的目標，以便提升設備的運行效率與安全性。具體來講，在以下方面上，模糊控制理論對帶式輸送機控制系統的優化作用十分突出：

（1）當輸入變量的變化率與帶速誤差處于相同狀態時，表示其帶速逐漸朝著不理想的狀態發展，此時則需要有效的控制，降低帶速誤差，以便抑制其變壞的趨勢，保障設備效能實現最佳；但是如果此時輸入帶速誤差處于較小狀態，則需要避免設備產生強烈的震蕩，此時則需要通過一般控制，抑制帶速誤差變壞趨勢；但如果相對速度誤差值進行控制，則需要保障變量處于最小狀態才能維持設備的穩定運行。

（2）當輸入變量的變化率與帶速誤差處于不同狀態時，表明帶速逐漸朝著理想化狀態發展，此時通過一般控制測量即可實現對速度誤差的有效控制，以便保障設備處于最佳運行狀態；但是如果輸入的帶速誤差較小，則需考慮對震蕩的控制，以便防止調控幅度過大，這樣可以采取最小控制措施降低速度產生的偏差。

從上述分析可以看出，采取中心平均法作為清晰化分析方法與模糊理論進行對比，可以發現清晰化分析方法雖然計算簡單，但是計算內容量大；雖然可以保障控制的時效性與連續性，但是與模糊控制理論在精準性上的相比則存在較大的差距，模糊控制理論可以提升控制的針對性，所以基于量化因子展開控制能夠更好的實現理想控制目標。

2 帶式輸送機自動控制系統優化設計與應用

2.1 系統架構

由于帶式輸送機的運行環境相對惡劣，存在諸多不穩定以及干擾性因素影響著設備的運行，因此，在其控制系統設計過程中應始終堅持提升控制可靠性的原則，文章以型號為西門子S7-300 的可編程控制器為例，對其系統架構設計進行了具體分析。系統主要由監控層、控制層、設備層、執行層四部分構成，為了保障其自動化生產目標的實現，控制系統運行始終遵守安全、可靠；成熟、先進；規范；開放與標準；可擴展；可管理六項基本原則。

2.2 系統硬件

本次探究中帶式輸送機自動控制系統中硬件部分的設計主要包括以下組成內容：上位機、PLC 控制柜、操作臺、高低壓開關柜、UPS 電源柜、保護裝置、傳感器等內容，從其組成部分的功能來看，可以劃分為檢測單元、制定單元、決策單元等三個部分，根據工作需要在運行中可以采取集中控制、手動與自動相結合等多元工作方式，保障對設備的有效控制。具體來講，硬件構成中檢測單元是控制的基礎，其通過傳感器發揮作用，檢測設備運行中產生的電氣信號、張緊裝置參數信息、制動裝置參數信息、變頻器狀態轉變信息、控制信號燈，將這些信號通過傳感器的識別可以直接輸送到控制系統的功能模塊中或I/O 上。而決策單元的存在是基于檢測單元提供的信息及時做出有效、準確的控制決策，其是整個控制系統的核心環節，需要選擇高效運算、安全可靠的硬件設施，如操作臺、上位機、PLC 主站等都屬于決策單元，其中PLC 主要負責接收信號，通過控制邏輯的分析以及相應運算及時做出控制指令；上位機主要負責信息的匯總、分析、顯示、存儲，并可以實現設備的聯鎖控制或單獨控制。執行單元主要由變頻器、開關、制動裝置等構成，其主要負責執行PLC 發出的控制指令。

2.3 系統軟件

軟件設計主要是為了實現帶式輸送機的張緊控制監測、綜合保護監測、制動器監測等功能，其中針對設備運行中高壓變頻器的調節主要是通過設備速度調節與控制來實現，在設備運行中通過程序可以通過邏輯展開對數字的預算，并使主變頻器接收全部的頻率控制信號，這樣可以實時、完整的對設備運行參數以及有效信息進行采集，保障邏輯運算結果的準確性以及高效性，這是控制系統發揮作用的核心環節。同時，在軟件設計環節，仍要考慮到上位機的運行需要，其作為控制系統監測與控制的核心，應保障其硬件以及軟件的可靠、穩定，才能保障控制系統功能的實現，因此，在設備運行前，啟動開關裝置時需要通過查詢系統對變頻器設備信號、張力章程信號、綜合保護裝置自檢正常信號等信息進行全面的檢測，以便滿足設備啟動的基本要求，從而在設備運行過程中繪制啟動至實現額定帶速中曲線啟動變化情況，可以直觀的分析設備的運行狀態，保障起車環節無任何問題。此外，為了有針對性的對帶式輸送機運行過程中的速度進行調節，實現規避壓煤、無煤待機、少煤慢運、多煤快運的控制效果，可以基于驅動功率展開模糊控制設計，通過確定采集膠帶速度與速度上限進行對比，如果其速度超過額定速度范圍，則采取降低頻率措施；而如果小于額定速度，其可以通過計算速度差以及變化率確定最終的輸出頻率，從而提升控制的精準性，以便能夠根據不同的運行狀態做出不同的反應，保障控制效果以及控制的及時性。

在具體應用過程中，使用額定參數為電機功率900kW、電壓10kV、速度每秒4m、運量每小時1800t 的帶式輸送機作為仿真模擬對象，通過模糊控制理論以及一般控制系統對其運行展開控制。通過繪制的帶速曲線圖與電流曲線圖可以發現模糊控制理論下的自動化控制系統曲線基本平滑，未出現較大的波動與突變，這在一定程度上也表明模糊理論控制下設備的運行相對穩定。而保障其它參數不變，將運量調整為每小時1200t 后，一般控制系統則未發揮出對運量以及帶速有效控制與調節的作用，但模糊控制可以根據運量對設備帶速進行調整，而且曲線平滑，可以明顯的看出電流的下降。由此可以看出。模糊控制理論在帶式輸送機控制系統中的應用具有極高的可行性。

3 結束語

綜上所述，模糊控制理論在帶式輸送機自動化控制系統的應用合理的解決了傳統控制模式中速度調節與軟起動之間的沖突與矛盾，并且提升了控制效果，對實現帶式輸送機運行的環保效益以及經濟效益有著重要的意義，因此，希望可以為廣大設計人員提供參考，以便實現帶式輸送機自動化控制的科學優化。