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1、緒論
1.1課題背景及其意義
電子皮帶秤是工業(yè)生產(chǎn)過程中對皮帶傳送的散裝固體物料進(jìn)行連續(xù)稱量的計(jì)量設(shè)備，在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天也隨之日益改進(jìn)，不僅要求稱量準(zhǔn)確，在冶金、煤炭、化工、煙草、水泥等行業(yè)中還要求稱量過程能大幅度提高生產(chǎn)效率。原料在輸送中進(jìn)行動態(tài)連續(xù)稱量的同時還要在輸送中對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制，以達(dá)到準(zhǔn)確的配比。
本設(shè)計(jì)主要針對的是皮帶秤配料系統(tǒng)中配料這一環(huán)節(jié)，因?yàn)榕淞系馁|(zhì)量如果達(dá)不到要求，一是會浪費(fèi)原材料，二是影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行，重則影響和生產(chǎn)效率，在某些重要生產(chǎn)崗位上，配料失誤甚至?xí)劤墒鹿?。可見配料精度與配料速度影響著整個生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，所以要對配料過程的質(zhì)量和有足夠的重視。
皮帶秤有如下幾個特點(diǎn)：
(l)皮帶秤的計(jì)量對象是連續(xù)流動的物料可以顯示物料的瞬時流量和在某一段時間內(nèi)的累計(jì)流量。
(2)皮帶秤是在皮帶運(yùn)行中進(jìn)行測量，所以測量的穩(wěn)定性很重要。當(dāng)物料多少不等、皮帶輕重不均勻和上下跳動以及皮帶速度發(fā)生變化時，皮帶秤應(yīng)有較好的適應(yīng)能力。
(3)由于傳送皮帶速度大多在1～2m/s左右，故皮帶秤必須具有較高的響應(yīng)速度。
現(xiàn)實(shí)中，許多皮帶秤的控制精度并不很理想，易發(fā)生故障，在復(fù)雜的生產(chǎn)工藝中不能適應(yīng)一些惡虐的環(huán)境。所以僅僅是傳統(tǒng)的PID控制是不能實(shí)現(xiàn)良好的調(diào)節(jié)效果的。鑒于此狀況，需要設(shè)計(jì)技術(shù)更為先進(jìn)，更合理有效的設(shè)計(jì)方案。
本課題設(shè)計(jì)的電子皮帶秤自動配料系統(tǒng)能有效解決動態(tài)計(jì)量衡器的控制精度問題。可以完全替代原有的陳舊設(shè)備，應(yīng)用模糊控制使得系統(tǒng)具有優(yōu)良的性能，就配料系統(tǒng)而言，配料壞節(jié)采用模糊控制后，可以提高配料速度及質(zhì)量，也降低了工人的勞動強(qiáng)度。從更深的角度去說，是為企業(yè)創(chuàng)收，為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
1.2系統(tǒng)工作現(xiàn)狀及工藝難點(diǎn)問題
1.2.1皮帶秤配料系統(tǒng)的現(xiàn)場結(jié)構(gòu)組成
配料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成中有4個稱重單元，每個單元有料倉、給料電機(jī)、皮帶秤組成。這是一種使用最為廣泛的皮帶秤配料系統(tǒng)，也是最簡單最基本的結(jié)構(gòu)形式。
煤炭、化工、水泥等行業(yè)中的配料系統(tǒng)是要把多種原料按照一定的配比混合到一起。本設(shè)計(jì)研究的是4種原料的混合。系統(tǒng)共設(shè)有4個給料倉，每個給料倉通過各自的給料電機(jī)來控制給料速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)給料量。電機(jī)的調(diào)速方式有多種，在第二章中分析了電機(jī)的調(diào)速方式。物料到達(dá)皮帶秤后，由皮帶秤測量原料的瞬時流量以及累計(jì)流量等數(shù)據(jù)送入控制器去控制執(zhí)行器。每個料倉的下料最后到達(dá)主皮帶，混合后再送入下一級。
1.2.2一般的控制方案
目前各行業(yè)中使用的電子皮帶秤的生產(chǎn)廠家也比較多，一些廠家采用的是用基于單片機(jī)的PID調(diào)節(jié)，這樣的配料系統(tǒng)控制精度不高，可靠性也不高。而一些大型廠家的皮帶秤配料系統(tǒng)則是基于PID調(diào)節(jié)器和WINDOWS平臺的。系統(tǒng)中的傳感器將測量到的信號送到稱重儀表，皮帶秤儀表將接收到的重量信號和速度信號經(jīng)積算后以4～20mA模擬電流的形式送至PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)測量的瞬時流量值與設(shè)定流量值的偏差，進(jìn)行比較運(yùn)算后通過變頻器去調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到穩(wěn)定瞬時流量的目的。如果需要改變流量或者配比時就可以直接在調(diào)節(jié)器上操作，操作起來簡單方便快捷。
1.2.3現(xiàn)有配料系統(tǒng)的難點(diǎn)問題
對于現(xiàn)有皮帶秤要想使系統(tǒng)穩(wěn)定，受到干擾時有好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，而且要求穩(wěn)、準(zhǔn)、快。那么就需要滿足以下幾個條件：
第一，物料出量要與給料機(jī)的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。
第二，皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定，由實(shí)踐總結(jié)出一些共同的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，對調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性有影響的性質(zhì)有：容量系數(shù)、阻力、傳遞距離。容量系數(shù)大，對象抵抗擾動的能力強(qiáng)，被調(diào)量在受擾動后變化慢，呈現(xiàn)較大慣性。反之，容量系數(shù)小，被調(diào)量變化快，慣性??；調(diào)節(jié)對象的阻力或大或小，例如，物料在下料時會遇到倉壁或閥門等給它的阻力，所以阻力也是調(diào)節(jié)對象的一種結(jié)構(gòu)性質(zhì)；物料在運(yùn)送過程中有一定的傳送距離，從而有一定的傳遞時間，這也是控制的難點(diǎn)。
第三，PID的三個參數(shù)的設(shè)置要合理。
只有這些條件都滿足，而且他們之間相互配合，才可以獲得令人滿意的控制效果，調(diào)節(jié)器才可以穩(wěn)定快速的運(yùn)行。
當(dāng)然在這些條件中系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是最基本的，只有在這個前提下，才能去設(shè)置合理的PID控制參數(shù)，傳統(tǒng)的PID控制對參數(shù)固定的系統(tǒng)有好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，因?yàn)樗膮?shù)整定是按照階躍響應(yīng)的過渡過程去整定的。所以理想中可以做到無誤差。但是，實(shí)際生產(chǎn)中不可能做到像上述描述中的那么理想，實(shí)際電子皮帶秤自動配料系統(tǒng)的控制精度會受到如下多個因素的影響。
首先是物料物理特性的影響，物料的粒度、濕度、溫度會因?yàn)橥饨缫蛩氐淖兓兓@樣給料設(shè)備無法正常工作供料。比如物料在氣溫低或者濕度大時會出現(xiàn)結(jié)塊的情況，從而影響給料設(shè)備的給料，應(yīng)該采取一些保護(hù)措施。保證物料不結(jié)塊、結(jié)球，粒度保持一致，水分適中，流動性好。這樣才能達(dá)到控制準(zhǔn)確度指標(biāo)。濕度的影響一般在皮帶受潮最初的巧分鐘之內(nèi)能及時的調(diào)整零點(diǎn)，可以消除，當(dāng)濕度變化劇烈時，此影響要引起重視。
第二是設(shè)備機(jī)械震動和設(shè)備安裝的影響，皮帶傳輸物料時機(jī)械振動會造成瞬時流量不穩(wěn)定，要盡量避免機(jī)械振動對系統(tǒng)控制精度的影響。安裝時要盡量避免周圍輸送設(shè)備的振動。給料設(shè)備的安裝要嚴(yán)格按照要求，否則會把設(shè)備安裝精度的誤差轉(zhuǎn)化為給料量的誤差，使系統(tǒng)控制精度降低。
另外還有料倉形狀的影響，料倉的形狀有多種，要選擇適合物料下放的形狀及內(nèi)壁材料，防止“懸料”現(xiàn)象的發(fā)生。
綜合以上的影響，物料瞬時流量的測量誤差會較大，再加上系統(tǒng)工作時工藝現(xiàn)場受其它外界的干擾，比如儀表附近的大功率變頻器、電磁波的干擾、電機(jī)的頻繁啟停等現(xiàn)場情況，都使系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確度和配料精度降低。通常只是工作人員根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)人工給出粗略的PID參數(shù)。使系統(tǒng)在一個較寬范圍內(nèi)控制。還需解決的問題有:電機(jī)調(diào)速方式的選擇;傳感器的選擇;系統(tǒng)抗干擾能力的提高;管理軟件的設(shè)計(jì);系統(tǒng)調(diào)試等問題。
1.3本設(shè)計(jì)解決的問題及主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)要解決的問題是物料在皮帶傳送過程中的控制精度問題，基于考慮上節(jié)提到的配料系統(tǒng)現(xiàn)存的難點(diǎn)及影響系統(tǒng)控制的諸多因素，本設(shè)一計(jì)主要在配料環(huán)節(jié)中采用模糊PID控制，即綜合模糊控制技術(shù)和傳統(tǒng)PID控制。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是結(jié)合皮帶秤的現(xiàn)狀及實(shí)際工藝中遇到的難點(diǎn)問題給出自己的設(shè)計(jì)方案。在保證系統(tǒng)稱量精度及控制精度的前提下，選擇合理的軟硬件配置。從而提高系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。通過系統(tǒng)分析結(jié)合配料系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)際工作情況，由模糊控制技術(shù)的理論，給出模糊控制結(jié)構(gòu)框圖。根據(jù)模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)出與傳統(tǒng)PID相結(jié)合的模糊PID控制器。解決了皮帶秤配料系統(tǒng)的控制及誤差調(diào)節(jié)問題，從而提高配料系統(tǒng)的配料速度及精度。最后通過仿真看出，引入模糊控制后，在系統(tǒng)受到干擾出現(xiàn)偏差時調(diào)節(jié)效果很好。解決了原配料系統(tǒng)有較大的誤差，動態(tài)特性不理想，超調(diào)量較大時的控制精度及配料速度問題，大大提高了系統(tǒng)的計(jì)量精度和配料速度。
為了保證整個控制系統(tǒng)的可靠性，選用研華工控機(jī)作為上位機(jī)，內(nèi)裝四端口串行擴(kuò)展卡。工控機(jī)與4臺稱重配料儀表采用RS232通訊協(xié)議。上位機(jī)軟件在Windows環(huán)境下，采用匯編語言編寫，實(shí)現(xiàn)全漢化用戶界面。程序由生產(chǎn)監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置、物料設(shè)置、客戶管理、任務(wù)管理和配方管理及各種統(tǒng)計(jì)報表等模塊組成，具有界面友好、操作簡便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。使整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了白動化，節(jié)省了勞動力，提高了生產(chǎn)效率。
本論文第二章闡述了皮帶秤配料系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):第三章是具體分析模糊PID控制器的設(shè)計(jì)過程;第四章是控制系統(tǒng)電氣部分的具體實(shí)現(xiàn);第五章用MATLAB軟件對模糊PID控制進(jìn)行仿真。
2、皮帶秤配料系統(tǒng)工作原理及總體設(shè)計(jì)方案
皮帶秤配料系統(tǒng)中配料皮帶秤作為在線測量的動態(tài)稱量衡器，有著重要的作用，目前已廣泛用于冶金、煤炭、煙草、化工、建材等行業(yè)中，是集輸送、稱量、配料于一體的設(shè)備。皮帶秤儀表除了顯示瞬時流量和累積流量外，還能根據(jù)由接線盒傳過來的數(shù)據(jù)與給定值的偏差來控制給料機(jī)的給料，從而保證瞬時流量的恒定。這樣就構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2.1皮帶秤配料系統(tǒng)組成及工作原理
2.1.1皮帶秤配料系統(tǒng)組成
配料皮帶秤系統(tǒng)由三大部分組成，分別是料斗、給料設(shè)備和皮帶秤。
簡要介紹一下各部分的功能：
1、料斗
料斗主要將物料通過給料設(shè)備送至配料皮帶秤。料斗一般用普通薄鋼板或鍍鋅薄板沖壓或焊接而成。輸送磨損性強(qiáng)的物料時料斗的邊緣常用折邊，卷入鋼絲和附加襯板加強(qiáng)，以防止快速磨損。為了防止料斗內(nèi)聚集和沉附物料，前后壁多做成圓弧連接，略帶斜角。安裝時，也要注意位置距離要合適，避免下料時對皮帶秤的沖力。
2、給料設(shè)備
皮帶秤配料系統(tǒng)是通過給料設(shè)備把物料送入下一級的，給料速度決定了物料流量，給料速度又是通過調(diào)速電機(jī)去控制的。在調(diào)速配料方式中由配料皮帶秤本身代替，而在恒速配料和雙調(diào)速配料方式中給料設(shè)備是一個獨(dú)立設(shè)備。給料設(shè)備也是形式多樣，有電磁振動給料式、圓盤給料式、密封葉輪給料式、螺旋給料式等，對于粘性和含有少量水分的粒狀物料可以選擇電磁振動給料式或者圓盤給料式;對于干燥的細(xì)粉末狀物料可以選擇密封葉輪給料式或者螺旋給料式。實(shí)際當(dāng)中要根據(jù)物料的特性進(jìn)行選擇，而且設(shè)備要可以接收上一級的4～20mA(或1～5V)模擬信號。在本設(shè)計(jì)中，針對物料的物理特性選擇的是電磁振動給料式給料設(shè)備。
另外，對給料設(shè)備的基本要求是：
l)應(yīng)能保證一定的給料量，便于隨時調(diào)節(jié)其給料量；
2)給料量的準(zhǔn)確度應(yīng)能滿足生產(chǎn)工藝的要求；
3)應(yīng)滿足生產(chǎn)過程中其它工藝要求，如自動計(jì)量、自動控制等；
4)給料設(shè)備應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠、便于維護(hù)。
3、配料皮帶秤(機(jī)械部分和電氣部分)
配料皮帶秤機(jī)械部分由秤架和皮帶傳輸組成，其中秤架是皮帶秤的荷重承受和重力傳遞裝置，按照外部特性進(jìn)行分類，秤架可以分為多托輥式、單托輥式和懸臂式三種。配料皮帶秤電氣部分由稱重傳感器、測速傳感器、稱重儀表和調(diào)速電機(jī)等部分組成。各部分的工作情況是:當(dāng)料倉中的物料由給料設(shè)備投入到配料皮帶上，物料隨皮帶運(yùn)行到達(dá)稱量點(diǎn)時，由稱重傳感器A將物料的重量轉(zhuǎn)化為電信號，由測速傳感器B將皮帶的速度值轉(zhuǎn)化為電信號，信號經(jīng)過接線盒D進(jìn)行匯總后送入稱重儀表E，儀表再對采集到的信號進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，最后轉(zhuǎn)化為瞬時流量和累積流量。與此同時稱重儀表輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的控制信號到調(diào)速電機(jī)來調(diào)節(jié)給料速度，使物料流量保持穩(wěn)定，最終可以使系統(tǒng)的配比更為準(zhǔn)確。
2.1.2皮帶秤工作原理
皮帶秤的計(jì)量對象是連續(xù)流動的物料，可以顯示物料的瞬時流量和在某一段時間內(nèi)的累計(jì)流量。皮帶秤是在皮帶運(yùn)行中進(jìn)行測量，所以測量的穩(wěn)定性很重要。當(dāng)物料多少不等、皮帶輕重不均勻和上下跳動以及皮帶速度發(fā)生變化時，皮帶秤應(yīng)有較好的適應(yīng)能力。所以皮帶秤的主要特點(diǎn)是連續(xù)、自動地稱重。
如果測單位長度的瞬時流量，一段距離的物料重量，或在一段時間和一段距離的累積重量。這些量的計(jì)算可采用積分法和累加法兩種方法進(jìn)行計(jì)算。在本設(shè)計(jì)中采用積分法表示一段時間的累積流量。電子皮帶秤輸送物料時，物料的瞬時流量為：qxv(kg/s)，其中q(kg/m)為皮帶上單位長度的載重，v(m/s)為同一時刻皮帶運(yùn)行的速度。但是實(shí)際中，單位長度的載重與物料本身特性有關(guān)，可能出現(xiàn)不均勻的情況。
皮帶秤是按照力學(xué)中的懸索原理工作的，皮帶的力平衡關(guān)系介于彈性靜不定和柔性懸索之間，因?yàn)槠У臋M向能力小，更接近于懸索狀態(tài)，所以皮帶秤的計(jì)量是以線分布密度代替體分布，按流量進(jìn)行測量的。
2.2配料皮帶秤工作方式
配料皮帶秤是裝有皮帶秤整個稱量裝置的皮帶輸送機(jī)，其中給料設(shè)備是調(diào)節(jié)物料多少的，按照給料設(shè)備調(diào)速方式的不同，配料皮帶秤有以下幾種工作方式：
2.2.1拖料式配料方式
拖料式配料的皮帶秤指的是無專用的給料機(jī)，僅用皮帶機(jī)調(diào)速方式的配料皮帶秤。所以也稱作調(diào)速配料方式。配料皮帶秤直接安裝在進(jìn)料斗的下方，以拖料的方式從進(jìn)料斗中拖出物料。這樣可調(diào)速的皮帶機(jī)既完成物料的稱量任務(wù)，又完成物料量多少的調(diào)節(jié)任務(wù)，所以在拖料皮帶秤這種工作方式中，嚴(yán)格地講，不能稱為無給料機(jī)，只是無專用的給料機(jī)，給料機(jī)的功能由配料皮帶秤的皮帶機(jī)順帶完成。
拖料式配料方式優(yōu)點(diǎn)：1)無專有給料機(jī)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資??；2)節(jié)省電能消耗；3)皮帶上的物料負(fù)荷不隨物料量的多少而變，對物料稱量精確度和控制精確度的提高有好處;的系統(tǒng)無滯后，電機(jī)速度一變化，給料量也隨之改變，控制精確度高。拖料式配料方式缺點(diǎn)：1)是進(jìn)料倉直接在皮帶秤的皮帶機(jī)上，入料時對皮帶的張力大；2)沒有專用的給料機(jī)，所以調(diào)零、更換皮帶較難操作；3)對于干粉狀和粘性較大的物料不適用;所以對于濕度適中、流動性能較好的物料系統(tǒng)可以采用這種工作方式。
2.2.2恒速配料方式
恒速式配料指的是給料機(jī)調(diào)速、皮帶機(jī)恒速方式的配料皮帶科。
給料機(jī)調(diào)速可以完成物料量多少的調(diào)節(jié)任務(wù)，而皮帶機(jī)不可調(diào)速則皮帶上的物料負(fù)荷隨物料量的多少而變。早期的配料皮帶秤采用這種方式的較多。
恒速式配料的優(yōu)點(diǎn)是：1)進(jìn)料斗與配料皮帶秤之間有專用給料機(jī)，便于皮帶秤的調(diào)零、更換皮帶等操作。2)計(jì)量準(zhǔn)確度高，可靠性好，應(yīng)用范圍較廣。
缺點(diǎn)是：1)有專用給料機(jī)，投資較大；2)皮帶上的物料負(fù)荷隨物料量的多少而變對物料稱量精確度有影響。所以對于配料控制精度要求不高，流量設(shè)定值變化范圍小的物料系統(tǒng)適用恒速式配料方式。
2.2.3雙調(diào)速式配料方式
雙調(diào)速式配料皮帶秤指的是給料機(jī)、皮帶機(jī)均調(diào)速方式的配料皮帶秤。給料機(jī)調(diào)速是為了改變物料給料量，皮帶機(jī)調(diào)速是為了使皮帶上的物料負(fù)荷始終保持穩(wěn)定。雙調(diào)速有兩種方式:一是給料機(jī)、皮帶機(jī)同步調(diào)速，即采用機(jī)械方法，由一臺變頻器同步帶動給料機(jī)與皮帶機(jī)的電機(jī);二是由兩臺變頻器分別帶動給料機(jī)與皮帶機(jī)的電機(jī)。同步調(diào)速方式多了機(jī)械裝置，但省了一臺變頻器，總的來說節(jié)省了投資;兩臺變頻器調(diào)速多用了一臺變頻器，投資雖然增加了一點(diǎn)，但調(diào)整更加靈活，適應(yīng)物料量設(shè)定的變化范圍更大，目前絕大多數(shù)應(yīng)用都采用兩臺變頻器分別帶動給料機(jī)與皮帶機(jī)電機(jī)的調(diào)速方式。
雙調(diào)速式配料方式優(yōu)點(diǎn)是：1)皮帶上的物料負(fù)荷不隨物料量的多少而變，可提高物料稱量精確度；2)有專用給料機(jī)，便于皮帶秤的調(diào)零、更換皮帶等操作。雙調(diào)速式配料方式缺點(diǎn)是：系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，有兩臺設(shè)備需要調(diào)速，投資最高。所以對于配料精確度要求高、流量設(shè)定值變化范圍大的配料系統(tǒng)適用雙調(diào)速配料方式。
總之，在實(shí)際當(dāng)中采用哪種配料方式，要視具體情況確定，要根據(jù)控制準(zhǔn)確度、系統(tǒng)可靠性、投資大小等方面的因素綜合考慮。由于本設(shè)計(jì)中配料系統(tǒng)是用于煤焦配比，要求系統(tǒng)可靠性好，計(jì)量準(zhǔn)確度高，綜合多方面考慮所以選擇拖料式配料方式。
2.3皮帶秤配料系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)的配料系統(tǒng)是由4臺皮帶秤組成。該系統(tǒng)主要由配料電子皮帶秤、儀表控制柜、動力控制柜、變頻器柜、低壓開關(guān)柜、現(xiàn)場操作盤、工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)(以下簡稱工控機(jī))、及監(jiān)控管理軟件幾部分組成。
l)配料電子皮帶秤
配料電子皮帶秤具有運(yùn)輸和計(jì)量兩種功能，對經(jīng)過皮帶的物料進(jìn)行自動地連續(xù)地稱量和累積。稱重部分采用電阻應(yīng)變式工作原理，多托輥杠桿式結(jié)構(gòu)，實(shí)際工作時，通過調(diào)節(jié)上級給料設(shè)備的給料速度來改變物料流量，此種皮帶秤大多用于企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)工藝的控制。
2)儀表控制柜
儀表控制柜由4臺稱重儀表組成。每臺稱重儀表接受來自各個稱重傳感器的重量毫伏信號和來自測速傳感器的帶速脈沖信號，計(jì)算出瞬時流量和累計(jì)量，并將流量信號以4～20mA模擬電流的形式送給工控機(jī)，工控機(jī)將流量信號與設(shè)定值比較后，根據(jù)一定的控制規(guī)則輸出4～20mA調(diào)節(jié)信號，去控制現(xiàn)場給料設(shè)備的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成單機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到控制某種物料流量的目的。稱重儀表通過RS-485通訊接口與工控機(jī)進(jìn)行通訊。
3)動力控制柜
動力控制柜是動力部分的中央控制部件，里邊安裝有電流表、控制按鈕、指示燈、可編程控制器(以下稱PLC)及電機(jī)保護(hù)電路。用于監(jiān)控現(xiàn)場皮帶機(jī)的運(yùn)行;對現(xiàn)場皮帶機(jī)和給料設(shè)備的啟停進(jìn)行控制;指示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài);聯(lián)鎖控制及打滑跑偏報警等。其中PLC通過RS-232通訊接口與工控機(jī)進(jìn)行通訊。
4)變頻器柜
柜中的變頻器，接收動力控制柜的開關(guān)信號控制上級給料電機(jī)的啟停，同時也接收來自工控機(jī)的4～20mA調(diào)節(jié)信號，通過改變輸出動力電源的頻率，從而控制現(xiàn)場4臺給料設(shè)備的轉(zhuǎn)速。
5)低壓開關(guān)柜
低壓開關(guān)柜內(nèi)配置有開關(guān)、電壓表、電流表、斷路器、隔離變壓器等器件，為系統(tǒng)各部分和配煤系統(tǒng)動力部分提供電源，同時檢測動力電源部分的線電流和相間電壓。
6)現(xiàn)場操作盤
本設(shè)計(jì)的皮帶秤配煤系統(tǒng)電機(jī)的現(xiàn)場控制部件，裝有控制按鈕、指示燈，可以在設(shè)備旁對現(xiàn)場皮帶機(jī)和給料設(shè)備的啟停進(jìn)行控制，指示可編程邏輯控制器PLC對電機(jī)的命令狀態(tài)。
7)工控機(jī)及監(jiān)控軟件
工控機(jī)主機(jī)選用研華IPC-610型14架裝式工業(yè)PC機(jī)箱，配置
PCA-6179L全長CPU卡、512M內(nèi)存、80G硬盤、一個PCL-746+四端口RS232/422/485通訊接口卡、2個pCI-1720U型4通路隔離模擬量輸出卡(設(shè)置為4～20mA模擬量輸出)。
工控機(jī)作為上位機(jī)，通過RS485雙向通訊接口與稱重儀表進(jìn)行通訊，通過RS232雙向通協(xié)接口與動力控制柜中的PLC進(jìn)行通訊，輸出模擬信號控制給料設(shè)備的給料流量，進(jìn)而構(gòu)成了完整的配料系統(tǒng)。工控機(jī)另外留有一個RS485雙向通訊接口，以備用。
監(jiān)控軟件的界面采用菜單方式，用戶可以通過鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行操作，使用非常方便，對整個配料系統(tǒng)進(jìn)行主要是根據(jù)生產(chǎn)配方和產(chǎn)量要求對稱重過程進(jìn)行自動控制，對稱重數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理。
6、總結(jié)
皮帶秤配料系統(tǒng)目前還大都采用傳統(tǒng)PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)中將模糊控制理論應(yīng)用到PID控制中，采用模糊PID控制器和傳統(tǒng)PID相結(jié)合，當(dāng)偏差較大時采用模糊控制，當(dāng)偏差減小到較小范圍時采用傳統(tǒng)PID控制方式。二種控制方式由Bang-Bang開關(guān)進(jìn)行切換。這樣系統(tǒng)受到大的干擾時也會有比較理想的調(diào)節(jié)效果。
首先，對現(xiàn)有的皮帶秤配料系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出其優(yōu)點(diǎn)及難點(diǎn)所在。根據(jù)配料系統(tǒng)具體的工藝要求進(jìn)行深入分析，給出一套合理有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并且對系統(tǒng)中的重要器件傳感器進(jìn)行選擇。在對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出模糊尸z?？刂破鲗ο到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，通過查找模糊查詢表來對3個參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以滿足不同e和ec對3個參數(shù)的不同要求。
對現(xiàn)場的配料設(shè)備采用PLC協(xié)調(diào)控制，控制程序可變，使用方便，功能強(qiáng)適用廣，編程簡單，容易掌握，維護(hù)方便，可靠性更高。
另外直接利用MATLAB中Simulink圖形化工具平臺對配料秤儀表中采用的模糊PID控制算法進(jìn)行了仿真。
但也有一些不足之處，那就是雖然在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行仿真效果很好，能更好的適應(yīng)瞬時流量的變化。但是理論和實(shí)際有些脫節(jié)，還沒有真正應(yīng)用到配料系統(tǒng)實(shí)際當(dāng)中。所以還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

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