CN100336603C - 跳汰机智能排料控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种跳汰机智能排料控制系统属于机械电子及其控制技术领域，具体涉及一种跳汰机物料分离的模糊控制技术。提供一种能够最大限度地减少排出的矸石中和煤中的错配物，最大限度地减少精煤流失，提高精煤产率，以床层厚度与床层密度为反馈量的跳汰机排料控制系统。该系统以床层密度值作为反馈量对床层厚度期望值进行自动调整，并采用模糊控制方法代替常规逻辑控制或PID控制。床层厚度给定值的修正基于床层密度测量信息，通过γ射线密度探测装置Ⅷ获取的底层密度值对给定值进行修正。用模糊控制方法代替常规逻辑控制或PID控制，能够稳定床层，避免大排大放，使矸石带煤率大大降低，对提高煤的回收率起到重要作用；能随入洗原煤性质的变化自动修正床层厚度期望值，对稳定精煤灰分、减少精煤流失，提高选煤产品的质量起到重要作用。
Description
技术领域
本发明跳汰机智能排料控制系统属于机械电子及其控制技术领域，具体涉及一种跳汰机物料分离的模糊控制技术。
技术背景
跳汰机通过排料来实现最终产品(矸石、中煤、精煤)的分离，在物料分层状态一定的情况下，排料控制的优劣是影响精煤灰分与产率的主要矛盾。一方面，排料过程中的床层稳定是一个很重要的控制指标，若因排料造成床层不稳，会破坏分层，造成精煤污染，严重影响分离精度；另一方面，床层厚度期望值的设定也会对产品分离精度产生直接影响。例如中煤段，若期望值设定过高，中煤不能及时排出，则会通过溢流混入精煤，造成精煤污染；若期望值设定过低，又会使精煤随中煤一起从中煤排料口排走，造成精煤流失。我国现有跳汰机的排料控制系统都是由人工设定床层厚度，以此为期望值进行常规逻辑控制或PID控制。而跳汰机的排料过程是一个非线性时变过程，存在许多不确定因素，如床层厚度随原煤煤质、原煤粒度、进排料量等的动态变化而变化，排料闸板的升降与床层厚度的变化之间又存在严重的非线性，所以上述控制往往得不到预期的效果，具体表现如排料闸板或动作迟缓或大起大落，床层超厚、排空波动很大(严重时发生压斗事故)，使矸石中带煤、中煤中带精煤的现象严重，而且由于床层厚度设定不当造成精煤流失。这些都给企业带来很大的经济损失。
发明内容
本发明跳汰机智能排料控制系统的目的在于，提供一种能够最大限度地减少排出的矸石中和煤中的错配物，最大限度地减少精煤流失，提高精煤产率，以床层厚度与床层密度为反馈量的跳汰机排料控制系统。
本发明跳汰机智能排料控制系统的特征在于该系统由主控制器I、矸石段浮标传感器II、矸石段闸板开度传感器III、矸石段被控油缸IV、矸石段排料闸板V、中煤段浮标传感器VI、中煤段闸板开度传感器VII、中煤段被控油缸VIII、中煤段排料闸板IX、γ射线密度探测装置X、集中显示单元XI组成，主控制器I为进行数据采集与处理、床层厚度期望值修正、模糊控制计算和控制输出的可编程序控制器PLC；获取矸石段和中煤段的床层密度值的γ射线密度探测装置X；矸石段浮标传感器II为获取矸石段床层厚度的传感器；矸石段闸板开度传感器III为获取矸石段排料口开度的闸板开度传感器；中煤段浮标传感器VI为获取中煤段床层厚度的传感器；闸板开度传感器VII为获取中煤段排料口开度的中煤段闸板开度传感器；集中显示单元XI为实时显示上述床层厚度与闸板开度值的显示单元。
本发明跳汰机智能排料控制系统的特征在于，该系统以床层密度值作为反馈量对床层厚度期望值进行自动调整，并采用模糊控制方法代替常规逻辑控制或PID控制。床层厚度给定值的修正基于床层密度测量信息，通过γ射线密度探测装置VIII获取的底层密度值对给定值进行修正，当底层密度值偏大时，给床层厚度给定值一个负值修正量δ；当底层密度值偏小时，给床层厚度给定值一个正值修正量δ。上述模糊控制系统中，对床层厚度信号与床层厚度期望值间的偏差、偏差变化率与输出均划分9个模糊状态，即正很大(PVB)、正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)、负很大(NVB)，隶属度函数取三角形函数形式。在此模糊划分下制定模糊规则对排料闸板驱动油缸实施控制。
本发明跳汰机智能排料控制系统是按下述方式工作的：
系统由γ射线床层密度探测装置X测量出床层密度结果，此测量结果送至可编程控制器I，由可编程控制器I计算出床层厚度期望值修正量δ，用δ对人工输入的床层厚度设定值Hs进行自动修正。系统由浮标位移传感器II、VI获取床层厚度信号Hi送至可编程控制器I，与修正过的床层厚度期望值Hq进行比较后形成差值e送到模糊控制器XIII。模糊控制器XIII将根据此差值计算出差值变化率ec，并对差值e与差值变化率ec进行模糊化，然后根据模糊算法XII进行模糊逻辑推理，用模糊输入值去适配模糊控制规则，通过相应模糊控制规则适配的程度，得到对应的模糊输出U。然后通过解模糊得到精确输出量u，由可编程控制器I输出到被控油缸IV和VII，被控油缸IV与排料闸板V相连，被控油缸VIII与排料闸板IX相连，排料闸板V和IX的开口量分别由闸板开度传感器IV和VII检测并送至可编程控制器I。排料闸板打开后开始排料，使床层厚度向期望值Hq的方向发生变化，浮标位移传感器II和VI获取的实时床层厚度信号Hi反馈给控制器形成闭环控制。
上述的排料过程模糊控制系统原理框图如附图2所示。
本发明具有如下优点：
1、用模糊控制方法代替常规逻辑控制或PID控制，能够稳定床层，避免大排大放，使矸石带煤率大大降低，对提高煤的回收率起到重要作用；
2、能随入洗原煤性质的变化自动修正床层厚度期望值，对稳定精煤灰分、减少精煤流失，提高选煤产品的质量起到重要作用。
附图说明
附图1为跳汰机排料过程模糊控制系统结构图
I-可编程序控制器 II-矸石段浮标传感器 III-矸石段闸板开度传感器 IV-矸石段被控油缸 V-矸石段排料闸板 VI-中煤段浮标传感器 VII-中煤段闸板开度传感器 VIII-中煤段被控油缸 IX-中煤段排料闸板 X-床层密度探测装置 XI-集中显示单元
附图2为跳汰机排料过程模糊控制系统原理框图
XII-模糊算法 XIII模糊控制器 XIV-排料过程Hs-床层厚度设定值 Hs-修正后的床层厚度期望值 Hi-床层厚度实测值δ-床层厚度期望值修正量 e-床层厚度与期望值间的偏差 E-偏差模糊量ec-偏差变化率 Ec-偏差变化率模糊量 U-控制输出模糊量 u-控制输出s-微分算子 ke-偏差量化因子 Kec-偏差变化率量化因子 Ku-输出比例因子
具体实施方式：
实施方式1
系统由γ射线床层密度探测装置X测量出床层密度结果，此测量结果送至可编程控制器I，由可编程控制器I计算出床层厚度期望值修正量δ，即当底层密度值偏大时，给床层厚度给定值一个负值修正量δ，当底层密度值偏小时，给床层厚度给定值一个正值修正量δ，修正量δ与底层密度值之间取线性关系。用δ对人工输入的床层厚度设定值Hs进行自动修正。系统由浮标位移传感器II、VI获取床层厚度信号Hi送至可编程控制器I，与修正过的床层厚度期望值Hq进行比较后形成差值e送到模糊控制器XIII。模糊控制器XIII将根据此差值计算出差值变化率ec，并对差值e与差值变化率ec进行模糊化，对床层厚度信号与床层厚度期望值间的偏差、偏差变化率与输出均划分9个模糊状态，即正很大(PVB)、正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)、负很大(NVB)，隶属度函数取三角形函数形式。在此模糊划分下制定模糊规则，然后根据模糊算法XII进行模糊逻辑推理，用模糊输入值去适配模糊控制规则，通过相应模糊控制规则适配的程度，得到对应的模糊输出U。然后通过解模糊得到精确输出量u，由可编程控制器I输出到被控油缸IV和VII，被控油缸IV与排料闸板V相连，被控油缸VIII与排料闸板IX相连，排料闸板V和IX的开口量分别由闸板开度传感器IV和VII检测并送至可编程控制器I。排料闸板打开后开始排料，使床层厚度向期望值Hq的方向发生变化，浮标位移传感器II和VI获取的实时床层厚度信号Hi反馈给控制器形成闭环控制。
实施方式2
对床层厚度信号与床层厚度期望值间的偏差与模糊输出均划分9个模糊状态，即正很大(PVB)、正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)、负很大(NVB)，对偏差变化率划分8个模糊状态，即正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、正零(PZ)、负零(NZ)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)，正零(PZ)、负零(NZ)的隶属度函数取不对称梯形形式，其它同实施方式1。
实施方式3
计算床层厚度期望值修正量δ时，修正量δ与底层密度值之间取二次函数关系，其它同实施方式1。
Claims (2)
1、一种跳汰机智能排料控制系统，其特征在于该系统由主控制器(I)、矸石段浮标传感器(II)、矸石段闸板开度传感器(III)、矸石段被控油缸(IV)、矸石段排料闸板(V)、中煤段浮标传感器(VI)、中煤段闸板开度传感器(VII)、中煤段被控油缸(VIII)、中煤段排料闸板(IX)、γ射线密度探测装置(X)、集中显示单元(XI)组成，主控制器(I)为进行数据采集与处理、床层厚度期望值修正、模糊控制计算和控制输出的可编程序控制器PLC，γ射线密度探测装置(X)为获取矸石段和中煤段的床层密度值的装置，矸石段浮标传感器(II)为获取矸石段床层厚度的传感器，矸石段闸板开度传感器(III)为获取矸石段排料口开度的传感器，中煤段浮标传感器(VI)为获取中煤段床层厚度的传感器，中煤段闸板开度传感器(VII)为获取中煤段排料口开度的传感器，集中显示单元(XI)为实时显示上述床层厚度与闸板开度值的显示单元；该系统以床层密度值作为反馈量对床层厚度期望值进行自动调整，并采用模糊控制方法代替常规逻辑控制或PID控制，床层厚度给定值的修正基于床层密度测量信息，通过γ射线密度探测装置(X)获取的底层密度值对给定值进行修正；当底层密度值偏大时，给床层厚度给定值一个修正量(δ)，此时该修正量为负值；当底层密度值偏小时，给床层厚度给定值一个修正量(δ)，此时该修正量为正值；上述模糊控制系统中，对床层厚度信号与床层厚度期望值间的偏差、偏差变化率与输出均划分9个模糊状态，即正很大(PVB)、正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)、负很大(NVB)，隶属度函数取三角形函数形式，在此模糊划分下制定模糊规则对排料闸板驱动油缸实施控制。
2、如权利要求1所述的一种跳汰机智能排料控制系统，其特征在于该系统是由γ射线床层密度探测装置(X)测量出床层密度结果，此测量结果送至主控制器(I)，由主控制器(I)计算出床层厚度期望值修正量(δ)，用该修正量(δ)对人工输入的床层厚度设定值(Hs)进行自动修正，系统由矸石段浮标传感器(II)、中煤段浮标传感器(VI)获取床层厚度信号(Hi)送至主控制器(I)，与修正过的床层厚度期望值(Hq)进行比较后形成差值(e)送到模糊控制器(XIII)，模糊控制器(XIII)将根据此差值计算出差值变化率(ec)，并对差值(e)与差值变化率(ec)进行模糊化，然后根据模糊算法(XII)进行模糊逻辑推理，用模糊输入值去适配模糊控制规则，通过相应模糊控制规则适配的程度，得到对应的模糊输出(U)，然后通过解模糊得到精确输出量(u)，由主控制器(I)输出到矸石段被控油缸(IV)和中煤段被控油缸(VIII)，矸石段被控油缸(IV)与矸石段排料闸板(V)相连，中煤段被控油缸(VIII)与中煤段排料闸板(IX)相连，矸石段和中煤段的排料闸板打开后开始排料，使床层厚度向期望值(Hq)的方向发生变化，矸石段排料闸板(V)和中煤段排料闸板(IX)的开口量分别由矸石段闸板开度传感器(III)和中煤段闸板开度传感器(VII)检测并送至主控制器(I)，矸石段浮标传感器(II)和中煤段浮标传感器(VI)获取的实时床层厚度信号(Hi)也反馈给主控制器(I)形成闭环控制。
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