CN102295202B - 基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统，包括行程传感器、速度传感器、数字信号处理器、行程调节器、速度调节器以及力矩计算器，行程传感器安装于井筒绳索上，速度传感器安装于箕斗上，数字信号处理器，分别与行程传感器及速度传感器相连，行程调节器分别与行程传感器及数字信号处理器相连，速度调节器分别与速度传感器、行程调节器及数字信号处理器相连，用于对箕斗的速度进行闭环控制，力矩计算器分别与速度调节器及数字信号处理器相连，本发明可以根据提升机的实际运行速度及行程，实时计算提升机的S形速度给定曲线，准确地控制提升机的行程，使提升机的运行效率达到最优。

Description

基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种矿井提升机行程闭环控制方法，特别涉及一种基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统及方法
背景技术
矿井提升机是在两定点间进行往复运行的机械设备。正是由于这样的工艺特点，就要求提升机的控制系统停车定位准确，运行高效和保护完善。对于提升机的控制终究是对于行程(位置)的控制。因此行程控制在提升机电控系统中具有重要的地位。
目前部分提升机控制系统，减速段速度给定信号是按时间给定的，其特点是不论提升机运行速度多大，都按恒定减速度减速，这样运行速度发生变化时，减速距离也是变化的。如果减速点位置不变，势必造成爬行距离的变化。也就是说，如果本次提升机运行时速度高，则减速距离长，爬行距离短。反之则减速距离短，爬行距离长，从而影响了提升周期。为了克服这个缺点，部分提升机系统采用了基于S形速度运行曲线的定点减速的方法。
S形速度运行曲线可以分为启动加速段、匀速段、一减速段、匀速段和二简制动段5个阶段，定点减速的S形速度给定是由控制系统计算箕斗(提升容器)的实际位置，再利用硬件减速开关或软件内设定系统减速点。当箕斗位置到达减速点后，由控制系统按照设定参数产生S形速度给定曲线。定点减速方法，减速点位置固定，且一般按照提升机最大运行速度设置。但是，当提升机运行速度低于最大速度时，就会产生较大一段爬行速度，降低了提升机的运行效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统及方法，以解决矿井提升机的运行效率低的问题。
本发明提出一种基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统，包括：
一行程传感器，安装于井筒绳索上；
一速度传感器，安装于箕斗上；
一数字信号处理器，分别与该行程传感器及该速度传感器相连，用于根据实际行程值和系统参数分别计算当前的加速度给定、S形速度给定和行程给定；
一行程调节器，分别与该行程传感器及该数字信号处理器相连，用于对箕斗的行程进行闭环控制；
一速度调节器，分别与该速度传感器、该行程调节器及该数字信号处理器相连，用于对箕斗的速度进行闭环控制；
一力矩计算器，分别与该速度调节器及该数字信号处理器相连，用于对箕斗的加速度进行闭环控制。
进一步的，数字信号处理器为TMS320F2812芯片。
进一步的，行程传感器为TD-1系列LVDT传感器。
进一步的，速度传感器为ME9602传感器。
进一步的，所述的系统参数为额定加速度、额定速度变化率和额定转速。
本发明另提出一种基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制方法，包括以下步骤：
(1)检测箕斗的实际行程；
(2)检测箕斗的实际速度；
(3)根据实际行程值和系统参数分别计算当前的加速度给定、S形速度给定和行程给定；
(4)根据实际行程和行程给定对箕斗的行程进行闭环控制；
(5)根据实际速度和S形速度给定对箕斗的速度进行闭环控制；
(6)根据实际加速度和加速度给定对箕斗的加速度进行闭环控制。
进一步的，步骤(3)中，所述的系统参数为额定加速度、额定速度变化率和额定转速。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明可以根据提升机的实际运行速度及行程，实时计算提升机的S形速度给定曲线，准确地控制提升机的行程，使提升机的运行效率达到最优。
附图说明
图1为本发明基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统的一种实施例架构图；
图2为本发明基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制方法的一种实施例流程图。
具体实施方式
提升机行程控制，就是对提升机的行程进行信号采样，根据设计确定的行程-速度曲线，计算出速度给定值，经速度调节系统控制提升机的运行速度。提升机的行程控制主要完成按照行程原则产生S形速度给定和行程闭环控制功能。
为使提升机的运行效率达到最优，根据提升机的实际运行速度及行程，实时计算提升机的S形速度给定曲线。这种方法产生的速度图为三段式速度图，其减速是固定的，而减速点是变化的，因此无需设置减速点开关。行程控制软件根据检测的行程实际值，以及系统设定的额定加(减)速度，额定加速度变化率，额定转速等系统参数，实时运算出当前的加速度给定、速度给定和行程给定。
虽然系统采用了按照行程原则的S形速度给定方式，但是由于调速系统的速度调节器采用的是PI调节器(即比例和积分调节器，本发明中的行程调节器、速度调节器和力矩计算器均为PI调节器)，速度控制只是稳态无差，而对于速度动态调节过程是有差的，这必然会造成行程控制上的误差。由于系统取消了爬行段，为了实现对行程的精确控制，系统采用了行程调节器实现对行程的闭环控制。
闭环控制是在提升机双闭环调速系统的基础上外加一个行程闭环即加速度环、速度环、行程环的三环控制。根据实时计算出的S形速度给定方式，行程环通过调节器输出速度给定。速度环根据速度给定值，通过调节器输出加速度给定值。而加速度环根据加速度给定值控制提升机的加减速。从而对提升机的行程进行效率最优的控制。行程调节器采用了PI调节器，行程给定与实际行程的偏差，作为行程调节器的输入，经PI调节器后输出Δv*作为速度给定的一部分，用以消除行程控制的动态误差。
以下结合附图，具体说明本发明。
请参见图1，其为本发明基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统的一种实施例架构图，其包括行程传感器1、速度传感器2、数字信号处理器3、行程调节器4、速度调节器5和力矩计算器6。行程传感器1安装于矿井井筒绳索上，用于检测箕斗的实际行程。速度传感器2安装于箕斗上，用于检测箕斗的实际速度。数字信号处理器3与行程传感器1相连。行程调节器4分别与行程传感器1、数字信号处理器3相连。速度调节器5分别与速度传感器2、行程调节器4及数字信号处理器3相连。力矩计算器6分别与速度调节器5、数字信号处理器3相连。
行程传感器1将测量到的箕斗的实际行程值传输给数字信号处理器3后，数字信号处理器3会根据实际行程值以及系统设定的额定加速度、额定加速度变化率(本发明所指的加速度和加速度变化率包括箕斗加速和减速时的两种速度变化状态)、额定转速等系统参数计算出当前的加速度给定、S形速度给定和行程给定。
然后行程传感器1和数字信号处理器3分别将实际行程值和行程给定输入行程调节器4，对箕斗的行程进行闭环控制。接着将速度传感器2测量的实际速度值、数字信号处理器3计算出的S形速度给定以及行程调节器4的输出一同输入到速度调节器5，对箕斗的速度进行闭环控制。速度调节器5的输出连同数字信号处理器3计算出的加速度给定一起输入到力矩计算器6，对箕斗的加速度进行闭环控制。最后，将力矩计算器6的结果传至输出接口，进而完成提升机的效率最优行程闭环控制。
本发明的数字信号处理器可以采用TMS320F2812芯片，行程传感器可以采用TD-1系列LVDT传感器，速度传感器可以采用SENSONICS公司的ME9602传感器。通过实验和现场的验证，本发明可以根据提升机的实际运行速度及行程，实时计算提升机的S形速度给定曲线，准确地控制提升机的行程，使提升机的运行效率达到最优。
本发明另提出一种基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制方法，如图2所示，其包括以下步骤：
S201，检测箕斗的实际行程。
S202，检测箕斗的实际速度。
S203，根据实际行程值和系统参数分别计算当前的加速度给定、S形速度给定和行程给定。所述的系统参数为额定加速度、额定速度变化率和额定转速。
S204，根据实际行程和行程给定对箕斗的行程进行闭环控制。
S205，根据实际速度和S形速度给定对箕斗的速度进行闭环控制。
S206，根据实际加速度和加速度给定对箕斗的加速度进行闭环控制。
可以理解的是，上述实施例的详细说明是为了阐述和解释本发明的原理而不是对本发明的保护范围的限定。但凡其他不脱离本发明的主旨及技术精神的前提下，所完成的均等变化与修饰变更，均应包括于本发明所涵盖的权利要求的范围中。

Claims (1)

1.一种基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统，其特征在于，包括：
一行程传感器，安装于井筒绳索上；
一速度传感器，安装于箕斗上；
一数字信号处理器，分别与该行程传感器及该速度传感器相连，用于根据实际行程值和系统参数分别计算当前的加速度给定、S形速度给定和行程给定；
一行程调节器，分别与该行程传感器及该数字信号处理器相连，用于对箕斗的行程进行闭环控制；
一速度调节器，分别与该速度传感器、该行程调节器及该数字信号处理器相连，用于对箕斗的速度进行闭环控制；
一力矩计算器，分别与该速度调节器及该数字信号处理器相连，用于对箕斗的加速度进行闭环控制；
所述数字信号处理器为TMS320F2812芯片；
所述行程传感器为TD-1系列LVDT传感器；
所述速度传感器为ME9602传感器；
所述的系统参数为额定加速度、额定速度变化率和额定转速；
基于效率最优的矿井提升机行程闭环控制系统的控制方法，包括以下步骤：
（1）检测箕斗的实际行程；
（2）检测箕斗的实际速度；
（3）根据实际行程值和系统参数分别计算当前的加速度给定、S形速度给定和行程给定；
（4）根据实际行程和行程给定对箕斗的行程进行闭环控制；
（5）根据实际速度和S形速度给定对箕斗的速度进行闭环控制；
（6）根据实际加速度和加速度给定对箕斗的加速度进行闭环控制；
所述步骤（3）中，所述的系统参数为额定加速度、额定速度变化率和额定转速。
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