CN103449141B - 皮带运输机皮带跑偏智能矫正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种皮带运输机皮带跑偏智能矫正系统和矫正方法，在皮带的头部、中间及尾部安装皮带跑偏检测装置；皮带跑偏检测装置输出信号经A/D转换接控制单元，控制单元输出经D/A转换再接调偏丝杠驱动器驱动调偏辊；所述的皮带跑偏检测装置包括设置在皮带架子上的由滑动片和绕组构成的电位器式位移传感器，滑动片中部带有固定轴，滑动片一端与绕组形成线接触；另一端与头部装有滚轮并套有自动复位弹簧的可移动的滑杆的尾部和自动复位弹簧的一端连接，滚轮设置在皮带一侧与皮带接触，自动复位弹簧的另一端固定在皮带另一侧的架子上，当皮带跑偏时，滚轮推动滑杆移动，带动滑动片以固定轴为中心在绕组上滑动，产生电压差信号，经A/D转换输出给控制单元。

Description

皮带运输机皮带跑偏智能矫正方法

技术领域

本发明涉及一种皮带运输机皮带跑偏智能矫正系统及矫正方法。

背景技术

在矿业生产中，矿物的运送主要使用皮带运输机运输物料。在工业现场，有大量的皮带运输机在使用。皮带跑偏一直是皮带运输过程中常见的、到目前为止还没有得到很好解决的问题。皮带跑偏会造成物料运输过程中洒落、皮带磨损、托辊和机架磨损等问题。洒落的物料造成现场工作人员工作量大、工作环境变差，而洒落的物料又会加剧皮带的磨损或者划拉，影响皮带的使用寿命。现在为确保皮带运行正常，需要岗位定时进行巡检以确保皮带运行完好，但由于夜间岗位巡检不到位，皮带跑偏造成的皮带磨损会减少皮带的使用寿命，而更换皮带的成本和工作量都是很大的。更换托辊或者修复机架也需要付出成本，影响生产过程。

现有皮带跑偏矫正装置只是在皮带的头、尾及中间部位安装跑偏开关。皮带跑偏时皮带会触碰跑偏开关，随着皮带跑偏严重，跑偏开关将偏移接到触点后皮带停车。此装置不能智能随时调整皮带跑偏，只有皮带跑偏严重时停皮带并且调整跑偏主要还是靠现场人员进行手动调整并且由于不能及时调整皮带，易由于皮带跑偏造成皮带上的物料洒落，造成皮带磨损及头轮、尾轮损坏并增加现场人员的劳动量。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种皮带运输机皮带跑偏智能矫正系统及矫正方法。

皮带运输机皮带跑偏智能矫正系统，在皮带的头部、中间及尾部安装皮带跑偏检测装置；皮带跑偏检测装置输出信号经A/D转换接控制单元，控制单元输出经D/A转换再接调偏丝杠驱动器驱动调偏辊；所述的皮带跑偏检测装置包括设置在皮带架子上的由滑动片和绕组构成的电位器式位移传感器，滑动片中部带有固定轴，滑动片一端与绕组形成线接触；另一端与头部装有滚轮并套有自动复位弹簧的可移动的滑杆的尾部和自动复位弹簧的一端连接，滚轮设置在皮带一侧与皮带接触，自动复位弹簧的另一端固定在皮带另一侧的架子上，当皮带跑偏时，滚轮推动滑杆移动，带动滑动片以固定轴为中心在绕组上滑动，产生电压差信号，经A/D转换输出给控制单元。

自动复位弹簧的作用是当跑偏的皮带跑偏现象消失或减小后，自动复位弹簧可以使滑杆也恢复到原来的位置，时刻保持滚轮与皮带接触。

控制单元采用STM32芯片的单片机，系统包括为PID编程控制系统和专家智能编程控制系统，对跑偏信号进行分析计算再输出调整信号进行跑偏调整。

皮带运输机皮带跑偏智能矫正方法，当皮带跑偏时，设置在皮带侧面的滚轮推动滑杆移动，带动滑动片以固定轴为中心在绕组上滑动，产生电压差信号经过A/D转换输入到控制单元，控制单元的PID编程控制系统和专家智能编程控制系统对跑偏信号进行分析计算后输出信号经过D/A转换将信号输出给调偏丝杆驱动器驱动调偏辊进行皮带跑偏调整。

控制单元由PID编程控制系统和专家智能编程控制系统双路控制系统进行控制计算，在接收到皮带跑偏检测装置传输过来经A/D转换的跑偏信 号e(k)，经过PID编程控制系统，单片机根据该信号进计算出控制信号，具体算法为：

$u\left(k\right)=K_{P}e\left(k\right){\frac{K_{P}T}{T_I}}_{j=0}^{k}e\left(j\right)+\frac{K_P{T}_D}{T}\left[\begin{array}{cc}e\left(k\right)& e(k+1)\end{array}\right]u_0$     （公式1）

其中，u(k)：经过控制算法后计算出的控制信号的数字量；

e(k)：为跑偏信号采样后的数字量；

e(j)：为本次采样前历次偏差信号采样后的数字量；

k是采样序列序号，

u₀是u(t)初始值，u(t)：经过控制算法后计算出的控制信号的模拟量；

T为采样周期，K_P、T_I和T_D分别称为比例放大系数、积分放大系数和微分放大系数，其中K_P取值在10—1000；T_I取值在0—10；T_D取值在0—10。

计算出数字量的控制信号u(k)，经过D/A转换将数字信号u(k)转换成模拟信号u(t)，然后经过放大装置驱动调偏丝杠驱动器对安装在皮带跑偏检测装置附近的调偏辊进行皮带的跑偏调整。

当3分钟后皮带跑偏检测装置再次把跑偏信号e(k)传入控制单元时，说明PID控制系统调整量不够，则专家智能控制系统进行诊断，进行模糊控制运算，对公式中K_P、T_I和T_D原有参数取值基础上进行修定，修定依据为：

1、调解时间超过5分钟时，优先增加K_P，当增加K_P效果不明显时，可考虑增加T_D，每次增减量为其本身的十六分之一，提示皮带载重量大。

2、来回跑偏时，减小T_D，增减量为原值的十六分之一，提示皮带张紧度不够。

3、跑偏时间超过5分钟，且持续向一个方向偏，调整不过来，增加T_I，增减量为原值的十六分之一，提示滚筒沾泥，负荷不均匀，托辊故障。

4、向一个方向跑偏，调节时来回大幅度的跑偏，增加K_P，提示皮带接口不正或拉紧装置变形。

本发明改善皮带过度跑偏，损伤皮带及现场掉矿的危害，减少岗位的工作量，改善现场工作环境，降低作业人员的劳动强度、解决现场物料洒落造成的清扫工作量，降低皮带、托辊及机架的磨损，提高使用寿命，减少维修工作量、提高作业率。

附图说明

图1为皮带运输机皮带跑偏智能矫正系统示意图；

图2为皮带运输机皮带跑偏智能矫正系统中皮带跑偏检测装置示意图；

图3为皮带运输机皮带跑偏智能矫正方法流程图；

图4为皮带运输机皮带跑偏智能矫正方法中单片机控制流程图；

其中，1电位器式位移传感器，2绕阻，3滑动片，4控制单元，5滚轮，6滑杆，7自动复位弹簧，8PID编程控制系统，9专家智能编程控制系统，10调偏丝杠驱动器，11调偏辊，12固定轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，皮带运输机皮带跑偏智能矫正系统，根据现场皮带运输机安装情况、皮带长度以及前期的运行情况，在易跑偏的位置（在皮带的头部、中间及尾部）安装皮带跑偏检测装置；皮带跑偏检测装置输出信号经A/D转换接控制单元4，控制单元4输出经D/A转换再接调偏丝杠驱动器10驱动调偏辊11。

皮带跑偏检测装置包括设置在皮带架子上的由滑动片3和绕组2构成的电位器式位移传感器1，滑动片3中部带有固定轴12，滑动片3一端与绕组2形成线接触；另一端与头部装有滚轮5并套有自动复位弹簧7的可移动的滑杆6的尾部和自动复位弹簧7的一端连接，滚轮5设置在皮带一侧与皮带接触，自动复位弹簧7的另一端固定在皮带另一侧的架子上，当皮带跑偏时，滚轮5推动滑杆6移动，带动滑动片3以固定轴12为中心在绕组2上滑动，产生电压差信号，经A/D转换输出给控制单元4。

自动复位弹簧7的作用是当跑偏的皮带跑偏现象消失或减小后，自动复位弹簧7可以使滑杆6也恢复到原来的位置，时刻保持滚轮5与皮带接触。

控制单元4采用STM32芯片的单片机，系统包括为PID编程控制系统8和专家智能编程控制系统9，对跑偏信号进行分析计算再输出调整信号进行跑偏调整。

皮带运输机跑偏智能矫正方法，当皮带跑偏时，设置在皮带侧面的滚轮5推动滑杆6移动，带动滑动片3以固定轴12为中心在绕组2上滑动，产生电压差信号经过A/D转换输入到控制单元4，控制单元4的PID编程控制系统8和专家智能编程控制系统9对跑偏信号进行分析计算后输出信号经过D/A转换将信号输出给调偏丝杆驱动器10驱动调偏辊11进行皮带跑偏调整。

控制单元4STM32芯片的单片机控制方法采用闭环自动控制系统，由PID编程控制系统8和专家智能编程控制系统9双路控制系统进行控制计算的单片机。在接收到皮带跑偏检测装置传输过来经A/D转换的跑偏信号e(k)，经过PID编程控制系统8，单片机根据该信号进计算出控制信号，具体算法为：

$u\left(k\right)=K_{P}e\left(k\right){\frac{K_{P}T}{T_I}}_{j=0}^{k}e\left(j\right)+\frac{K_P{T}_D}{T}\left[\begin{array}{cc}e\left(k\right)& e(k+1)\end{array}\right]u_0$     （公式1）

其中，u(k)：经过控制算法后计算出的控制信号的数字量；

e(k)：为跑偏信号采样后的数字量；

e(j)：为本次采样前历次偏差信号采样后的数字量；

k是采样序列序号，

u₀是u(t)初始值，u(t)：经过控制算法后计算出的控制信号的模拟量；

T为采样周期，K_P、T_I和T_D分别称为比例放大系数、积分放大系数和微分放大系数，其中K_P取值在10—1000；T_I取值在0—10；T_D取值在0—10，具体参数取值要依据现场实际确定。

计算出数字量的控制信号u(k)，经过D/A转换将数字信号u(k)转换成模拟信号u(t)，然后经过放大装置驱动调偏丝杠驱动器10对安装在皮带跑偏检测装置附近的调偏辊11进行皮带的跑偏调整。

当3分钟后皮带跑偏检测装置再次把跑偏信号e(k)传入控制单元4时，说明PID控制系统8调整量不够，则专家智能控制系统9进行诊断，进行模糊控制运算，对公式中K_P、T_I和T_D原有参数取值基础上进行修定，修定依据为：

1、调解时间超过5分钟时，优先增加K_P，当增加K_P效果不明显时，可考虑增加T_D，每次增减量为其本身的十六分之一。给出原因提示：皮带载重量大。

PID调解一般需要3～5个振荡周期完成，一个振荡周期需要20秒。正常情况下PID调解需要5*20=100秒。如果经过了三个100秒还没有调节到 正常，则认为调解时间过慢。单片机内设定调解时间并统计调解时间。

2、来回跑偏时，减小T_D，增减量为原值的十六分之一。原因提示：皮带张紧度不够。

检测装置是电位器式位移传感器主要靠电位差来判断皮带跑偏方向：皮带居于中间时，跑偏信号是0，向一个方向跑偏时，跑偏信号为正，向另外一个方向跑偏时，跑偏信号为负。

3、跑偏时间超过5分钟，且持续向一个方向偏，调整不过来，增加T_I，增减量为原值的十六分之一。原因提示：滚筒沾泥，负荷不均匀，托辊故障。

如果在整个调节过程中，偏差信号一直为正或者为负，没有向另一个方向的变化，则认为持续向一个方向跑偏。

4、向一个方向跑偏，调节时来回大幅度的跑偏，增加K_P。提示：皮带接口不正或拉紧装置变形。

一般情况电位器式位移传感器输出的电位差在-5—5之间，可以根据偏差信号的大小判断是否大幅度跑偏。

5、当出现上述几个综合的现象时，按照上面的方法综合调节。

6、具有记忆功能，能够记录近一段时间来调节参数成功和不成功的调节方法。在选择调节方案时近期调整成功的方法，避免不成功的方法。

上述1－4现象对应一个所谓的失效代码。失效代码值如下表：

每一种失效代码都对应相应其调节措施（即上面的调节方法）。当系统判断出现上述现象时，根据失效代码找到对应的调节方法，然后根据近期调节成功的记录选择一个相似的调节方法进行调节。（举例：如出现皮带调整过慢，系统根据其失效代码找到调节方法为：优先增加K_P，当增加K_P效果不明显时，可考虑增加T_D，每次增减量为其本身的16分之一。给出原因提示：皮带载重量大。同时系统读取上次调节成功的调节方法为：调节K_P无效，增加T_D有效。则本次依旧选择的方案是增加T_D。）

通过专家模糊运算计算出数字量的控制信号u(k)，再次经过D/A转换将数字信号u(k)转换成模拟信号u(t)，然后经过驱动调偏丝杠驱动器10对安装在皮带跑偏检测装置附近的调偏辊11进行皮带的跑偏调整。

通过双路控制系统输出信号确保执行单元动作的准确以达到现场皮带的及时调整，满足现场皮带跑偏及时调整要求，达到现场皮带运行的安全性。

Claims (1)

1. 一种皮带运输机皮带跑偏智能矫正方法，其特征在于：在皮带的头部、中间及尾部安装皮带跑偏检测装置；皮带跑偏检测装置输出信号经A/D转换接控制单元，控制单元输出经D/A转换再接调偏丝杠驱动器驱动调偏辊；所述的皮带跑偏检测装置包括设置在皮带架子上的由滑动片和绕组构成的电位器式位移传感器，滑动片中部带有固定轴，滑动片一端与绕组形成线接触；另一端与头部装有滚轮并套有自动复位弹簧的可移动的滑杆的尾部和自动复位弹簧的一端连接，滚轮设置在皮带一侧与皮带接触，自动复位弹簧的另一端固定在皮带另一侧的架子上，当皮带跑偏时，滚轮推动滑杆移动，带动滑动片以固定轴为中心在绕组上滑动，产生电压差信号，经A/D转换输出给控制单元，当皮带跑偏时，设置在皮带侧面的滚轮推动滑杆移动，带动滑动片以固定轴为中心在绕组上滑动，产生电压差信号经过A/D转换输入到控制单元，控制单元的PID编程控制系统和专家智能编程控制系统对跑偏信号进行分析计算后输出信号经过D/A转换将信号输出给调偏丝杆驱动器驱动调偏辊进行皮带跑偏调整。