CN105836421B - 一种多级固体输送设备联动控制方法 - Google Patents
一种多级固体输送设备联动控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多级固体输送设备联动控制方法，采用下级输送设备的荷重信号作为被控变量，来控制上级输送设备的转速，下级荷重信号和上级输送设备的转速之间采用PID控制或模型预测控制。本方法实施简单，控制精度高。该联动控制方法在某水泥厂应用的控制效果，一方面，输送设备的流量波动明显下降，控制精度明显提升；另一方面，“料空”和“料满”的情况完全杜绝，物料消耗和能源浪费等现象显著减少。
Description
技术领域
本发明专利涉及自动控制领域，具体涉及一种多级固体输送设备联动控制方法。
背景技术
在化工、冶金、建材、煤炭等工业生产中，涉及到固体输送时，出于距离远、抗冲击等多种因素，固体的输送经常被设计成多级输送，如图1所示。多级输送有时采用相同的设备，如煤粉输送时采用多级皮带输送机，有时采用不同的设备，如板式喂料机与皮带输送机的组合，螺旋绞刀与皮带输送机的组合等等。
就工业生产而言，一般希望固体的输送量是可调整的，这可以通过调整传输设备的转速来实现。为了准确控制固体的输送量，需要对传输设备的流量进行监测。由于固体流量不容易直接测量而得，一般均采用间接的测量方法。典型的测量方法如图2所示，即通过输送带下方的重量传感器，测量传输设备上的荷重信号，及输送带或马达旁边的传输设备的速度传感器，测量传输设备的速度信号，然后通过下式计算而得。
Flow = Weight * Speed × 1000/3600
其中，
Flow——计算而得的流量，t/h。
Weight——测量的荷重，Kg。
Speed——转速，1/sec。
为了实现单台设备的定量控制，一般采用流量作为被控变量，来控制设备的转速来实现，控制策略图如图3所示。控制的实现方法可以由多种，如模糊控制，专家控制，模型预测控制等，然而，最简便也最主流的方法，是PID控制。也有一些更复杂的控制回路设计，比如专利201320343350.9的喂料机的多级控制系统，但其基本原理都是一致的。
单级设备的控制相对比较简单，但多级传输设备的联动则是一个难题。其主要原因在于，固体本身不可避免地存在不均匀性，而设备的输送能力也不可避免地存在着很大的差异。
最简单的联动控制策略是每级联动设备均定速控制，然而，固体流量计的测量不可避免地存在误差，即便是微小的误差，其长时间的积累也会导致某级输送设备上料满或料空，这都是不能接受的。
因此，多级固体输送设备的联动是一个很复杂的问题，不同的研究者提供了很多的研究方法：如专利201510444806.4“ 一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统及方法”中，提出了一种基于物联网的多级带式输送机协调控制系统及方法，其本质是一种基于专家规则的流量修正方法；董秀明，多级带式输送机联合调速系统的研究与设计，太原理工大学硕士论文中，提出了一种基于RBF-PID相结合的复杂控制算法；李丽宏，王宏，武丽君，模糊控制在多级长皮带联合调速节能系统中的应用，软件 2012年33卷第3期中，提出一种基于模糊控制方法。
综合而言，目前较为主流的固体输送设备多级联动控制策略如图4所示，并在其基础上演绎出一些变形方法，如不监测流量而监测电流信号等。这些方法的一个共同特点是计算量比较大，需要采用独立的计算机系统来实现，这在现场有时是难以实现的。
同时，这些方法还存在一个比较突出的问题是反应速度慢。流量修正机制一般是观察流量测定值来的。当下级设备流量出现偏差时，该设备的控制回路会先调节该级设备的转速来进行补偿，只有在转速达到最大或者最小时，流量偏差的测定值才会明显变化，这时上级设备的流量设定值才会增加。反应速度慢，一方面容易导致某级输送设备上料满溢出造成物耗增加，另一方面也不利于节约传输设备的能源。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种多级输送设备联动控制方法，实施简单，控制精度高。其技术方案如下：
一种多级固体输送设备联动控制方法，采用下级输送设备的荷重信号作为被控变量，来控制上级输送设备的转速，下级荷重信号和上级输送设备的转速之间采用PID控制或模型预测控制。
进一步的，PID控制时，对于最下级的输送设备而言，采用其流量信号作为被控变量，转速作为操纵变量，构建PID控制器，实现对其流量的定值控制；参数设置如下：比例（P）需根据设备特性进行整定，积分时间（I）应在1-10秒之间，微分时间（D）应在0-5秒之间。
进一步的，对于上级各输送设备而言，采用下级输送设备的荷重信号作为被控变量，与其毗邻的上级输送设备的转速作为操纵变量，构建PID控制器，实现对荷重的定值控制，依次进行连接；参数设置如下：比例（P）需根据设备特性进行整定，积分时间（I）应在100-300秒之间，微分时间（D）应在0-10秒之间。
进一步的，模型预测控制时，对于最下级的输送设备而言，采用其流量信号作为被控变量，转速作为操纵变量，构建MPC控制器，实现对其流量的定值控制；其模型应采用一阶模型，通过阶跃测试来测定。
进一步的，对于上级各输送设备而言，采用下级输送设备的荷重作为被控变量，与其毗邻的上级输送设备的转速作为操纵变量，构建MPC控制器，实现对荷重的定值控制；其模型应采用积分模型，通过阶跃测试来测定。
进一步的，下级输送设备的流量可以作为本机输送设备的荷重的前馈信号，引入控制系统中，增强荷重信号控制的稳定性。
本方法实施简单，控制精度高。图6是该联动控制方法在某水泥厂应用的控制效果。从图中可以看出，采用新的联动控制方法后，一方面，输送设备的流量波动明显下降，控制精度明显提升，另一方面，“料空”和“料满”的情况完全杜绝，减少了物料消耗和能源浪费现象。
附图说明
图1是多级固体输送设备示意图；
图2是固体输送设备流量检测示意图；
图3是固体输送设备流量控制策略示意图；
图4固体输送设备多级联动策略示意图；
图5是固体输送设备多级联动策略示意图
图6是该联动控制方法在某水泥厂应用的控制效果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图5所示，本发明采用下级输送设备的荷重传感器信号作为被控变量，来控制上级输送设备的转速。为了取得理想的控制效果，荷重信号应采用定制控制。
其中F--流量；W--重量；S--速度；I--指示；C--控制；T--执行；SI—速度指示装置；ST--速度执行装置；WI--荷重指示装置；FIC--流量指示控制器。
进一步的，下级荷重信号和上级转速之间，可采用PID控制来实现。
作为一种优选，积分时间应设置在100-300s之间。
作为一种替代方法，下级荷重信号和上级转速之间，可采用模型预测控制（MPC）来实现。
作为一种优选，模型预测控制应采用积分模型。
实施例1：PID控制器
对于最下级的输送设备而言，采用其流量信号作为被控变量，转速作为操纵变量，构建PID控制器，实现对其流量的定值控制。参数设置如下：比例（P）需根据设备特性进行整定，积分时间（I）应在1-10秒之间，微分时间（D）应在0-5秒之间。
对于上级各输送设备而言，采用下级输送设备的荷重作为被控变量，与其毗邻的上级输送设备的转速作为操纵变量，构建PID控制器，实现对荷重的定值控制，依次进行连接。参数设置如下：比例（P）需根据设备特性进行整定，积分时间（I）应在100-300秒之间，微分时间（D）应在0-10秒之间。
这些PID控制器可以通过DCS、PLC、单片机来实现。
将下级输送设备的荷重作为被控变量，上级输送设备的转速作为操纵变量，构建PID控制器，实现对各级输送设备荷重的稳定控制。
实施例2.模型预测控制
对于最下级的输送设备而言，采用其流量信号作为被控变量，转速作为操纵变量，构建MPC控制器，实现对其流量的定值控制。其模型应采用一阶模型，通过阶跃测试来测定。
对于上级各输送设备而言，采用下级输送设备的荷重作为被控变量，与其毗邻的上级输送设备的转速作为操纵变量，构建MPC控制器，实现对荷重的定值控制。其模型应采用积分模型，通过阶跃测试来测定。
作为一种优选，下级输送设备的流量可以作为本机输送设备的荷重的前馈信号，引入控制系统中，增强荷重信号控制的稳定性。
以上仅为部分实施案例，还可以通过模糊控制、专家控制等不同的方法，实现和本发明类似的控制策略。
Claims (4)
1.一种多级固体输送设备联动控制方法，采用下级输送设备的荷重信号作为被控变量，来控制上级输送设备的转速，其特征在于：下级荷重信号和上级输送设备的转速之间采用PID控制或模型预测控制；模型预测控制时，对于最下级的输送设备而言，采用其流量信号作为被控变量，转速作为操纵变量，构建MPC控制器，实现对其流量的定值控制；其模型应采用一阶模型，通过阶跃测试来测定；PID控制时，对于最下级的输送设备而言，采用其流量信号作为被控变量，转速作为操纵变量，构建PID控制器，实现对其流量的定值控制；参数设置如下：比例（P）需根据设备特性进行整定，积分时间（I）应在1-10秒之间，微分时间（D）应在0-5秒之间。
2.如权利要求1所述的多级固体输送设备联动控制方法，其特征在于：对于上级各输送设备而言，采用下级输送设备的荷重信号作为被控变量，与其毗邻的上级输送设备的转速作为操纵变量，构建PID控制器，实现对荷重的定值控制，依次进行连接；参数设置如下：比例（P）需根据设备特性进行整定，积分时间（I）应在100-300秒之间，微分时间（D）应在0-10秒之间。
3.如权利要求1所述的多级固体输送设备联动控制方法，其特征在于：对于上级各输送设备而言，采用下级输送设备的荷重作为被控变量，与其毗邻的上级输送设备的转速作为操纵变量，构建MPC控制器，实现对荷重的定值控制；其模型应采用积分模型，通过阶跃测试来测定。
4.如权利要求1所述的多级固体输送设备联动控制方法，其特征在于：模型预测控制时，下级输送设备的流量可以作为本机输送设备的荷重的前馈信号，引入控制系统中，增强荷重信号控制的稳定性。
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