CN106086395B - 一种球团布料智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种球团布料智能控制系统及方法，属于球团布料技术领域，该系统包括摆动胶带机、回转圆盘、曲柄‑摇杆传送机构、移动站、格雷母线和固定站；该系统可以彻底解决或者大大减轻链箅机箅床上布料左右不对称、去‑回上料不均匀及边缘效应的问题，使链篦机篦床布料均匀；从根本上解决因链箅机布料不均匀致使在生产过程中生球预热不均匀，热风管道内热气流无法有效利用、链箅机箅板频繁损坏，小轴两端受热不均匀产生不同程度弯曲造成箅床跑偏、易引起链篦机箅板与侧板脱落、铲料板抬起、发生生球炸裂、回转窑结圈、干球强度差，易形成废品等问题；使生产产品的产量、质量得以提高，实现降低能耗、减少环境污染、增加设备使用寿命等。

Description

一种球团布料智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于球团布料技术领域，具体涉及一种球团布料智能控制系统及方法。

背景技术

在球团生产过程中，链篦机布料是至关重要的一个环节，布料偏差直接影响成品球的质量，如果布料偏差超过要求直接会导致生球在链篦机内鼓干、抽干、预热等过程不均匀，这样不仅导致生球容易出现气隙或者炸裂，也严重影响到成品球的产量与质量。主要有以下几点：链箅机布料不均匀致使在生产过程中生球预热不均匀，热风管道内热气流无法有效利用；同时链箅机箅板频繁损坏，小轴两端受热不均匀产生不同程度弯曲造成箅床跑偏，易引起链篦机箅板与侧板脱落、铲料板抬起等问题；料层薄的部分生球由于温度上升过快，造成水分过快蒸发而发生生球炸裂，产生粉末，粉末进入回转窑，容易引起回转窑结圈；料层厚部分温度上升慢，没有干透，入窑干球强度差，易形成废品。以上问题都是直接对生产产品的产量、质量造成影响，还有其他诸多影响，如能耗增加、环境污染、设备寿命减短等。

究其原因就是链篦机箅床布料不均匀，然而产生布料不均匀的原因就是摆动胶带机在给宽皮带上料时，不能做到均匀。

多年以来，球团工程链箅机箅床上一直有布料左右不对称、去-回上料不均匀及边缘效应的问题困扰，直到2008年在“湛江龙腾物流有限公司球团项目球团工程500万吨/年链箅机-回转窑球团生产线”项目时，此问题更明显，因为该项目单条线产量大，在理论方案研究时，链箅机布料不均匀产生的影响都随产量加大而严重。经多专业、多专家研究，该问题是摆动胶带机(四连杆机构)运行原理上存在的问题，机械上是避免不了的，唯有通过传动控制来解决。经研究在此项目上设置过绳编码器定位系统，对摆动胶带机运行位置检测，当摆动胶带机运行到宽胶带机两侧时，PLC自动加快摆动胶带机电机的速度，减轻了摆动胶带机换向时间过长引起的生球堆积现象，

但是拉绳编码器定位系统中拉绳经常会出现拉断、回收盒内缠绳等问题，可靠性不高、修护量大，对实际生产过程有一定的影响。

由于球团厂对生产能力与自动化水平要求的不断提高、及达到节能减排的目的，需要提高生产的效率，而控制链篦机布料偏差的效果直接影响生产的效率，因此减小链篦机布料偏差达到最佳的工作效果尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种球团布料智能控制系统及方法，以达到实现非接触工作方式和绝对位置检测，提高系统兼容性、抗干扰能力和布料均匀的目的。

一种球团布料智能控制系统，包括摆动胶带机、回转圆盘、曲柄-摇杆传送机构、移动站、格雷母线和固定站；

所述的摆动胶带机通过曲柄-摇杆传送机构连接回转圆盘，通过回转圆盘转动带动摆动胶带机沿轨道移动进行布料；所述的移动站设置于摆动胶带机的车轮轮架上，跟随摆动胶带机移动；所述的格雷母线平行于摆动胶带机轨道设置于轨道支座上；

所述的格雷母线的输出端连接固定站的输入端，固定站的输出端连接回转圆盘的电机变频器的输入端。

所述的移动站，包括地址编码发射器和天线箱，其中，地址编码发射器的输出端连接天线箱的输入端，天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信。

所述的固定站，包括：地址编码接收器和PLC，其中，地址编码接收器的输入端连接格雷母线的输出端，地址编码接收器的输出端连接PLC的输入端。

所述的地址编码发射器，其发出地址信号通过天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信，天线箱与格雷母线之间的距离范围为：30mm～300mm。

采用球团布料智能控制系统进行的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、启动装置，摆动胶带机随着回转圆盘的带动下沿轨道移动进行布料；

步骤2、采用移动站中的地址编码器发出摆动胶带机位置信息，通过天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信；

步骤3、采用格雷母线将摆动胶带机位置信息传输至固定站中的地址编码接收器中，地址编码接收器将摆动胶带机的位置信息送至PLC中；

步骤4、采用PLC根据摆动胶带机位置信息获得摆动胶带机当前实际运行速度；

步骤5、比较获得摆动胶带机当前实际运行速度与设定阈值的差值，PLC根据该差值调节回转圆盘的电机变频器，使摆动胶带机实际运行速度趋近或等于设定阈值，实现链篦机篦床布料均匀。

步骤4所述的采用PLC根据摆动胶带机位置信息获得摆动胶带机当前实际运行速度，具体公式如下：

v＝l₂-l₁/t₂-t₁ (1)

其中，v表示摆动胶带机当前实际运行速度，l₂表示摆动胶带机t₂时刻运行轨道弧长，l₁表示摆动胶带机t₁时刻运行轨道弧长，t₂和t₁表示两个采样时间点。

本发明优点：

1.非接触工作方式：非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障；避免以往采用拉绳编码器定位系统中拉绳经常出现拉断、回收盒内缠绳等问题；

2.绝对位置检测：能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米；

3.兼容性好：位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，可以将摆动胶带机皮带传动控制通过格雷母线实现非接触式传输，避免摆动胶带机摆动造成磨损，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备，无论新建还是原有项目均可应用；

4.抗干扰能力强：使用交叉扭绞结构及相位检测技术，天线箱与格雷母线两者间隙从30mm到300mm均可正常工作，不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在现场恶劣环境条件中长期可靠的工作；

5.布料均匀：使摆动胶带机的运行速度无限趋近或等于摆动胶带机设计理想速度，从而实现链篦机篦床布料均匀；从根本上克服链箅机箅床上布料左右不对称、去-回上料不均匀及边缘效应的问题困扰。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的曲柄-摇杆结构第一示意图，其中，a表示曲柄，b表示连杆，c表示摇杆，d表示机架；

图2为本发明一种实施方式的曲柄-摇杆结构第二示意图；

图3为本发明一种实施方式的球团布料智能控制系统结构示意图；

图4为本发明一种实施方式的球团布料智能控制系统框图；

图5为本发明一种实施方式的球团布料智能控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

本发明实施例中，依据现场实际应用(机械调整后的设备)调研资料及机械设计原理、工艺生产要求，现针对链箅机箅床上布料左右不对称、去-回上料不均匀及边缘效应的问题进行深入分析：

1.链箅机箅床上布料左右不对称的分析：

摆动胶带机运行的方式是由连架杆(曲柄)通过连杆推动摆动胶带机(摇杆)在运行，连续给宽胶带机上料，假设曲柄以角速度ω运行，根据公式：

T＝曲柄运行角度/ω (2)

表1

依据表1实际运行参数，则有：

T1＜T2；T4＜T3

本发明实施例中，如图1所示，可知摆动胶带机在去单行程中上半程(即：C1→C2)时间短于下半程(即：C2→C3)，在回单行程中下半程(即：C2→C1)时间短于上半程(即：C3→C2)，因此可知摆动胶带机(摇杆)在左侧(即：弧C2C3)运行的时间大于右侧(即：弧C1C2)，又因摆动胶带机自身上料量不变，所以宽胶带机在接受摆动胶带机上料时呈现，左侧上料大于右侧上料量，即链箅机箅床上布料左右不对称；

2.链箅机箅床上布料去-回上料不均匀

依据公式(2)中的分析及实际运行参数表(表2)：

表2

则有：

T5＜T6

本发明实施例中，如图1所示，可知摆动胶带机在去单行程中(即：C1→C2→C3)时间短于回单行程(即：C3→C2→C1)时间，因此可知摆动胶带机(摇杆)在去单行程运行的时间小于回单行程的时间，又因摆动胶带机自身上料量不变，所以宽胶带机在接受摆动胶带机上料时呈现，去行程上料小于回行程上料量，即链箅机箅床上布料去-回不对称；

3.链箅机箅床上布料边缘效应

依据上述公式(2)中的分析及实际运行参数表(表3)：

表3

则有：

T7＞T8；T9＞T10

本发明实施例中，如图2所示，可知摆动胶带机在去、上半程边缘二分之一行程中(即：C1→C6→C4)时间大于去、上半程后二分之一程(即：C4→C2)时间，因此可知摆动胶带机(摇杆)在去、上半程边缘二分之一行程运行的时间大于去、上半程后二分之一程的运行时间，又因摆动胶带机自身上料量不变，所以宽胶带机在接受摆动胶带机上料时呈现，去、上半程边缘二分之一行程上料大于去、上半程后二分之一程上料量，即链箅机箅床上布料靠近边缘侧上料量大；摆动胶带机在去、上半程边缘四分之一行程中(即：C1→C6)时间大于边缘二分之一行程的后二分之一程(即：C4→C2)时间，因此可知摆动胶带机(摇杆)在去、上半程边缘四分之一行程运行的时间大于边缘二分之一行程的后二分之一程的运行时间，又因摆动胶带机自身上料量不变，所以宽胶带机在接受摆动胶带机上料时呈现，去、上半程边缘四分之一行程上料量大于边缘二分之一行程的后二分之一行程上料量，即链箅机箅床上布料靠近边缘侧上料量大，以此类推，在细分还是越靠近边缘上料量越大，然而不仅是去-上半行程上料过程，在去-下半程、回-上半程、回-下半程也同样的情况，因此行程摆动胶带机(摇杆)存在边缘效应。

4.小结：

针对上述分析，曲柄以角速度ω匀速运行时，必然会出现上诉布料左右不对称、去-回上料不均匀及边缘效应的问题，而在机械方面调整只能减小去-回上料不均匀的现象，并且受工艺生产条件限制，造成机械调整也是有限的。因此想改善布料左右不对称、去-回上料不均匀及边缘效应的问题，只有实时调整曲柄的角速度ω，以此使摆动胶带机(摇杆)的运行速度尽量趋近匀速运行，宽胶带机在接受摆动胶带机上料时才可呈现上料量均匀；

首先依据工艺设计曲柄的理想角速度ω匀速运行时，可以求出曲柄推动摆动胶带机完成一个上料周期(即：曲柄旋转一周)的时间t₀；

则有：

t₀＝360/ω (3)

由于曲柄和摇杆(摆动胶带机)运行周期是相同的，所以可以得出摆动胶带机在运行轨道上移动的平均速度v₀；

即：

v₀＝2l/t₀ (4)

其中，l表示摆动胶带机运行轨道弧长；

如果摆动胶带机在运行轨道上能以速度v₀或能以趋近速度v₀的速度运行，那么就可以消除或大大减轻链篦机篦床布料左右不对称、去-回上料不均匀及边缘效应等问题的困扰；

如何能让摆动胶带机在运行轨道上能以速度v₀或能以趋近速度v₀的速度运行呢，带动摆动胶带机运行的曲柄的传动装置一直都是变频调速的，可以实时改变曲柄的旋转速度，从而改变摆动胶带机(摇杆)的速度，但是苦于没办法指导传动装置如何调整速度，而本次研究是通过对摆动胶带机位置直接进行检测，假设t₁时间摆动胶带机位置是l₁，当摆动胶带机运行到t₂时间摆动胶带机位置是l₂，则可求摆动胶带机从位置l₁运行到位置l₂的速度v；

v＝l₂-l₁/t₂-t₁ (1)

通过对实测摆动胶带机的运行速度v与摆动胶带机理想速度v₀的比较来调节曲柄传动电机的转速，使实测摆动胶带机的运行速度v趋近或等于摆动胶带机理想速度v₀，从而实现链篦机篦床布料均匀。

本发明实施例中，如图3所示，球团布料智能控制系统，包括摆动胶带机(未在图中显示)、回转圆盘(未在图中显示)、曲柄-摇杆传送机构(未在图中显示)、移动站、格雷母线(武汉利德有限公司生产制造)和固定站；所述的摆动胶带机通过曲柄-摇杆传送机构连接回转圆盘，通过回转圆盘转动带动摆动胶带机沿轨道移动进行布料；所述的移动站设置于摆动胶带机车轮轮架上，跟随摆动胶带机移动；所述的格雷母线平行于摆动胶带机轨道设置于轨道支座上，格雷母线长度可依摆动胶带机运行轨道弧长而定；所述的格雷母线的输出端连接固定站的输入端，固定站的输出端连接回转圆盘的电机变频器的输入端。

本发明实施例中，如图3所示，移动站包括地址编码发射器和天线箱，其中，地址编码发射器的输出端连接天线箱的输入端，天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信；所述的地址编码器，其发出地址信号通过天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信，实现非接触式传输信号，天线箱与格雷母线之间的距离范围为：30mm～300mm。

本发明实施例中，如图3所示，固定站包括：地址编码接收器和PLC(西门子S7-300)，其中，地址编码接收器的输入端连接格雷母线的输出端，地址编码接收器的输出端与PLC相连接。

本发明实施例中，如图4和图5所示，采用球团布料智能控制系统进行的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、启动装置，摆动胶带机随着回转圆盘的带动下沿轨道移动进行布料；

步骤2、采用移动站中的地址编码器发出摆动胶带机位置信息，通过天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信；

步骤3、采用格雷母线将摆动胶带机位置信息传输至固定站中的地址编码接收器中，地址编码接收器将摆动胶带机的位置信息通过Profi-Bus传输方式送至PLC中；

步骤4、采用PLC根据摆动胶带机位置信息获得摆动胶带机当前实际运行速度；

利用公式(1)、摆动胶带机运行轨道弧长l、将轨道分成n段的数量及PLC内的计时系统，可获得摆动胶带机当前实际运行速度v；本发明实施例中，将摆动胶带机运行轨道弧长l分成n段(要求l/n＞5mm)，这样在摆动胶带机完成一个周期上料过程中可以输出2n个速度v，理论上n越大对整体控制越有利，但是建议l/n＞15mm，这样输出的速度v更准确；

步骤5、比较获得摆动胶带机当前实际运行速度v与设定阈值v₀的差值，PLC根据该差值调节回转圆盘的电机变频器，使摆动胶带机实际运行速度趋近或等于设定阈值，实现链篦机篦床布料均匀。

本发明实施例中，设定阈值v₀取值区间为：0.986～1.345m/s，实际取值1.116m/s。

该系统可以彻底解决或者大大减轻链箅机箅床上布料左右不对称、去一回上料不均匀及边缘效应的问题，使链篦机篦床布料均匀；从根本上解决因链箅机布料不均匀致使在生产过程中生球预热不均匀，热风管道内热气流无法有效利用、链箅机箅板频繁损坏，小轴两端受热不均匀产生不同程度弯曲造成箅床跑偏、易引起链篦机箅板与侧板脱落、铲料板抬起、发生生球炸裂、回转窑结圈、干球强度差，易形成废品等问题。使生产产品的产量、质量得以提高，实现降低能耗、减少环境污染、增加设备使用寿命等。

目前国内外球团厂(链-回-环工艺)都受到链箅机箅床上都存在布料左右不对称、去-回上料不均匀及边缘效应的问题困扰，而本套系统可以解决这些问题，所以拥有广阔的市场前景，无论是新建项目或者原有项目均可以应用，能给企业带来直接的社会效益和间接的经济效益。

Claims (2)

1.一种采用球团布料智能控制系统的控制方法，该球团布料智能控制系统包括摆动胶带机、回转圆盘、曲柄-摇杆传送机构、移动站、格雷母线和固定站；

所述的摆动胶带机通过曲柄-摇杆传送机构连接回转圆盘，通过回转圆盘转动带动摆动胶带机沿轨道移动进行布料；所述的移动站设置于摆动胶带机的车轮轮架上，跟随摆动胶带机移动；所述的格雷母线平行于摆动胶带机轨道设置于轨道支座上；

所述的格雷母线的输出端连接固定站的输入端，固定站的输出端连接回转圆盘的电机变频器的输入端；

所述的移动站，包括地址编码发射器和天线箱，其中，地址编码发射器的输出端连接天线箱的输入端，天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信；

所述的固定站，包括：地址编码接收器和PLC，其中，地址编码接收器的输入端连接格雷母线的输出端，地址编码接收器的输出端连接PLC的输入端；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、启动装置，摆动胶带机随着回转圆盘的带动下沿轨道移动进行布料；

步骤2、采用移动站中的地址编码器发出摆动胶带机位置信息，通过天线箱与格雷母线间电磁耦合来进行通信；

步骤3、采用格雷母线将摆动胶带机位置信息传输至固定站中的地址编码接收器中，地址编码接收器将摆动胶带机的位置信息送至PLC中；

步骤4、采用PLC根据摆动胶带机位置信息获得摆动胶带机当前实际运行速度；

将摆动胶带机运行轨道弧长ι分成n段，在摆动胶带机完成一个周期上料过程中可以输出2n个实际运行速度v，其中，ι/n＞15mm；

步骤5、比较获得摆动胶带机当前实际运行速度与设定阈值的差值，PLC根据该差值调节回转圆盘的电机变频器，使摆动胶带机实际运行速度趋近或等于设定阈值，实现链篦机篦床布料均匀。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤4所述的采用PLC根据摆动胶带机位置信息获得摆动胶带机当前实际运行速度，具体公式如下：

v＝ι₂-ι₁/t₂-t₁ (1)

其中，v表示摆动胶带机当前实际运行速度，ι₂表示摆动胶带机t₂时刻运行轨道弧长，ι₁表示摆动胶带机t₁时刻运行轨道弧长，t₂和t₁表示两个采样时间点。