CN108069222A - 一种多级皮带机速度控制系统 - Google Patents

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姜银方
刘桥振
王广德
潘凌云
童矿
蒋俊俊
李伯全
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Jiangsu University
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    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G43/00—Control devices, e.g. for safety, warning or fault-correcting
    • B65G43/08—Control devices operated by article or material being fed, conveyed or discharged
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement

Abstract

本发明公开了一种多级皮带机速度控制系统，该速度控制系统及方法是将在首台皮带机之后的每一皮带机上增加了速度检测系统(速度传感器及速度检测仪表)，并在控制系统中增加了工控PC机及多端口转发器(HUB)；工控PC机通过接收多端口转发器(HUB)传递的每台皮带机的重量和速度信号，获得每台皮带机的瞬时运量与瞬时速度信息，工控PC机通过系统内部设定的模糊控制算法，对首台皮带机下的每一级皮带机的运量及速度进行匹配工作。如果运算结果显示皮带机运量与速度不相匹配，则根据相关皮带机的瞬时运量及其长度经过模糊算法的相关计算下发指令，控制变频器对皮带机电机进行调控，以实现多级皮带机速度与运量的优化配合。

Description

一种多级皮带机速度控制系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，尤其涉及多级皮带机速度控制系统。
技术背景
皮带机具有结构简单、能耗较小、对各种物料适应能力强、运输效率高且工作稳定性强等优点，在我国港口运输中广泛使用。
随着我国工业生产的快速发展，皮带机正朝着大型化、集成化的方向不断发展，使得对多级皮带机系统的研究显得尤为重要。目前，由于多条皮带机组成的庞大的转运系统，设备之间具有不确定性和严重非线性，导致多级皮带机在运行过程中不可避免的会出现速度不协调而带来的物料堆积或者能源浪费的问题，导致皮带机的各部分都长期处于低于设计标准的工作状态之下。
为了抑制多级皮带机在运行的过程中这种“重载低速、轻载高速”的现象，实现多级皮带机速度的联合调控，相关的皮带机行业及研究院对这一问题也展开了一定的研究，研究成果也各不相同。就目前的研究情况来看，皮带机速度控制研究仍然局限于单条皮带机的速度控制，对多条皮带机集成的转运系统的研究较少。
申请号为201210327906.5，名为“一种烧结机布料系统的机速自动控制方法”的发明专利，提出了在烧结机布料系统的宽皮带上方增加一个悬挂式混合料给料矿槽,并安装称重传感器,将混合料矿槽实时称重值传输到控制系统中，按照给料矿槽实际料位值与上、下限值的差值占上、下限值的百分比来进行调节烧结机机速。但上述控制方法仍然是对烧结机上的单条皮带设备进行速度控制，且控制方法相对精度及灵敏度不高。
文献“煤炭输送设备节能系统设计”中只在每种模式首台皮带机上安装一个重量传感器及相应的重量传感器。在皮带机转运系统的每台皮带机上安装一个变频器，并只能用于控制每台皮带机的启动和停止这两种操作，变频器由皮带机转运系统的PLC软件进行控制。因此，当PLC通过程序控制变频器实现皮带机启动时，皮带机转运系统上的所有皮带机只能按照设定速度运行。在工作的过程中，皮带机上的物料发生改变的情况下，相关皮带机的速度无法实现相关调整，来适应上方物料的增加或减少。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种多级皮带机速度控制系统及控制方法，采用的技术方案如下：
一种多级皮带机速度控制系统，包括检测系统、运行系统和执行系统；所述检测系统包括重量检测子系统和速度检测子系统；所述重量检测子系统包括重量传感器和称重仪表，用于检测皮带机瞬时物料流量信号；所述速度检测子系统包括速度传感器元件和速度检测仪表，用于检测皮带机瞬时速度信号；所述运行系统包括工控PC机和PLC；所述工控PC机按照皮带机转运系统的运量即物料瞬时流量对皮带机速度进行相关调控并对PLC下发相应指令；所述PLC在控制每级皮带机的启动和停止命令的情况下，依据工控PC机的控制指令对每一级皮带机电机的转速进行相关控制；所述执行系统包括变频器和驱动电机；通过PLC发送命令控制变频器的运行，变频器通过调频及调压等手段控制电机转速，实现皮带机速度控制。
进一步的，所述工控PC机和PLC之间的信号传递由相连的RS-232-C完成。
进一步的，所述工控PC机通过PLC可以接收到m个速度检测信号，工控PC机根据模糊计算将调速指令传递给相应变频器，即可调节每级皮带机的速度。
本发明的有益效果：
1.针对多级皮带机运行过程中物料的堆积或大马拉小车等问题，采用了协调控制原理、模糊控制技术构建了基于多级皮带机的速度控制方案，能够较好的实现多级皮带机系统的联合调速，提高了运行效率减少了能源的使用。
2.该速度控制系统结构设计简单，便于在传统多级皮带机的基础上进行改造。
3.该速度控制系统安全可靠，自动化程度高，操作简单，稳定性及高效性突出。
附图说明
下面结合附图对其防摇控制过程进行描述，以便本发明所述特征和优点更加清楚和容易理解。
图1为多级皮带机速度控制方案示意图
图2为多级皮带机速度控制系统结构简图
图3为多级皮带机速度控制系统工作流程图
图4为检测系统运行流程图
图5为运行系统工作流程图
具体实施方式
本发明提出了一种多级皮带机速度控制系统，能同时对串联运行的多级皮带机转运系统的运行速度进行反馈控制，其系统的控制方法将多级皮带机的三个子系统进行有机结合，对皮带机上的运量及速度进行实时监控，提高了多级皮带机运行效率达到了节能的效果。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，为多级皮带机速度控制方案示意图，该系统包括检测系统、运行系统、执行系统。所述多级皮带机速度控制系统及方法在首台皮带机之后的每一皮带机上增加了速度检测系统(速度传感器及速度检测仪表)，并在控制系统中增加了工控PC机及多端口转发器(HUB)；工控PC机通过接收多端口转发器(HUB)传递的每台皮带机的重量和速度信号，获得每台皮带机的瞬时运量与瞬时速度信息，工控PC机通过系统内部设定的模糊控制算法，对首台皮带机下的每一级皮带机的运量及速度进行匹配工作；如果运算结果显示皮带机运量与速度不相匹配，则根据相关皮带机的瞬时运量及其长度经过模糊算法的相关计算下发指令，控制变频器对皮带机电机进行调控，以实现皮带机速度与运量的优化配合，实现皮带机转运系统的每一级皮带机高效运行。
如图2所示，为多级皮带机速度控制系统结构简图，更加直观了解多级皮带机速度控制系统方案，将控制系统应用设备进行归纳。综合上述，多级皮带机速度控制系统方案，通过模糊控制算法设计并应用称重传感器测量皮带机实时运量，应用速度传感器检测各级皮带机的实时带速，并通过安装在各级皮带机系统的变频器进行速度调节，实现精确控制。
如图3所示，为多级皮带机速度控制系统工作流程图，所述多级皮带机速度控制系统将首台皮带机的运量作为上述控制系统的输入，工控PC机通过内部的模糊算法计算并发送相关命令给变频器，通过变频器控制电机的转运。输入工控PC机内部的模糊控制算法的变量分别为皮带机瞬时运量偏差及瞬时运量偏差率，输出为皮带机的速度。通过比对皮带机速度与运量是否匹配。若不匹配，则根据各级皮带机的长度及运量情况，实时调整变频器的输出频率与输出电压，实现对电动机转速的调控，最终得以改变皮带机的速度。
如图4所示，为检测系统运行流程图，所述检测系统主要由重量检测子系统和速度检测子系统组成；所述重量检测子系统由重量传感器和称重仪表构成，用于检测皮带机瞬时物料流量信号；所述速度检测子系统由速度传感器元件和速度检测仪表构成，用于检测皮带机瞬时速度信号。所述的重量传感器，应用在多级皮带机转运系统的首台皮带机上，当起重设备将物料运送到首台皮带机，监控系统即同过重量传感器实时检测首台皮带机上的干散货瞬时运量Q，将检测信号传递给称重仪表，称重仪表接收到检测信号进行一定的信号处理，再传递给工控PC机。所述速度传感器，应用在多级皮带机系统的每个皮带机之上，速度传感器对每条皮带机运行速度进行实时检测，并将检测信号通过PLC传递到工控PC机上。
如图5所示，为运行系统工作流程图，所述运行系统主要由工控PC机和PLC组成；所述工控PC机按照皮带机转运系统的运量即物料瞬时流量对皮带机速度进行相关调控并对PLC下发相应指令；所述PLC在控制每级皮带机的启动和停止命令的情况下，还要依据工控PC机的控制指令对每一级皮带机电机的转速进行相关控制。工控PC机和PLC之间的信号传递由相连的RS-232-C完成。
所述工控PC机通过PLC可以接收到的m个速度检测信号，工控PC机根据模糊计算将调速指令传递给给相应变频器，其可以调节每路皮带机的速度。
所述工控PC机监控1#皮带机的运行情况，如出现紧急状况要对1#皮带机进行调控时，即对1#皮带机系统发出相关命令。
所述工控PC机调控m台皮带机转速，通过模糊计算得出相应命令和发生时间，且根据相应时刻发出命令。
所述工控PC机将在相应时间t2,t3,.....tn对相应的变频器发送f2,f3,.....fn指令，实现对相应电动机的控制，并最终达到每条皮带机速度的实时控制。工控PC机通过运算可由首条皮带机长度l1及其余下面每一级皮带机的长度l2….ln推理出每一级皮带机的调整时间和调整频率：
t2＝l1/v、f2
t3＝t2+l2/v、f3
...
tn＝tn-2+ln-1/v、fn
所述皮带机速度系统将根据实时检测的瞬时运量和瞬时速度在t2，t3，…tn时间，通过工控PC机将相应电动机的调整频率f2，f3，….fn把指令下发到相应控制变频器，并通过变频器实现对电机转速及皮带机速度的控制。
所述皮带机速度控制系统执行系统主要由变频器和驱动电机构成，通过PLC发送命令控制变频器的运行，而变频器通过调频及调压等手段控制电机转速，实现皮带机速度控制。
所述1#皮带机上同时安装重量传感器和速度传感器两种传感器，对皮带机转运系统干散货的运量及1#皮带机的速度实施监控；所述2～m#皮带机对只安装速度传感器对相应皮带机的传输速度实施监控；
所述1#皮带机的运量数据和m条皮带机的速度数据通过系统传递给控制器，相关参数通过分析和运算之后，根据需要对相关皮带机的变频器发送命令，m条皮带机通过各自电机的转速改变来调控皮带机速度，以此实现皮带机转运系统的速度调控。速度调控以工控PC机和PLC为中心，经与其相连的传感器装置来接受信号并进行分析和处理，实现系统的自适应工作。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多级皮带机速度控制系统，其特征在于，包括检测系统、运行系统和执行系统；所述检测系统包括重量检测子系统和速度检测子系统；所述重量检测子系统包括重量传感器和称重仪表，用于检测皮带机瞬时物料流量信号；所述速度检测子系统包括速度传感器元件和速度检测仪表，用于检测皮带机瞬时速度信号；所述运行系统包括工控PC机和PLC；所述工控PC机按照皮带机转运系统的运量即物料瞬时流量对皮带机速度进行相关调控并对PLC下发相应指令；所述PLC在控制每级皮带机的启动和停止命令的情况下，依据工控PC机的控制指令对每一级皮带机电机的转速进行相关控制；所述执行系统包括变频器和驱动电机；通过PLC发送命令控制变频器的运行，变频器通过调频及调压等手段控制电机转速，实现皮带机速度控制。
2.根据权利要求1所述的多级皮带机速度控制系统，其特征在于：所述工控PC机和PLC之间的信号传递由相连的RS-232-C完成。
3.根据权利要求1所述的多级皮带机速度控制系统，其特征在于：所述工控PC机通过PLC可以接收到m个速度检测信号，工控PC机根据模糊计算将调速指令传递给相应变频器，即可调节每级皮带机的速度。
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