CN108940552B - 一种多破碎设备给料的pid控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多破碎设备给料的PID控制系统。包括PID控制模块、给料及破碎设备、信号采集模块、控制执行机构，控制模块通过信号采集模块获取给料及破碎设备运行信息并通过控制执行机构调整并控制给料及破碎设备运行；给料及破碎设备包括多台可并行运行的给料机和反击破；信号采集模块包括：三相有功功率表，频率采集传感器，振动传感器等；控制执行机构由变频器分别控制每台给料机的给料速度。本发明能够获取破碎设备和给料设备的最佳运行状态，控制破碎设备实现最高通过量，并能够实现远程监控，提升了系统运行的实时性，有效提高生产产量，达到最大化的生产理想状态，控制系统及其方法实现多台给料机同时给料并进行最优给料配置。

Description

一种多破碎设备给料的PID控制系统

技术领域

本发明属于机械设备自动控制技术领域，尤其属于一种矿山设备自动控制技术领域，特别涉及一种多破碎设备给料的PID控制系统。

背景技术

在矿山破碎生产中，设备的控制主要有三种方式，第一种方式是人工操作控制流程。第二种方式是使用智能控制系统，如单片机系统、PLC系统、工控机系统等控制流程。第三种方式是由智能控制系统作为主控单元，使用智能控制系统的PID算法或者直接使用PID控制器(以下均称为PID控制器)控制给料，使电机一直处于一定的负载率下运行。

现行的矿山生产多以人工操作控制流程，在控制生产量时以人为方式控制产量，对于结构复杂的产线时，操作人员已不能很好的进行控制。对产量及产能都有较大的浪费。第二种和第三种的智能控制系统来控制流程，虽然能实现现场的PID控制来控制生产，对流程的控制是在一对一的情况下进行，面对复杂的多对一等情况，仍会大力依赖人工控制。

由于现场的复杂性，原始性，单一的一对一PID控制已不能满足现场需要。同时在破碎设备制造过程中，需要大量的数据采集为破碎设备的优化设计提供支撑，而破碎设备的优化设计离不开对破碎设备的运行数据进行优化处理的方式。同时现场的数据不能进行云端数据处理，给生产和控制造成困难。

发明内容

针对上述缺陷，本发明公开了一种多破碎设备给料的PID控制系统。本发明利用现代物联网技术，将与PID控制运行的实时相关数据通过网络技术发送至远程终端监控服务器，远程终端监控服务器进行数据处理分析等在线实时监控，利用通信模块进行远程监控，以实现多设备更有效运行的PID控制系统。

本发明通过以下技术方案实现：

多破碎设备给料的PID控制系统，包括PID控制模块、给料及破碎设备、信号采集模块、控制执行机构，其特征在于：PID控制模块通过信号采集模块获取给料及破碎设备运行信息并通过控制执行机构调整并控制给料及破碎设备运行；

所述PID控制模块包括智能数控服务器PLC及其工控机和显示界面；

所述给料及破碎设备包括多台可并行运行的给料机和反击破；

所述信号采集模块包括：三相有功功率表，用于采集反击破的有功功率；电流互感器，用于采集反击破电机的电流；频率采集传感器，用于采集变频器的输出频率，及各给料机的给料频率；振动传感器，用于采集给料机的振动频率；电流感应开关及电流热保护器，用于检测给料机电机的电流；

所述控制执行机构由变频器分别控制每台给料机的给料速度。

进一步所述PID控制系统通过无线传输模块与远程控制终端控制连接，远程控制终端是远程终端服务器及其通过网络连接的移动智能设备终端。

本发明所述信号采集模块还包括：温度传感器，温度传感器采用压簧耦式设计，用于监测破碎设备的电机的轴承温度；转速传感器，转速传感器用于监测破碎设备的主轴转速；电流感应传感器，电流感应传感器与给料机电机连接，用于监测给料机电机的电流信息；电流热保护传感器，电流热保护传感器与给料机电机连接，用于监测给料机电机的负荷信息。

本发明采用上述系统进行的多破碎设备给料的PID控制方法分为初始化过程和正常运行过程；初始化过程由PID控制模块开始控制时调节给料机的变频器输出频率，正常运行过程由初始化过程中获得的参数通过PID控制器控制来调节给料机的变频器输出频率；执行过一次初始化过程以后，运行参数可通过智能控制系统存储，设备下次启动可选择按照存储的参数运行或重新执行初始化两种方式。

控制方法具体包括以下步骤：

本发明采用多个给料机同时给一个破碎设备给料，多个给料机使用一个变频器控制。初始化过程为：

1)先给变频器一个初始频率为f₀,变频器控制的多个给料机同时以相同的频率给料。

2)每运行固定时间Δt后，计算出破碎机的平均负荷电流I，比较破碎机的平均负荷电流I，当破碎机的平均负荷电流I小于Im_max时，增大各个给料机的给料频率及提高变频器的输出频率，当破碎机的平均负荷电流I大于Im_max时，减小各个给料机的给料频率及降低变频器的输出频率；

3)变频器每次增加或降低的频率公式为：F_n＝F_n-1+ΔF，ΔF为每次增加或减少的频率，当前一次比较结果为I＜Im_max，这次比较还是I＜Im_max时，增加的ΔF值保持不变，当前一次比较结果为I＜Im_max，这次比较是I＞Im_max时，减小的ΔF值为1/2ΔF，当前一次比较结果为I＞Im_max,这次比较还是I＞Im_max时，减小的ΔF值保持不变；

4)按照2)和3)的方式，进行下去，直到破碎机的平均负荷电流I无限接近Im_max，PID控制器记录下相应的值；

5)根据安装的电流感应传感器和电流热保护传感器及振动传感器确定每台给料机的状态，当某一台故障时，断开相应的连接，再按照1)、2)、3)、4)的过程，实现给料，PID控制器记录下相应的值；

6)根据安装在破碎设备上的温度、转速、电流等传感器来确定破碎设备是否在满足的运行状态下。

正常运行时，检测各个给料机的状态，根据初始化得到的数据进行快速切换。保证破碎设备的高效运行。

Im_max为破碎设备的理想负荷电流，将Im_max作为PID控制器的目标电流对破碎设备进行控制，使破碎设备一直运行在最高效率下。

本发明提供了一种多破碎设备给料的PID控制系统，对破碎设备的电机电流、给料频率、振动频率、给料皮带电机有功功率、出料皮带电机有功功率的信息采集，实时判断破碎机的运行工况，精确计算破碎机与各给料机给料情况的对应电机电流，通过该电流值修改PID控制器的目标电流，自动修正给料机给料频率，实现破碎生产的优化控制。本发明利用现代物联网技术，将与PID控制运行的实时相关数据通过网络技术发送至远程终端监控服务器，远程终端监控服务器进行数据处理分析实现在线实时监控。

本发明有益性：本发明多破碎设备给料的PID控制系统破碎设备和给料设备的运行信息的采集方法，能够获取破碎设备和给料设备的最佳运行状态，控制破碎设备实现最高通过量。本发明利用现代物联网技术实现远程监控，可以远程了解现场运行情况及数据，实现了信息共享，避免生产部门与其他部门隔绝成为信息孤岛，提升了系统运行的实时性；智能PID控制系统能有效提高生产产量，达到最大化的生产理想状态，减少企业成本，控制系统及其方法实现多台给料机同时给料并进行最优给料配置。

附图说明

图1为本发明控制系统工作原理连接示意图。

图中，1是工控机和显示界面，2是传感器，3是给料机，4是反击破，5是PLC，6是变频器，7是变送器PLC，60是远程终端监控服务器，70是Wed终端。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

结合附图。

本发明提供一种多破碎设备给料的PID控制系统，包括工控机及显示器1、多台给料机3、反击破4、PLC5、变频器6、通信装置；还包括：若干个传感器2、变送器7，无线传送模块和远程终端监控服务器60，其中，若干个传感器2中的部分与反击破4和多台给料机3以及变频器6电性连接，获取反击破4、给料机3、变频器6的电流、转速等信息。将反击破4、给料机3的信息传送给变送器7；PLC5接收变送器7传来的信息并处理；PLC5直接采集变频器6的信息，PLC5安装在智能数控服务器里，并进行相关信息处理。通过通信装置PLC5的信息传送到工控机1上；工控机1将接收的反击破4信息和变频器6信息以及给料机3信息展示在显示界面1上；无线传送模块安装在智能数控服务器里，将PID控制系统的信息远传至远程终端监控服务器60上；远程终端监控服务器60将接收的PID控制系统信息解析展示在终端APP和网络上。

传感器2包含若干个，包括电流传感器、温度传感器、转速传感器、振动传感器、电流感应传感器、电流热保护传感器；电流传感器和反击破电机连接，用于检测反击破电机电流。温度传感器和反击破的轴承连接，用于检测反击破的轴承温度。转速传感器和反击破主轴相连，用于检测反击破的轴承转速。振动传感器和给料机整体机架连接，用于采集给料机的整体振动情况。电流热保护传感器和给料机电机相连，用于检测给料机电机运行情况。

下面以2台给料机向1台反击破供料的控制系统使用进行说明。

使用开始，运行系统，开启反击破，开启2台给料机，检测到设备运行正常后，进行PID控制。通过控制变频器的输出频率来控制2台给料机的给料量，当频率增加时，2台给料机的给料量增加，反击破的负荷量增加，反击破的负荷电流增加。反击破的负荷电流增加，反馈给PID控制器。当反击破的负荷电流偏大，PID控制器控制变频器的输出频率降低，2台给料机的给料量降低，当反击破的负荷电流偏小，PID控制器控制变频器的输出频率增大，2台给料机的给料量增加。

PID控制过程如下：Im_max为反击破的理想负荷电流。

初始化过程为：

1)先给变频器一个初始频率为f₀，变频器控制的2个给料机同时以相同的频率给料。

2)每运行固定时间Δt后，计算出破碎机的平均负荷电流I，比较破碎机的平均负荷电流I，当破碎机的平均负荷电流I小于Im_max时，增大2个给料机的给料频率及提高变频器的输出频率，当破碎机的平均负荷电流I大于Im_max时，减小2个给料机的给料频率及降低变频器的输出频率；

3)变频器每次增加或降低的频率公式为：F_n＝F_n-1+ΔF，ΔF为每次增加或减少的频率，当前一次比较结果为I<Im_max,这次比较还是I<Im_max时，增加的ΔF值保持不变，当前一次比较结果为I<Im_max,这次比较是I>Im_max时，减小的ΔF值为1/2ΔF，当前一次比较结果为I＞Im_max,这次比较还是I＞Im_max时，减小的ΔF值保持不变；

4)按照2)和3)的方式，进行下去，直到破碎机的平均负荷电流I无限接近Im_max，PID控制器记录下相应的值；

5)根据安装的电流感应传感器和电流热保护传感器及振动传感器确定2台给料机的状态，当某一台故障时，断开相应的连接，再按照1)、2)、3)、4)的过程，实现给料，PID控制器记录下相应的值；

6)根据安装在反击破上的温度、转速、电流等传感器来确定反击破是否在满足的运行状态下。

正常运行时，实时通过传感器检测到2个给料机的状态，根据初始化得到的数据对不同的情况进行快速切换，保证破碎设备的高效运行。

Claims (3)

1.一种多破碎设备给料的PID控制方法，采用的控制系统包括PID控制模块、给料及破碎设备、信号采集模块、控制执行机构，其特征在于：

PID控制模块通过信号采集模块获取给料及破碎设备运行信息并通过控制执行机构调整并控制给料及破碎设备运行；所述PID控制模块包括智能数控服务器PLC及其工控机和显示界面；所述给料及破碎设备包括多台可并行运行的给料机和反击破；所述信号采集模块包括：三相有功功率表，用于采集破碎机给料皮带和破碎机出料皮带有功功率；电流互感器，用于采集破碎机电机的电流；频率采集传感器，用于采集变频器输出频率及各给料机的给料频率；振动传感器，用于采集给料机的振动频率；电流感应开关及电流热保护器，用于检测给料机电机的电流；所述控制执行机构由变频器分别控制每台给料机的给料速度；

控制方法分为初始化过程和正常运行过程；初始化过程由PID控制模块开始控制时调节给料机的变频器输出频率，正常运行过程由初始化过程中获得的参数通过PID控制器控制来调节给料机的变频器输出频率；执行过一次初始化过程以后，运行参数可通过智能控制系统存储，设备下次启动可选择按照存储的参数运行或重新执行初始化两种方式；

具体包括：采用多个给料机同时给一个破碎设备给料，多个给料机使用一个变频器控制；

初始化过程为：

1)先给变频器一个初始频率为f₀,变频器控制的多个给料机同时以相同的频率给料；

2)每运行固定时间Δt后，计算出破碎机的平均负荷电流I，比较破碎机的平均负荷电流I，当破碎机的平均负荷电流I小于Im_max时，增大各个给料机的给料频率及提高变频器的输出频率，当破碎机的平均负荷电流I大于Im_max时，减小各个给料机的给料频率及降低变频器的输出频率；

3)变频器每次增加或降低的频率公式为：F_n＝F_n-1+ΔF，ΔF为每次增加或减少的频率，当前一次比较结果为I<Im_max,这次比较还是I<Im_max时，增加的ΔF值保持不变，当前一次比较结果为I<Im_max,这次比较是I>Im_max时，减小的ΔF值为1/2ΔF，当前一次比较结果为I>Im_max,这次比较还是I>Im_max时，减小的ΔF值保持不变；

4)按照2)和3)的方式，进行下去，直到破碎机的平均负荷电流I无限接近Im_max，PID控制器记录下相应的值；

5)根据电流感应传感器和电流热保护传感器及振动传感器确定每台给料机的状态，当某一台故障时，断开相应的连接，再按照1)、2)、3)、4)的过程，实现给料，PID控制器记录下相应的值；

6)根据破碎设备上的温度、转速、电流等传感器来确定破碎设备是否在满足的运行状态下；

正常运行时，检测各个给料机的状态，根据初始化得到的数据进行快速切换，将Im_max作为PID控制器的目标电流对破碎设备进行控制，使破碎设备一直运行在最高效率下。

2.根据权利要求1所述的多破碎设备给料的PID控制方法，其特征在于：所述PID控制系统通过无线传输模块与远程控制终端控制连接，远程控制终端是远程终端服务器及其通过网络连接的移动智能设备终端。

3.根据权利要求1所述的多破碎设备给料的PID控制方法，其特征在于所述信号采集模块还包括：

温度传感器，温度传感器采用压簧耦式设计，用于监测破碎设备的电机的轴承温度；

转速传感器，转速传感器用于监测破碎设备的主轴转速；

电流感应传感器，电流感应传感器与给料机电机连接，用于监测给料机电机的电流信息；

电流热保护传感器，电流热保护传感器与给料机电机连接，用于监测给料机电机的负荷信息。

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