CN110614156B - 基于pid算法的破碎机系统控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于PID算法的破碎机系统控制方法，包括：采集主电机的电流值和热效应值；运用牵引值测试进料装置的速度值的输出范围；采集主电机的实时电流值、进料装置的伺服阀的电压输入值，将热效应值、主电机的电流值、牵引值、进料装置传送的速度值、主电机的实时电流值以及进料装置的伺服阀的电压输入值建立成数学模型，进行归一化处理输入PID模块；将主电机的实时电流值作为实测值，将进料装置的伺服阀的输入作为控制变量，将主电机的电流值作为设定值，通过对控制变量大小的控制，实时监测实测值,获取偏差，根据偏差值调节控制。本发明具有使用方便、鲁棒性强、提升了破碎的效果的优点。

Description

基于PID算法的破碎机系统控制方法
技术领域
本发明涉及机械自动化控制领域，特别涉及室内的一种基于PID算法的破碎机系统控制方法。
背景技术
废钢破碎机的主要工作原理是在高速、大扭矩电机的连续驱动之下，破碎机转子上的锤头轮流击打进入腔体内的废钢，在强大的冲击作用下，废钢被撕裂和挤压成相应规格的破碎钢。
目前国内的废钢破碎机通常采用人工手动控制的方式进行操作，喂料的速度存在不确定性，这样就容易导致时长出现堵料停机、设备出现故障的几率高等的现象，出现破碎效果不佳的现象。
发明内容
本发明的目的提供一种基于PID算法的破碎机系统控制方法，解决来料的不确定性导致的破碎效果不佳的问题。
本发明提出一种基于PID算法的破碎机系统控制方法，基于PID算法的破碎机系统中应用AB PLC，基于PID算法的破碎机系统控制方法包括如下步骤：
采集破碎机主电机的电流值和热效应值，确定不同热效应值下所对应的主电机的电流值；
运用牵引值测试进料装置传送的速度值的输出范围；
采集破碎机的不同热效应值下的主电机的实时电流值、进料装置的伺服阀的电压输入值，将热效应值、主电机的电流值、牵引值、进料装置传送的速度值、主电机的实时电流值、以及进料装置的伺服阀的电压输入值建立成数学模型，进行归一化处理输入AB PLC自带的PID模块；
将主电机的实时电流值作为实测值，将进料装置的伺服阀的电压输入值作为控制变量，通过进料装置的伺服阀的电压输入值控制进料装置传送的速度值，进料装置传送的速度值始终保持在骤2中进料装置传送的速度值的输出范围内，取不同热效应值下所对应的的主电机的电流值作为PID模块中PID算法的设定值，在破碎机运行过程中通过对控制变量大小的控制，实时监测实测值，计算实测值与PID算法的设定值之间的差，实测值与PID算法的设定值之间的差的绝对值为基于PID算法的破碎机系统控制的偏差；
偏差过大时，通过手动调整PID模块中的Kp、Ki、Kd的相关数值，实时监测实测值，计算实测值与PID算法的设定值之间的差，以向减小偏差的方向调节。
在一些实施方式中，所述主电机上设有额定电流值，额定电流值是主电机出厂的时候确定的，刻录在主电机的铭牌上。
在一些实施方式中，所述主电机的电流值与额定电流值对应设置。
在一些实施方式中，主电机的电流值和热效应值通过Ethernet通讯协议在可编辑控制器中读取采集。
在一些实施方式中，归一化处理指的是就是将主电机的电流值、牵引值、进料装置传送的速度值、主电机的实时电流值、以及进料装置的伺服阀的电压输入值换为同一数据范围的工程量，比如说0-5000。
在一些实施方式中，主电机的实时电流值和进料装置的伺服阀的电压输入值也可以通过Ethernet通讯协议在可编辑控制器中读取采集。
在一些实施方式中，所述牵引值指的是通过掰动破碎机中的操作室上的手柄操控进料装置传送时手柄被掰动的幅度。
在一些实施方式中，手柄可以通过手动控制或借助于其他可以掰动手柄的自动化装置进行控制。
在一些实施方式中，手柄是通过手动控制掰动的，通过手动控制保证进料装置传送的速度的输出值的输出范围与主电机电流值无关。
在一些实施方式中，在牵引值为最小时，进料装置传送的速度值为最小值，这样就可以知道喂料的速度的最小值，避免此时喂料的速度过小导致的空传的现象；当牵引值逐渐变大时，进料装置传送的速度值也逐渐变大；当牵引值达到最大值是，进料装置传送的速度值也达到最大，这样就可以知道喂料速度最大，避免喂料的速度过大导致的进料堵塞的现象。
在一些实施方式中，所述进料装置的伺服阀的电压输入值与进料装置传送的速度值呈线性正比例关系。
在一些实施方式中，所述实测值与PID算法的设定值之间的差的计算方法如下：设定时间分段的时长，选取一段时长中实测值的最小值和最大值、设定值的最大值和最小值作为PID算法的采样频率，应用PID算法中的SP-PV算法，通过PID模块进行实时计算得到实测值与PID算法的设定值之间的差。
在一些实施方式中，所述设定范围指的是小于等于5％*设定值的范围。
在一些实施方式中，所述进料装置采用的是进料链板机和双进料辊，进料装置传送的速度值指的是进料链板机的实际速度值和双进料辊的实际速度值的平均值。
在一些实施方式中，所述Kp指的是比例调节系数，加快系统的响应速度，提高系统的调节精度；Ki指的是积分调节系数，消除残差；Kd指的是微分调节系数，改善系统的动态性能。
本发明所述的一种基于PID算法的破碎机系统控制方法的优点为：原理简单，使用方便，其中利用PID模块进行计算控制调节，有效的提高了基于PID算法的破碎机系统控制方法的适应性和鲁棒性，能够通过进料装置的速度和破碎装置中主电机的实时电流值的配合提升破碎的效果。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式中基于PID算法的破碎机系统控制方法的原理示意图；
图2为本发明的一种实施方式中主电机的额定电流为580A时运用基于PID算法的破碎机系统控制方法后破碎机主电机的实时电流的变化趋势图；
图3为本发明的一种实施方式中主电机的额定电流为280A时运用基于PID算法的破碎机系统控制方法后破碎机主电机的实时电流的变化趋势图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提出一种基于PID算法的破碎机系统控制方法，包括如下步骤：
步骤1、通过Ethernet通讯协议在可编辑控制器中读取破碎机主电机的电流值和热效应值，确定不同热效应情况下所对应的主电机的电流值；
步骤2、在手动控制的条件下掰动操作室的手柄操控进料装置传送，取掰动手柄的幅度作为牵引值，通过手动控制保证进料装置传送的速度的输出值的输出范围与主电机电流值无关，同时也能够节约成本投入，降低资源消耗。运用牵引值测试进料装置传送的速度值的输出范围，在牵引值为最小时，进料装置传送的速度值的输出值为最小值；当牵引值逐渐变大时，进料装置传送的速度值的输出值也逐渐变大；当牵引值达到最大值时，进料装置传送的速度值的输出输出值也达到最大；通过手动控制保证进料装置传送的速度值的输出值的输出范围与主电机电流值无关，这样就能够知道进料装置传送的最大值和最小值，避免出现堵料或空传的现象；
步骤3、采集破碎机的不同热效应值下的主电机的实时电流值、进料装置的伺服阀的电压输入值，将热效应值、主电机的电流值、牵引值、进料装置传送的速度值、主电机的实时电流值、以及进料装置的伺服阀的电压输入值建立成数学模型，进行归一化处理转换为同一数据范围0-5000内的工程量输入AB PLC自带的PID模块；
步骤4、将主电机的实时电流值作为实测值，将进料装置的伺服阀的电压输入值作为控制变量，通过进料装置的伺服阀的电压输入值控制进料装置传送的速度值，进料装置的伺服阀的电压输入值与进料装置传送的速度值呈线性正比例关系，进料装置传送的速度值要保持在步骤2中叙述的进料装置传送的速度值的输出范围，一般情况下进料装置的伺服阀的电压输入值设置在0-5V之间，取不同热效应值下所对应的的主电机的电流值作为PID模块中PID算法的设定值，在破碎机运行过程中通过对控制变量大小的控制，实时监测实测值，计算实测值与PID算法的设定值之间的差，实测值与PID算法的设定值之间的差的绝对值为基于PID算法的破碎机系统控制的偏差，将偏差保持在小于等于5％*设定值的范围内，如果偏差大于5％*设定值则进入步骤5；
其中计算实测值与PID算法的设定值之间的差的方法如下：设定时间分段的时长，选取一段时长中实测值的最小值和最大值、设定值的最大值和最小值作为PID算法的采样频率，应用PID算法中的SP-PV算法，通过PID模块进行实时计算得到实测值与PID算法的设定值之间的差；
步骤5、通过手动调整PID模块中的Kp、Ki、Kd的相关数值，实时监测实测值，计算实测值与PID算法的设定值之间的差，以向减小偏差的方向调节。
本实施例中运用PID算法在自动条件下通过PID功能块中Kp、Ki、Kd参数的调整来测试进料装置传送的速度值的变化所引起的主电机的实时电流值变化范围，从主电机的铭牌上读取额定电流值，不同的额定电流对应的主电机的实时电流值的变化趋势存在差别，其中主电机的额定电流为580A时进料装置传送的速度值的变化所引起的主电机的实时电流值变化的曲线如图2所示，主电机的额定电流为280A时进料装置传送的速度值的变化所引起的主电机的实时电流值变化的曲线如图3所示，主电机的实时电流被控制在额定电流值上下波动。
作为本实施例的优选，所述进料装置采用的是进料链板机和双进料辊，进料装置传送的速度值指的是进料链板机的实际速度值和双进料辊的实际速度值的平均值。
其中本实施例中运用到的PID模块可以采用厂家为parker、型号为PCD00A-400放大器，或厂家为Denison、型号为Jupiter 900 Driver Card的放大器。
其中，所述Kp指的是比例调节系数，加快系统的响应速度，提高系统的调节精度；Ki指的是积分调节系数，消除残差；Kd指的是微分调节系数，改善系统的动态性能。
本实施例中叙述的基于PID算法的破碎机系统控制方法的原理简单，使用方便，适应性强，鲁棒性强，能够通过喂料的速度和破碎速率的配合提升破碎的效果，其控制品质对被控对象的变化不太敏感，非常适用于复杂工况条件下的工业生产现场；PID算法有一套完整的参数整定与设计方法，易于被工程技术人员掌握。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，基于PID算法的破碎机系统中应用AB PLC，基于PID算法的破碎机系统控制方法包括如下步骤：
采集破碎机主电机的电流值和热效应值，确定不同热效应值下所对应的主电机的电流值；
运用牵引值测试进料装置传送的速度值的输出范围；
采集破碎机的不同热效应值下的主电机的实时电流值、进料装置的伺服阀的电压输入值，将热效应值、主电机的电流值、牵引值、进料装置传送的速度值、主电机的实时电流值、以及进料装置的伺服阀的电压输入值建立成数学模型，进行归一化处理输入AB PLC自带的PID模块；
将主电机的实时电流值作为实测值，将进料装置的伺服阀的电压输入值作为控制变量，通过进料装置的伺服阀的电压输入值控制进料装置传送的速度值，进料装置传送的速度值始终保持在进料装置传送的速度值的输出范围内，取不同热效应值下所对应的主电机的电流值作为PID模块中PID算法的设定值，在破碎机运行过程中通过对控制变量大小的控制，实时监测实测值，计算实测值与PID算法的设定值之间的差，实测值与PID算法的设定值之间的差的绝对值为基于PID算法的破碎机系统控制的偏差；
偏差大于设定范围时，通过手动调整PID模块中的Kp、Ki、Kd的相关数值，实时监测实测值，计算实测值与PID算法的设定值之间的差，以向减小偏差的方向调节。
2.根据权利要求1所述的基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，所述主电机的电流值和热效应值通过Ethernet通讯协议在可编辑控制器中读取采集。
3.根据权利要求1所述的基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，所述牵引值指的是通过掰动破碎机中的操作室上的手柄操控进料装置传送时手柄被掰动的幅度。
4.根据权利要求1或3所述的基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，在牵引值为最小时，进料装置传送的速度值为最小值；当牵引值逐渐变大时，进料装置传送的速度值也逐渐变大；当牵引值达到最大值时，进料装置传送的速度值也达到最大。
5.根据权利要求1所述的基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，所述进料装置的伺服阀的电压输入值与进料装置传送的速度值呈线性正比例关系。
6.根据权利要求1所述的基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，所述实测值与PID算法的设定值之间的差的计算方法如下：设定时间分段的时长，选取一段时长中实测值的最小值和最大值、设定值的最大值和最小值作为PID算法的采样频率，应用PID算法中的SP-PV算法，通过PID模块进行实时计算得到实测值与PID算法的设定值之间的差。
7.根据权利要求1所述的基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，所述设定范围指的是小于等于5％*设定值的范围。
8.根据权利要求1所述的基于PID算法的破碎机系统控制方法，其特征在于，所述进料装置为进料链板机和双进料辊，进料装置传送的速度值指的是进料链板机的实际速度值和双进料辊的实际速度值的平均值。
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