CN111703841A - 一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及原料配比设备技术领域，尤其是一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，包括预给料皮带、计量皮带及控制模块，所述预给料皮带位于所述计量皮带的上方，所述预给料皮带通过第一电机驱动，所述计量皮带通过第二电机驱动；所述控制模块用于预给料皮带给定流量的控制，所述控制模块将给定流量的数据与若干流量区间进行比较，以判断给定流量所处于的流量区间，所述控制模块根据给定流量所属的流量区间，调节所述第二电机的转动速度，以使所述计量皮带按照与当前的流量区间对应的控制频率运行。本发明根据给定流量的流量值采用分段式控制计量皮带，减少了皮重偏差造成的计量误差。

Description

一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统

技术领域

本发明涉及原料配比设备技术领域，尤其是一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统。

背景技术

双层结构电子皮带计量称在冶炼行业的实时原料配比控制中，得到了广泛的应用。它的重要性也不言而喻，原料配比不对，直接影响中间物料的成分，可能影响到炉子的安全，在计量误差中，最严重的一个因数就是皮带秤的皮重偏差。由于皮带上会有物料的残留，即使皮带的刮料器也不可能把皮带粘附的物料完全刮干净，因此，皮重偏差难以避免。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，根据给定流量的流量值采用分段式控制计量皮带，有效减少了皮重偏差造成的计量误差。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，包括预给料皮带、计量皮带及控制模块，所述预给料皮带及所述计量皮带固定架设在固定架上，并使所述预给料皮带位于所述计量皮带的上方，所述预给料皮带通过第一电机驱动，所述计量皮带通过第二电机驱动；

所述控制模块用于所述预给料皮带给定流量的控制，所述控制模块将所述给定流量的数据与若干所述流量区间进行比较，以判断给定流量所处于的流量区间，所述控制模块根据给定流量所属的流量区间，调节所述第二电机的转动速度，以使所述计量皮带按照与当前的所述流量区间对应的控制频率运行。

进一步地，所述控制模块包括数据处理子模块及调节子模块，

所述数据处理子模块用于获取所述预给料皮带给定流量Q的数据；

所述数据处理子模块设置有第一流量区间、第二流量区间及第三流量区间，所述第一流量区间为0-Q₁，所述第二流量区间为Q₁-Q₂，所述第三流量区间为Q₂-Q₃；当0≤Q<Q₁，所述调节子模块通过调节所述第二电机的转速，以使所述计量皮带按照H₁的控制频率运行；当Q₁≤Q≤Q₂，所述调节子模块通过调节所述第二电机的转速，以使所述计量皮带按照H₂的控制频率运行；当Q₂<Q<Q₃，所述调节子模块通过调节所述第二电机的转速，以使所述计量皮带按照H₃的控制频率运行。

进一步地，所述流量区间中,Q₃≤Q_m，其中，Q_m为所述计量皮带的上限给料流量；所述计量皮带设定范围为0<H₁<H₂<H₃≤H_m，H_m为所述计量皮带的最大运行频率。

进一步地，所述流量区间中，Q₁及Q₂的取值范围表达式为：

Q₁<Q₃*(H₁/H_m)公式(1)

Q₂<Q₃*(H₂/H_m)。公式(2)

进一步地，通过所述数据处理子模块获取所述计量皮带给定流量的历史记录，根据给定流量的历史记录计算分析出所述计量皮带中出现频率最多的给料流量区间Q_i1-Q_a1及Q_i2-Q_a2，并将Q₁的值设定在Q_i1-Q_a1的范围外，将Q₂的值设定在Q_i2-Q_a2的范围外。

进一步地，所述控制模块还包括切换子模块，所述切换子模块用于所述第二电机调速方式的切换，以所述计量皮带能够根据所述调节子模块控制调速或进行全速运行。

本发明的有益效果是：

1.控制模块用于输入预给料皮带的给定流量，同时控制模块能够将预给料皮带的给定流量与若干流量区间进行匹对比较，以获得预给料皮带的给定流量所处的流量区间上，以使控制模块能够根据预给料皮带的给定流量调整第二电机的转速，以实现分段式控制计量皮带的运行频率，有效减少因皮重偏差而造成的计量误差。

2.在数据处理子模块的作用下，设置了第一流量区间、第二流量区间及第三流量区间，同时为了计量皮带的调节设置有与第一流量区间、第二流量区间及第三流量区间对应的三个控制频率，当给定流量处于某一流量区间时，调节子模块根据与该流量区间对应的调节第二电机的转速，以使计量皮带能够以合适的频率运行，减少计量误差。通过设置不同的流量区间及不同的控制频率，能够防止计量皮带实时调节而产生抖动的问题，保证了计量皮带在稳定运行的情况下，减少计量的误差。

3.在Q₁<Q₃*(H₁/H_m)及Q₂<Q₃*(H₂/H_m)的取值范围限定下，能够防止因为计量皮带速度过慢，而导致计量皮带物料堆积截面积过大，超出传感器或者皮带辊轴的承受重量上限，进而损坏设备的情况发生。由于Q_i1-Q_a2及Q_i1-Q_a2区间值为计量皮带中出现频率最多的给料流量区间，在实际工作中，给定流量是往往是在实时变化的，因此当Q₁及Q₂分别在Q_i1-Q_a2及Q_i1-Q_a2区间取值时，计量皮带会出现的频率不停地跳变，导致计量皮带产生抖动，通过将Q₁及Q₂规避Q_i1-Q_a2及Q_i1-Q_a2区间值范围外，有效防止计量皮带出现跳变抖动的情况发生。

附图说明

图1是本发明一较佳实施方式的双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统的结构示意图。

图2是本发明一较佳实施方式的双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统的控制框图。

图中，1-预给料皮带，11-第一电机，2-计量皮带，201-称重传感器，202-速度传感器，21-第二电机，3-固定架，4-控制模块，41-数据处理子模块，42-调节子模块，51-带体，511-传送部，512-称重部，52-传动筒，53-承力辊，54-称重辊，

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1至图2，本发明一较佳实施方式的双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，包括预给料皮带1、计量皮带2及控制模块。

预给料皮带1及计量皮带2固定架设在固定架3上，并使预给料皮带1位于计量皮带2的上方，预给料皮带1通过第一电机11驱动，计量皮带2通过第二电机21驱动，且计量皮带2设有用于测量物料重量的称重传感器201及设有用于测量皮带速度的速度传感器202。

本实施例中，计量皮带2包括带体51、传动筒52、承力辊53及称重辊54。

传动筒52设有两个，两传动筒52分别设置在带体51的两端并与带体51传动连接，两传动筒52分别与固定架3固定连接，某一传动筒52与第一电机11驱动传动连接，带体51的传输面包括传送部511及称重部512，传送部511设有两个并位于称重部512的两侧，传送部511通过承力辊53支撑，承力辊53两端分别与固定架3转动连接；称重辊54位于称重部512的中部并对称重部512进行支撑，且称重辊54的两端分别与固定架3转动连接。称重传感器201用于检测称重辊54的受力，且称重传感器201与固定架3固定连接，速度传感器202用于检测计量皮带2的速度，且速度传感器202与固定架3固定连接。

控制模块4用于预给料皮带1给定流量的控制，控制模块4将给定流量的数据与若干流量区间进行比较，以判断给定流量所处于的流量区间，控制模块4根据给定流量所属的流量区间，调节第二电机21的转动速度，以使计量皮带2按照与当前的流量区间对应的控制频率运行。控制模块4能够将预给料皮带1的给定流量与若干流量区间进行匹对比较，以获得预给料皮带1的给定流量所处的流量区间上，以使控制模块能够根据预给料皮带1的给定流量调整第二电机21的转速，以实现分段式控制计量皮带的运行频率，有效减少因皮重偏差而造成的计量误差。

控制模块4包括数据处理子模块41、调节子模块42及切换子模块43。

数据处理子模块41用于获取预给料皮带1给定流量Q的数据，本实施例的给定流量Q可通过DOS系统获得。

数据处理子模块41设置有第一流量区间、第二流量区间及第三流量区间，第一流量区间为0-Q₁，第二流量区间为Q₁-Q₂，第三流量区间为Q₂-Q₃。

当0≤Q<Q₁，调节子模块42通过调节第二电机21的转速，以使计量皮带2按照H₁的控制频率运行；当Q₁≤Q≤Q₂，调节子模块42通过调节第二电机21的转速，以使计量皮带2按照H₂的控制频率运行；当Q₂<Q<Q₃，调节子模块42通过调节第二电机21的转速，以使计量皮带2按照H₃的控制频率运行。

当不存在皮重偏差时，计量皮带2的实时送料流量为Q_0，其计算公式为：

Q₀＝(P₂-P₃)*V*3.6公式(3)

当存在皮重偏差时，，计量皮带2的实时送料流量为Q_0x，其计算公式为：

Q_0x＝(P₂-P₃-P₁)*V*3.6公式(4)

其中，Q₀为不存在皮重偏差时，计量皮带2的实时送料流量，单位为t/h；Q_0x为存在皮重偏差时，计量皮带2的实时送料流量，单位为t/h；P₁为皮重偏差值，单位为kg/m；P₂为称重传感器201检测到计量皮带2每米皮带的重量，单位为kg/m；P₃为计量皮带2的皮重，单位为kg/m；V为计量皮带2的传输速度，单位为m/s；a＝3.6，a通过单位换算获得。

计量偏差δ，其计算公式为：

δ＝100％*(Q_x0-Q₀)/Q₀公式(5)

根据公式(4)和公式(5)获得：

δ＝-100％*P₁/(P₂-P₃)公式(6)

因为生产是连续运行的，所以无法频繁地通过称重传感器201对计量皮带2进行去皮重称重的操作，所以皮重偏差P₁是不可避免的。由公式(6)可以看出(P₂-P₃)越大δ的绝对值就越小。而P₃是校称时设定的皮重，是不变的。也就是P₂越大计量皮带的计量误差就越小。增大P₂，就是增加压在计量皮带2单位长度上的物料量。由此可见，计量皮带2单位长度上的物料越重，皮重偏差导致的计量偏差越小。

目前双层计量皮带的控制方案为，是对预给料皮带1给定皮带流量后，计量皮带2按照固定的频率运行，预给料皮带1受称皮带秤控制，进行PID调节，通过调节预给料皮带1的频率来调节预给料皮带1的速度，进而做到调节皮带流量的目的。

但是在实际应用中，预给料皮带1的给定皮带流量往往是实时变化的，如果V的值随着着一起线性变化，那就会存在预给料皮带1的速度在调节，计量皮带2的速度也在调节。两条皮带都调节会使PID控制在不停振荡，反而会使双层结构电子皮带计量称失控，更谈不上精度了。

本实施例中，在数据处理子模块41的作用下，设置了第一流量区间、第二流量区间及第三流量区间，同时为了计量皮带2的调节设置有与第一流量区间、第二流量区间及第三流量区间对应的三个控制频率，当给定流量处于某一流量区间时，调节子模块42根据与该流量区间对应的调节第二电机21的转速，以使计量皮带2能够以合适的频率运行，减少计量误差。通过设置不同的流量区间及不同的控制频率，能够防止计量皮带2实时调节而产生抖动的问题，保证了计量皮带2在稳定运行的情况下，减少计量的误差。

本实施例中，流量区间中,Q₃≤Q_m，其中，Q_m为计量皮带2的上限给料流量。计量皮带2设定范围为0<H₁<H₂<H₃≤H_m，H_m为计量皮带2的最大运行频率。

将Q₂的值设定在Q_i2-Q_a2的范围外。

本实施例中，Q_m根据皮带的规格为80t/h，并使Q₃＝Q_m＝80t/h。

H₁＝15Hz，H₂＝30Hz，H₃＝50Hz。

计量皮带2的所设定给料流量中，Q₁及Q₂的取值范围表达式为：

Q₁<Q₃*(H₁/H_m)公式(1)

Q₂<Q₃*(H₂/H_m)。公式(2)

在Q₁<Q₃*(H₂/H_m)及Q₂<Q₃*(H₃/H_m)的取值范围限定下，能够防止因为计量皮带2速度过慢，而导致计量皮带2物料堆积截面积过大，超出传感器或者承力辊53及称重辊54的承受重量上限，进而损坏设备的情况发生。

通过数据处理子模块41获取计量皮带2给定流量的历史记录，根据给定流量的历史记录，可通过人工计算分析出计量皮带2中出现频率最多的给料流量区间Q_i1-Q_a1及Q_i2-Q_a2，并将Q₁的值设定在Q_i1-Q_a1的范围外，将Q₂的值设定在Q_i2-Q_a2的范围外。本实施例中的Q_i1-Q_a1流量区间为2-7.5t/h，Q_i2-Q_a2流量区间为10-39t/h。

由于Q_i1-Q_a2及Q_i1-Q_a2区间值为计量皮带2中出现频率最多的给料流量区间，在实际工作中，给定流量是往往是在实时变化的，因此当Q₁及Q₂分别在Q_i1-Q_a2及Q_i1-Q_a2区间取值时，计量皮带2会出现的频率不停地跳变，导致计量皮带2产生抖动，通过将Q₁及Q₂规避Q_i1-Q_a2及Q_i1-Q_a2区间值范围外，有效防止计量皮带2出现跳变抖动的情况发生。

本实施例中，根据公式(1)及出现频率最多的给料流量区间，Q₁<Q₃*(H₁/H_m)，Q₁<24t/h，本实施例Q₁取值8t/h。

根据公式(2)及出现频率最多的给料流量区间，Q₂<Q₃*(H₃/H_m)，Q₂<48t/h，本实施例Q₂取值40t/h。

由此可得，当给定流量0≤Q<8t/h，计量皮带2按照15Hz的运行。当给定流量8≤Q≤40t/h，计量皮带2按照30Hz的运行。当给定流量40<Q<80t/h，计量皮带2按照50Hz的运行。

切换子模块43用于第二电机21调速方式的切换，以计量皮带2能够根据调节子模块42控制调速或进行全速运行。本实施例通过DCS的控制画面添加自调按钮及全速按钮，自调按钮用于使计量皮带2根据调节子模块42控制调速。全速按钮用于控制计量皮带2的全速运行，通常应用在皮带的校称。

为了体现本实施例的有效性，设置对比例1、对比例2、实验例1及实验例2。

对比例1中，计量皮带2的皮重偏差为1kg/m，给定流量为10t/h，计量皮带2采用固定50Hz运行，根据计量皮带2的规格，计量皮带2最大运行频率对应的最大速度V_d1＝0.15m/s。

当不存在皮重偏差时，根据公式(3)，Q_0d1＝(P₂-P₃)_d1*0.15*3.6＝10，计算得，(P₂-P₃)_d1＝18.52kg/m。

当存在皮重偏差时，根据公式(4)，Q_0xd1＝(18.52-1)*V*3.6，计算得Q_0xd1＝9.461t/h；

根据公式(5)δ_d1＝100％*(9.461-10)/10，计算得，δ_d1＝-5.39％；

由此可见，对比例1中计量皮带2实际给料流量只有9.46t/h，偏差是-5.39％。

实验例1采用调速子模块41的控制方式，计量皮带2的皮重偏差为1kg/m，给定流量为10t/h，给定流量8≤Q_s1≤40t/h，位于第二流量区间，计量皮带2按照30Hz运行，30Hz运行的实际速度近似等于：0.15*30/50＝0.09m/s。

当不存在皮重偏差时，根据公式(3)，Q_0s1＝(P₂-P₃)_s1*0.09*3.6＝10，计算得(P₂-P₃)_s1＝30.86kg/m。

当存在皮重偏差时，根据公式(4)，Q_0xs1＝(30.86-1)*0.09*3.6，计算得Q_0xs1＝9.675t/h；

根据公式(5)δ_s1＝100％*(9.675-10)/10，计算得，δ_s1＝-3.25％；

由此可见，实验例1中计量皮带2的实际给料流量为9.675t/h，偏差是-3.25％。

结合对比例1和实验例1改变控制方式后，由于皮重偏差造成的计量误差由-5.39％减少到-3.25％。

对比例2中，计量皮带2的皮重偏差为1kg/m，给定流量为5t/h，计量皮带2采用固定50Hz运行，根据计量皮带2的规格，计量皮带2最大运行频率对应的最大速度V_d2＝0.15m/s。

当不存在皮重偏差时，根据公式(3)，Q_0d1＝(P₂-P₃)_d1*0.15*3.6＝5，计算得，(P₂-P₃)_d1＝9.26kg/m。

当存在皮重偏差时，根据公式(4)，Q_0xd2＝9.26-1)*0.15*3.6，计算得Q_0xd2＝4.46t/h；

根据公式(5)δ_d1＝100％*(4.46-5)/5，计算得，δ_d1＝-10.8％；

由此可见，对比例1中计量皮带2实际给料流量只有4.46t/h，偏差是-10.8％。

实验例2采用调速子模块41的控制方式，计量皮带2的皮重偏差为1kg/m，给定流量为5t/h，给定流量0≤Q_s2<8t/h，位于第一流量区间，计量皮带2按照15Hz运行，15Hz运行的实际速度近似等于：0.15*15/50＝0.045m/s。

当不存在皮重偏差时，根据公式(3)，Q_0s2＝(P₂-P₃)_s2*0.045*3.6＝5，计算得(P₂-P₃)_s2＝30.864kg/m。

当存在皮重偏差时，根据公式(4)，Q_0xs1＝(30.864-1)*0.045*3.6，计算得Q_0xs1＝4.838t/h；

根据公式(5)δ_s11＝100％*4.838-5)/5，计算得，δ_s1＝-3.24％；

由此可见，实验例1实际上送料实际给料流量为4.838t/h，偏差是-3.24％。

结合对比例1和实验例1改变控制方式后，由于皮重偏差造成的计量误差由-10.8％减少到-3.24％。

综上，对比例1、对比例2、实验例1及实验例2，在预给料皮带1的给定流量比较小时，改善效果尤为明显。

Claims (6)

1.一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，其特征在于，包括预给料皮带(1)、计量皮带(2)及控制模块，所述预给料皮带(1)及所述计量皮带(2)固定架设在固定架(3)上，并使所述预给料皮带(1)位于所述计量皮带(2)的上方，所述预给料皮带(1)通过第一电机(11)驱动，所述计量皮带(2)通过第二电机(21)驱动；

所述控制模块(4)用于所述预给料皮带(1)给定流量的控制，所述控制模块(4)将所述给定流量的数据与若干所述流量区间进行比较，以判断给定流量所处于的流量区间，所述控制模块(4)根据给定流量所属的流量区间，调节所述第二电机(21)的转动速度，以使所述计量皮带(2)按照与当前的所述流量区间对应的控制频率运行。

2.根据权利要求1所述的一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，其特征在于：所述控制模块(4)包括数据处理子模块(41)及调节子模块(42)，

所述数据处理子模块(41)用于获取所述预给料皮带(1)给定流量Q的数据；

所述数据处理子模块(41)设置有第一流量区间、第二流量区间及第三流量区间，所述第一流量区间为0-Q₁，所述第二流量区间为Q₁-Q₂，所述第三流量区间为Q₂-Q₃；当0≤Q<Q₁，所述调节子模块(42)通过调节所述第二电机(21)的转速，以使所述计量皮带(2)按照H₁的控制频率运行；当Q₁≤Q≤Q₂，所述调节子模块(42)通过调节所述第二电机(21)的转速，以使所述计量皮带(2)按照H₂的控制频率运行；当Q₂<Q<Q₃，所述调节子模块(42)通过调节所述第二电机(21)的转速，以使所述计量皮带(2)按照H₃的控制频率运行。

3.根据权利要求2所述的一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，其特征在于：所述流量区间中,Q₃≤Q_m，其中，Q_m为所述计量皮带(2)的上限给料流量；所述计量皮带(2)设定范围为0<H₁<H₂<H₃≤H_m，H_m为所述计量皮带(2)的最大运行频率。

4.根据权利要求3所述的一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，其特征在于：所述流量区间中，Q₁及Q₂的取值范围表达式为：

Q₁<Q₃*(H₁/H_m) 公式(1)

Q₂<Q₃*(H₂/H_m)。 公式(2) 。

5.根据权利要求4所述的一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，其特征在于：通过所述数据处理子模块(41)获取所述计量皮带(2)给定流量的历史记录，根据给定流量的历史记录计算分析出所述计量皮带(2)中出现频率最多的给料流量区间Q_i1-Q_a1及Q_i2-Q_a2，并将Q₁的值设定在Q_i1-Q_a1的范围外，将Q₂的值设定在Q_i2-Q_a2的范围外。

6.根据权利要求2所述的一种双层结构皮带中计量皮带分区域控制频率的控制系统，其特征在于：所述控制模块(4)还包括切换子模块(43)，所述切换子模块(43)用于所述第二电机(21)调速方式的切换，以所述计量皮带(2)能够根据所述调节子模块(42)控制调速或进行全速运行。

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