CN112407780B - 用于输送带纠偏的群控制方法及其检测纠正系统 - Google Patents

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CN112407780B CN202011321769.5A CN202011321769A CN112407780B CN 112407780 B CN112407780 B CN 112407780B CN 202011321769 A CN202011321769 A CN 202011321769A CN 112407780 B CN112407780 B CN 112407780B
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Abstract

本发明提供的用于输送带纠偏的群控制方法，具体步骤为：首先，根据输送带的长度和跑偏位置设置多组跑偏检测组件，在其上游距离H处设置对应的纠偏组件；当跑偏检测组件检测到该位置的跑偏位移S超过设定的跑偏位移S1时，控制组件发出指令控制相应的纠偏组件的执行器动作到预设位置，当纠偏组件中的角度传感器检测到当前纠偏组件中托辊组的旋转角度，纠偏组件将该信息反馈给控制组件并与设定值相比较，控制执行器进行相应的动作，完成纠偏组件的耦合闭环控制。本发明还提供了应用于前述输送带纠偏的群控制方法的检测纠正系统，通过群控制可以使输送带在单处或多处任意位置跑偏时快速自动纠偏，提高了在复杂工况下运输时对输送带的纠偏效果。

Description

用于输送带纠偏的群控制方法及其检测纠正系统
技术领域
本发明涉及带式输送机纠偏控制领域，特别涉及一种用于输送带纠偏的群控制方法及其检测纠正系统。
背景技术
近年来，随着大流量、长距离、高带速的带式输送机的广泛应用，极大地提升了散状物料的输送效率。在带式输送机运转过程中，输送带受各种偏心力作用，使其轴线离开输送机中心线而偏向一边，这种现象称作输送带的跑偏。目前，输送带跑偏是引起带式输送机突然停机、撒料、机架堵塞、输送带使用期限缩短等问题的主要原因之一，不但影响企业生产，同时会造成环境污染。
带式输送机跑偏一直以来都是港口、电厂、矿山等运输企业面临的一大难题，为了解决该问题，人们也在试图研究各种系统与方法。对于跑偏的调节即输送带纠偏主要分为主动纠偏和被动纠偏，被动纠偏主要通过采用机械式的纠偏机构，在公开号为CN202953498U的实用新型公开了一种悬挂式全自动上皮带调偏托辊架，调偏托辊架受输送带偏心力的作用，相对于悬挂架会旋转一定的角度；公开号为CN2900430的实用新型公开了一种全自动调心托辊组，依靠跑偏的胶带边缘带动左右防偏轮转动，此时防偏轮做向机架中心的运动，迫使胶带回中。这些装置都通过无动力源的被动调心作用，对输送带产生了回中作用力，但对于大流量重度跑偏的情况无法持续提供所需要的回中作用力，使得纠偏效果受到影响，应用场合受到限制。
对于主动式纠偏在公开号为CN 1597476A的发明专利公开了一种胶带机跑偏自动控制方法，应用于火力发电厂输煤设备及煤矿中。由安装在皮带两侧的跑偏传感器开关检测并发出跑偏信号，传送给微控制器；同时皮带运行状态传感器也将皮带的工作状态信号传送给微控制器，做出特定的控制算法，通过回程皮带调偏机调整使皮带不偏移。该方法在火力发电厂输煤设备中对于短距离，小流量，单一物料的胶带运输中能够现实自动调整皮带跑偏的功能，但对于港口运输中在长距离、大流量、多物料种类的情况下往往会受到多种偏心力的作用，这些情况下的跑偏采用控制单一机构将无法提供长距离输送带跑偏所需要的回中作用力，从而无法达到理想的纠偏效果。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于输送带纠偏的群控制方法及检测纠正系统，根据跑偏程度和跑偏位置，通过耦合群控制，可以使长距离输送带任意位置跑偏时实现准确地自动纠偏，提高复杂工况下输送带多点跑偏的纠偏效果，减少了物料的浪费以及环境的污染，提高了工作效率。
本发明提供的用于输送带纠偏的群控制方法，具体实施步骤如下：
S1、根据输送带的长度，在输送带两侧设置多组跑偏检测组件，并在离跑偏检测组件的上游距离为H处，设置对应的纠偏组件，从输送带的上游至下游依次将跑偏检测组件编号为1至Z，每个纠偏组件与对应跑偏检测组件的编号相同；
S2、跑偏检测组件检测对应位置的跑偏位移S，将检测结果传递给控制组件，控制组件控制纠偏组件进行相应的纠偏动作，并将纠偏组件中托辊组旋转角度传递到控制组件，具体包括以下子步骤：
S21、当跑偏检测组件检测到对应位置的跑偏位移S超过预设跑偏位移范围时，控制组件发出指令控制相应的纠偏组件的执行器动作到达预设位置；
S22、控制组件根据输出的控制函数M(n)控制纠偏组件中的执行器，使得纠偏组件进行相应的纠偏动作，其中，对于第1个纠偏组件的控制函数M(n)的具体表达式为：
当n＝1时，PVn-1＝PVn，此时MX＝Minitial，则
Figure BDA0002793156780000021
对于第n个纠偏组件的控制函数M(n)具体表达式为：
Figure BDA0002793156780000022
Figure BDA0002793156780000031
其中，Kc为比例常数；en为偏差；Minitial为初始偏置值；SPn为设定的参考零位值；PVn为现场检测的过程变量值；TS为采样时间；TI为积分时间；TD为微分时间；下标n为第n个纠偏组件；
每启动一个纠偏组件都要完成对应的独立的PID控制过程，直至所述纠偏组件达到最大调节范围，结束纠偏后要将所有已启动的纠偏组件恢复到初始状态，纠偏组件的相应的纠偏动作具体包括：
S221、当输送带只有第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且第N个跑偏检测组件检测到该位置的跑偏位移S1≤S≤S2时，首先利用第N个纠偏组件进行纠偏，如果通过第N个纠偏组件实现该位置的跑偏位移S<S1，则纠偏结束；如果当第N个纠偏组件的执行器达到最大行程仍无法满足该位置的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第(N-1)个纠偏组件，将第(N-1)个纠偏组件加入到第N个纠偏组件的控制群中，直至第(N-1)个纠偏组件的执行器输出至最大行程，其中，N≥1且为正整数；如果当第(N-1)个纠偏组件的执行器达到最大行程仍无法满足该位置的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第(N-2)个纠偏组件，将第(N-2)个纠偏组件加入到第N个纠偏组件的控制群中，直至第(N-2)个纠偏组件的执行器输出至最大行程，再依次启动上游的第(N-3)个、…、第2个和第1个纠偏组件，直至跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S222、当输送带只有第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且第N个跑偏检测组件检测到该位置的跑偏位移S2≤S≤S3时，纠偏组件按照从第N个以及位于上游的第(N-1)个、第(N-2)个、…、第2个和第1个的顺序，每隔30秒依次启动，直至第N个跑偏检测组件检测到跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S223、当输送带第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且跑偏位移S>S3时，将第N个以及位于上游的第(N-1)个、第(N-2)个、…、第2个和第1个纠偏组件同时启动，直至第N个跑偏检测组件检测到跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S224、当输送带第N个、第(N-k1)个、第(N-k2)个、……和第(N-ki)个跑偏检测组件同时检测到跑偏，1≤ki≤N，i≥1，ki和i都为正整数，且跑偏位移S都是S1≤S≤S3时，首先启动第N个、第(N-k1)个、第(N-k2)个、……、第(N-ki)个纠偏组件进行纠偏；如果纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态都持续30秒时，结束纠偏；如果只有一个纠偏组件未使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，根据跑偏位移S，当S1≤S≤S2时，进入步骤S221，当S2≤S≤S3时，进入步骤S222；如果有超过一个纠偏组件的执行器达到最大行程仍无法满足跑偏检测组件位置的跑偏位移S<S1时，从位于上游的纠偏组件按照第1个、第2个、…、第(N-1)个和第N个的顺序，每隔30秒依次启动，直至纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态都持续30秒时，结束纠偏。
优选的，所述跑偏位移范围，其包括轻度跑偏位移范围、中度跑偏位移范围和重度跑偏位移范围，所述轻度跑偏位移范围为[S1，S2]，所述中度跑偏位移范围[S2，S3]，所述重度跑偏位移范围[S3，∞]。
优选的，所述步骤S221至步骤S224中，所述纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态持续30秒的检测，都是在纠偏组件启动TIME秒后进行检测。
优选的，所述第n个纠偏组件的控制函数M(n)的具体推导过程为：
跑偏检测组件检测跑偏信号时，检测出输送带实际位置的过程量PVn与参考零位SPn之间产生一个偏差，即e＝SPn-PVn，为了消除产生的偏差e，纠偏组件中的执行器输出与偏差成正比的位移量，即输出控制函数为：
M(t)＝Kce (1)
纠偏组件的执行器在输送带回中线后，即使立即停止也会由于惯性产生超调现象，为消除输送带由于惯性产生振荡的现象，引入微分项
Figure BDA0002793156780000043
此时对纠偏组件输出控制函数为：
Figure BDA0002793156780000041
其中，Kc为比例常数；e为偏差；t为时间；
输送带在纠偏后平稳运行，由于检测纠正系统存在误差，引入积分项
Figure BDA0002793156780000042
此时对纠偏组件输出控制函数为：
Figure BDA0002793156780000051
其中，Kc为比例常数；e为偏差；t为时间；Minitial为初始偏置值；
微分项
Figure BDA0002793156780000052
值与偏差的变化速率成正比，即将要形成的波峰越高微分项值越大，利用微分项的趋势预测特点，可有效削减波峰使曲线拉伸平缓。
在偏差e＝0时，即达到预期纠偏效果，控制组件输出的控制函数停止积分运算，纠偏组件也停止运行。
根据公式(3)对于多个纠偏组件，对第n个纠偏组件控制函数进行离散化，过程如下：
Figure BDA0002793156780000053
另：
Figure BDA0002793156780000054
则：
Figure BDA0002793156780000055
其中，Kc为比例常数；KI为积分常数；KD为微分常数；en为偏差；t为时间；Minitial为初始偏置值；SPn为参考零位；PVn为现场检测的输送带实际位置的过程量；TS为采样时间；TI为积分时间；TD为微分时间；下标n为第n个纠偏组件。
本发明的另一方面，提供一种用于输送带纠偏的群控制的检测纠正系统，所述检测纠正系统包括运动组件、跑偏检测组件、纠偏组件、控制组件和人机交互组件，所述运动组件，其包括输送带、第一滚筒和第二滚筒，所述第一滚筒位于所述输送带的第一端，并和所述输送带的第一端连接，所述第二滚筒位于所述输送带的第二端，并和所述输送带的第二端连接，所述跑偏检测组件，其包括左跑偏检测组件和右跑偏检测组件，所述左跑偏检测组件和所述右跑偏检测组件对称分布在所述输送带的两侧，所述跑偏检测组件和所述纠偏组件成对存在，所述纠偏组件与所述左跑偏检测组件或者所述右跑偏检测组件位于同一侧，所述跑偏检测组件和所述纠偏组件沿着所述输送带的长度方向均匀分布，所述跑偏检测组件、所述纠偏组件、所述控制组件和所述人机交互组件通过现场总线进行数据通讯，所述人机交互组件通过无线传输进行数据通讯。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明提出了新的控制函数及其参数整定值，提高了群控制自动纠偏的效果。
2、本发明提出的方法可以使长距离输送带任意位置跑偏时实现快速自动纠偏，提高了复杂工况下输送带多点跑偏的纠偏效果，有效避免长距离，大运量带式输送机跑偏引发的生产延误、设备损坏以及环境污染。
3、本发明通过人机交互装置可以实时掌握带式输送机运行状态，进行实时控制。
附图说明
图1为本发明用于输送带纠偏的群控制方法及检测纠正系统的布置图；
图2为本发明用于输送带纠偏的群控制方法的流程图；
图3为本发明用于输送带纠偏的群控制方法中输送带是单个轻度跑偏状态时的控制流程图；
图4为本发明用于输送带纠偏的群控制方法中输送带是单个中度跑偏状态时的控制流程图；
图5为本发明用于输送带纠偏的群控制方法中输送带是多个跑偏状态时的控制流程图。
附图标记：
第一滚筒1，第二滚筒2，输送带3，跑偏检测组件4，纠偏组件5。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
用于输送带纠偏的群控制方法，如图2所示，具体实施步骤如下：
S1、根据输送带3的长度，如图1所示，在输送带3两侧设置多组跑偏检测组件4，并在离跑偏检测组件4的上游距离为H处，设置对应的纠偏组件5，从输送带3的上游至下游依次将跑偏检测组件4的编号为1至Z，每个纠偏组件5与对应跑偏检测组件4的编号相同。
S2、跑偏检测组件4检测对应位置的跑偏位移S，将检测结果传递给控制组件，控制组件控制纠偏组件5进行相应的纠偏动作，并将纠偏组件5中托辊组旋转角度传递到控制组件，具体包括以下子步骤：
S21、当跑偏检测组件4检测到对应位置的跑偏位移S超过预设跑偏位移范围时，控制组件发出指令控制相应的纠偏组件的执行器动作到达预设位置。
S22、控制组件根据输出的控制函数M(n)控制纠偏组件5中的执行器，使得纠偏组件5进行相应的纠偏动作。
跑偏检测组件4将检测到的输送带3跑偏位移S转换为角位移输入到控制组件，控制组件采用比例积分微分PID算法得到控制函数M(n)的输出量；纠偏组件5根据从控制组件接收的控制函数M(n)控制执行器，执行器使得纠偏组件5中的托辊组旋转一定角度来进行相应的纠偏动作，检测纠偏组件5中托辊组实际旋转角度反馈至控制组件，与控制函数M(n)相比较，达到指定位置时执行器停止动作。此处控制函数M(n)输出的是对纠偏组件5中托辊组旋转角度的期望值，通过执行器对托辊组进行旋转，使得纠偏组件5达到期望的纠偏效果。
利用现有的控制函数，并针对本输送带纠偏的控制特点，提出了新的控制函数M(n)，具体推导过程为：
跑偏检测组件4检测出跑偏位移S，PVn为现场检测的输送带实际位置的过程量，也就是跑偏位移S转换为角位移后的过程量，参考零位SPn是一个预设的目标角度值，当输送带没有跑偏时PVn＝SPn，当输送带跑偏时PVn和SPn之间产生一个偏差e，即e＝SPn-PVn，为了消除产生的偏差e，纠偏组件5中的执行器输出与偏差成正比的位移量，即控制函数为：
M(t)＝Kce (1)
纠偏组件5的执行器在输送带3回中线后，即使立即停止也会由于惯性产生超调现象，为消除输送带3由于惯性产生振荡的现象，引入微分项
Figure BDA0002793156780000071
此时对纠偏组件5输出的控制函数为：
Figure BDA0002793156780000081
其中，Kc为比例常数；e为偏差；t为时间。
输送带3在纠偏后平稳运行，由于检测纠正系统存在误差，引入积分项
Figure BDA0002793156780000082
此时对纠偏组件5输出的控制函数为：
Figure BDA0002793156780000083
其中，Kc为比例常数；e为偏差；t为时间；Minitial为初始偏置值。
微分项
Figure BDA0002793156780000084
值与偏差的变化速率成正比，即与轨迹的导数成正比，即将要形成的波峰越高微分项值越大，利用微分项的趋势预测特点，可有效削减波峰使曲线拉伸平缓。
在偏差e＝0时，即达到预期纠偏效果，对纠偏组件5输出的控制函数停止积分运算，根据公式(3)，对于多个纠偏组件5，对第n个纠偏组件5的控制函数进行离散化，过程如下：
Figure BDA0002793156780000085
另：
Figure BDA0002793156780000086
则：
Figure BDA0002793156780000087
其中，Kc为比例常数；KI为积分常数；KD为微分常数；en为偏差；t为时间；Minitial为初始偏置值；SPn为参考零位；PVn为现场检测的输送带实际位置的过程量；TS为采样时间；TI为积分时间；TD为微分时间；下标n为第n个纠偏组件，n≥2。
对于第1个纠偏组件，PVn-1＝PVn，此时MX＝Minitial，因此当n＝1时，对纠偏组件输出的控制函数M(n)的具体表达式为：
Figure BDA0002793156780000091
控制组件根据输送带3跑偏位移S判断输送带3的跑偏状态，通过采用群控制方法，控制单个或多个纠偏组件5的纠偏动作，每个纠偏组件5的纠偏动作都是根据控制函数M(n)进行的。输送带3根据跑偏位移范围，分为轻度跑偏状态、中度跑偏状态和中度跑偏状态，轻度跑偏状态的位移范围为[S1，S2]，中度跑偏状态的位移范围为[S2，S3]，重度跑偏状态的位移范围为[S3，∞]；根据输送带是单个还多个位置跑偏，分为单位置跑偏状态和多位置跑偏状态。根据两种不同分类状态进行组合，得到了不同情况下的处理方法，。
具体步骤包括：
S221、当输送带只有第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且第N个跑偏检测组件检测到该位置的跑偏位移S1≤S≤S2时，1≤N≤Z，此时输送带是单个轻度跑偏状态，如图3所示控制步骤为：
首先利用第N个纠偏组件进行纠偏，纠偏组件启动TIME秒后进行检测，如果通过第N个纠偏组件实现该位置的跑偏位移S<S1，则纠偏结束；或者
如果当第N个纠偏组件的执行器达到最大行程，纠偏组件启动TIME秒后进行检测仍无法满足该位置的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第(N-1)个纠偏组件，将第(N-1)个纠偏组件加入到第N个纠偏组件的控制群中，直至第(N-1)个纠偏组件的执行器输出至最大行程，其中，N≥1且为正整数；如果当第(N-1)个纠偏组件的执行器达到最大行程，纠偏组件启动TIME秒后仍无法满足该位置的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第(N-2)个纠偏组件，将第(N-2)个纠偏组件加入到第N个纠偏组件的控制群中，直至第(N-2)个纠偏组件的执行器输出至最大行程，再依次启动上游的第(N-3)个、…、第2个和第1个纠偏组件，直至跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S222、当输送带只有第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且第N个跑偏检测组件检测到该位置的跑偏位移S2≤S≤S3时，此时输送带是单个中度跑偏状态，如图4所示控制步骤为：
将纠偏组件按照第N个以及位于上游的第(N-1)个、第(N-2)个、…、第2个和第1个的顺序，每隔30秒依次启动，直至第N个跑偏检测组件检测到跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S223、当输送带第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且跑偏位移S>S3时，此时输送带是重度跑偏状态：将第N个以及位于上游的第(N-1)个、第(N-2)个、…、第2个和第1个纠偏组件同时启动，直至第N个跑偏检测组件检测到跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S224、当输送带第N个、第(N-k1)个、第(N-k2)个、……和第(N-ki)个跑偏检测组件同时检测到跑偏，1≤ki≤N，i≥1，ki和i都为正整数，且跑偏位移S都是S1≤S≤S3时，此时输送带是多跑偏状态，如图5所示控制步骤为：
首先启动第N个、第(N-k1)个、第(N-k2)个、……、第(N-ki)个纠偏组件进行纠偏；纠偏组件启动TIME秒后进行检测，如果纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态都持续30秒时，结束纠偏；，如果只有一个纠偏组件未使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，根据跑偏位移S，当S1≤S≤S2时，进入步骤S221，当S2≤S≤S3时，进入步骤S222；如果有超过一个纠偏组件的执行器达到最大行程仍无法满足跑偏检测组件位置的跑偏位移S<S1时，从位于上游的纠偏组件按照第1个、第2个、…、第(N-1)个和第N个的顺序，每隔30秒依次启动，直至纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态都持续30秒时，结束纠偏。
在上述步骤中，每启动一个纠偏组件都要完成对应的独立的控制过程，结束纠偏后要将所有已启动的纠偏组件恢复到初始状态。
步骤S221至步骤S224中，纠偏组件5使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态持续30秒的检测，都是在纠偏组件5启动TIME秒后进行检测，TIME的具体值本领域技术人员可根据实际进行设置，通常在30秒至90秒之间。
具体而言，用于输送带3纠偏的群控制的检测纠正系统，如图1所示，其包括运动组件、跑偏检测组件4、纠偏组件5、控制组件和人机交互组件。运动组件，其包括输送带3、第一滚筒1和第二滚筒2，第一滚筒1位于输送带3的第一端，并和输送带3的第一端连接，第二滚筒2位于输送带3的第二端，并和输送带3的第二端连接，跑偏检测组件4，其包括左跑偏检测组件和右跑偏检测组件，左跑偏检测组件和右跑偏检测组件对称分布在输送带3的两侧，跑偏检测组件4和纠偏组件5成对存在，纠偏组件5与左跑偏检测组件或者右跑偏检测组件位于同一侧，纠偏组件5中包括托辊组，通过调整托辊组角度对输送带进行纠偏。跑偏检测组件4和纠偏组件5沿着输送带3的长度方向均匀分布。跑偏检测组件4、纠偏组件5、控制组件和人机交互组件通过现场总线进行数据通讯，人机交互组件通过无线传输进行数据通讯，人机交互组件可以实现在线监测输送带3的跑偏位移，可以通过手动操作纠偏装置实现在线手动纠偏。检测纠正系统可应用于单条输送带3的纠偏，也可以应用于上下游之间的多条输送带3的同步纠偏。
以下结合实施例对本发明一种用于输送带纠偏的群控制方法，进行详细描述。
本实施例中输送带3的长度为3000米，沿着输送带运行方向设置十组跑偏检测组件4，并在离跑偏检测组件4的上游距离为50米H处，设置对应的纠偏组件5，从输送带3的上游至下游依次将跑偏检测组件4的编号为1至10。
当输送带运行过程中，第四、第九和第十跑偏检测组件检测到各自相应位置都发生跑偏，跑偏位移S1≤S≤S3；此时执行步骤S224，首先启动第四个、第九个和第十个纠偏组件进行纠偏；纠偏组件启动60秒后进行检测，发现第四个和第九个跑偏检测组件检测到的跑偏位移S<S1，并且持续30秒，但是第十个跑偏检测组件检测到的跑偏位移依然S≥S1，则第四个和第九个纠偏组件停止；判断第十个跑偏检测组件检测到的跑偏位移S1≤S≤S2，此时执行步骤S221；第十个纠偏组件的执行器达到最大行程，启动第十个纠偏组件60秒后进行检测仍无法满足该位置的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第九个纠偏组件，将第九个纠偏组件加入到第十个纠偏组件的控制群中，直至第九个纠偏组件的执行器输出至最大行程；如果当第九个纠偏组件的执行器达到最大行程，并且启动第九个纠偏组件60秒后，仍无法满足第十个跑偏检测组件检测到的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第八个纠偏组件，将第八个纠偏组件加入到第十个纠偏组件的控制群中，启动第八个纠偏组件60秒后，第十个跑偏检测组件检测到的跑偏位移S<S1，并持续30秒，结束纠偏，即第十个、第九个、第八个在运行的纠偏组件都停止纠偏。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于输送带纠偏的群控制方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
S1、根据输送带的长度，在输送带两侧设置多组跑偏检测组件，并在离跑偏检测组件的上游距离为H处，设置对应的纠偏组件，从输送带的上游至下游依次将跑偏检测组件编号为1至Z，每个纠偏组件与对应跑偏检测组件的编号相同；
S2、跑偏检测组件检测对应位置的跑偏位移S，将检测结果传递给控制组件，控制组件控制纠偏组件进行相应的纠偏动作，并将纠偏组件中托辊组旋转角度传递到控制组件，具体包括以下子步骤：
S21、当跑偏检测组件检测到对应位置的跑偏位移S超过预设跑偏位移范围时，控制组件发出指令控制相应的纠偏组件的执行器动作到达预设位置；
S22、控制组件根据输出的控制函数M(n)控制纠偏组件中的执行器，使得纠偏组件进行相应的纠偏动作，其中，对于第1个纠偏组件的控制函数M(n)的具体表达式为：
当n＝1时，PVn-1＝PVn，此时MX＝Minitial，则
Figure FDA0003430281160000011
对于第n个纠偏组件的控制函数M(n)具体表达式为：
Figure FDA0003430281160000012
Figure FDA0003430281160000013
其中，Kc为比例常数；en为偏差；Minitial为初始偏置值；SPn为设定的参考零位值；PVn为现场检测的过程变量值；TS为采样时间；TI为积分时间；TD为微分时间；下标n为第n个纠偏组件；
控制组件根据输送带跑偏位移判断输送带的跑偏状态，通过采用群控制方法，控制单个或多个纠偏组件的纠偏动作，每个纠偏组件的纠偏动作都是根据控制函数M(n)进行的；
每启动一个纠偏组件都要完成对应的独立的PID控制过程，直至所述纠偏组件达到最大调节范围，结束纠偏后要将所有已启动的纠偏组件恢复到初始状态，纠偏组件的相应的纠偏动作具体包括：
S221、当输送带只有第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且第N个跑偏检测组件检测到该位置的跑偏位移S1≤S≤S2时，首先利用第N个纠偏组件进行纠偏，如果通过第N个纠偏组件实现该位置的跑偏位移S<S1，则纠偏结束；如果当第N个纠偏组件的执行器达到最大行程仍无法满足该位置的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第(N-1)个纠偏组件，将第(N-1)个纠偏组件加入到第N个纠偏组件的控制群中，直至第(N-1)个纠偏组件的执行器输出至最大行程，其中，N≥1且为正整数；如果当第(N-1)个纠偏组件的执行器达到最大行程仍无法满足该位置的跑偏位移S<S1，则控制组件发出指令，启动上游的第(N-2)个纠偏组件，将第(N-2)个纠偏组件加入到第N个纠偏组件的控制群中，直至第(N-2)个纠偏组件的执行器输出至最大行程，再依次启动上游的第(N-3)个、…、第2个和第1个纠偏组件，直至跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S222、当输送带只有第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且第N个跑偏检测组件检测到该位置的跑偏位移S2≤S≤S3时，纠偏组件按照从第N个以及位于上游的第(N-1)个、第(N-2)个、…、第2个和第1个的顺序，每隔30秒依次启动，直至第N个跑偏检测组件检测到跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S223、当输送带第N个跑偏检测组件检测到跑偏，并且跑偏位移S>S3时，将第N个以及位于上游的第(N-1)个、第(N-2)个、…、第2个和第1个纠偏组件同时启动，直至第N个跑偏检测组件检测到跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，结束纠偏；或者
S224、当输送带第N个、第(N-k1)个、第(N-k2)个、……和第(N-ki)个跑偏检测组件同时检测到跑偏，1≤ki≤N，i≥1，ki和i都为正整数，且跑偏位移S都是S1≤S≤S3时，首先启动第N个、第(N-k1)个、第(N-k2)个、……、第(N-ki)个纠偏组件进行纠偏；如果纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态都持续30秒时，结束纠偏；如果只有一个纠偏组件未使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态持续30秒时，根据跑偏位移S，当S1≤S≤S2时，进入步骤S221，当S2≤S≤S3时，进入步骤S222；如果有超过一个纠偏组件的执行器达到最大行程仍无法满足跑偏检测组件位置的跑偏位移S<S1时，从位于上游的纠偏组件按照第1个、第2个、…、第(N-1)个和第N个的顺序，每隔30秒依次启动，直至纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态都持续30秒时，结束纠偏。
2.根据权利要求1所述的用于输送带纠偏的群控制方法，其特征在于，所述跑偏位移范围，其包括轻度跑偏位移范围、中度跑偏位移范围和重度跑偏位移范围，所述轻度跑偏位移范围为[S1，S2]，所述中度跑偏位移范围[S2，S3]，所述重度跑偏位移范围[S3，∞]。
3.根据权利要求1所述的用于输送带纠偏的群控制方法，其特征在于，
所述步骤S221至步骤S224中，所述纠偏组件使得相应位置的跑偏位移S<S1的状态持续30秒的检测，都是在纠偏组件启动TIME秒后进行检测。
4.根据权利要求1所述的用于输送带纠偏的群控制方法，其特征在于，所述第n个纠偏组件的控制函数M(n)的具体推导过程为：
跑偏检测组件检测跑偏信号时，检测出输送带实际位置的过程量PVn与参考零位SPn之间产生一个偏差，即e＝SPn-PVn，为了消除产生的偏差e，纠偏组件中的执行器输出与偏差成正比的位移量，即输出控制函数为：
M(t)＝Kce (1)
纠偏组件的执行器在输送带回中线后，即使立即停止也会由于惯性产生超调现象，为消除输送带由于惯性产生振荡的现象，引入微分项
Figure FDA0003430281160000031
此时对纠偏组件输出控制函数为：
Figure FDA0003430281160000032
其中，Kc为比例常数；e为偏差；t为时间；
输送带在纠偏后平稳运行，由于检测纠正系统存在误差，引入积分项
Figure FDA0003430281160000033
此时对纠偏组件输出控制函数为：
Figure FDA0003430281160000034
其中，Kc为比例常数；e为偏差；t为时间；Minitial为初始偏置值；
微分项
Figure FDA0003430281160000035
值与偏差的变化速率成正比，即将要形成的波峰越高微分项值越大，利用微分项的趋势预测特点，可有效削减波峰使曲线拉伸平缓；
在偏差e＝0时，即达到预期纠偏效果，控制组件输出的控制函数停止积分运算，纠偏组件也停止运行；根据公式(3)对于多个纠偏组件，对第n个纠偏组件控制函数进行离散化，过程如下：
Figure FDA0003430281160000041
另：
Figure FDA0003430281160000042
则：
Figure FDA0003430281160000043
其中，Kc为比例常数；KI为积分常数；KD为微分常数；en为偏差；t为时间；Minitial为初始偏置值；SPn为参考零位；PVn为现场检测的输送带实际位置的过程量；TS为采样时间；TI为积分时间；TD为微分时间；下标n为第n个纠偏组件。
5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的用于输送带纠偏的群控制的检测纠正系统，其特征在于，所述检测纠正系统包括运动组件、跑偏检测组件、纠偏组件、控制组件和人机交互组件，所述运动组件，其包括输送带、第一滚筒和第二滚筒，所述第一滚筒位于所述输送带的第一端，并和所述输送带的第一端连接，所述第二滚筒位于所述输送带的第二端，并和所述输送带的第二端连接，所述跑偏检测组件，其包括左跑偏检测组件和右跑偏检测组件，所述左跑偏检测组件和所述右跑偏检测组件对称分布在所述输送带的两侧，所述跑偏检测组件和所述纠偏组件成对存在，所述纠偏组件与所述左跑偏检测组件或者所述右跑偏检测组件位于同一侧；纠偏组件中包括托辊组，通过调整托辊组角度对输送带进行纠偏；所述跑偏检测组件和所述纠偏组件沿着所述输送带的长度方向均匀分布，所述跑偏检测组件、所述纠偏组件、所述控制组件和所述人机交互组件通过现场总线进行数据通讯，所述人机交互组件通过无线传输进行数据通讯。
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