【正文】 超調(diào)量也較大時(shí)，需要結(jié)合模糊控制的原理創(chuàng)建系統(tǒng)的模糊控制結(jié)構(gòu)及模型。他是一類應(yīng)用模糊集合理論的控制方法。實(shí)際當(dāng)中一般采用簡(jiǎn)易工程整定法，但是需要將得到的參數(shù)值預(yù)先內(nèi)置入控制器中，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生變化時(shí)無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，具有一定的局限性。就第i號(hào)給料倉(cāng)而言，有2個(gè)閉環(huán)和1個(gè)前饋，外環(huán)根據(jù)當(dāng)前的累積值和希望產(chǎn)量之差△P以及前饋環(huán)節(jié)的給料機(jī)當(dāng)前流量來(lái)修正內(nèi)環(huán)的給定值。在本設(shè)計(jì)中當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，料斗中的物料通過(guò)給料設(shè)備下放到配料皮帶上，物料經(jīng)過(guò)稱量段時(shí)，由稱重傳感器和測(cè)速傳感器將物料的重量與皮帶的速度值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)接線盒進(jìn)行匯總后送入稱重儀表，稱重儀表對(duì)采集到的重量和速度信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，最終轉(zhuǎn)化為物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)量。而且，系統(tǒng)也會(huì)隨外界環(huán)境的變化而不斷變化，這樣參數(shù)必須進(jìn)行重新調(diào)整，所以達(dá)不到最優(yōu)控制。采用PID控制器來(lái)調(diào)節(jié)物料的瞬時(shí)流量往往需要在儀表中預(yù)置PID控制調(diào)節(jié)的3個(gè)參數(shù)KP，kI，kD，只有當(dāng)這3個(gè)參數(shù)選取適當(dāng)，PID控制的比例積分微分環(huán)節(jié)才能配合良好，使調(diào)節(jié)過(guò)程快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確。在傳統(tǒng)的皮帶秤配料系統(tǒng)中，通常是通過(guò)控制儀表將設(shè)定的給定流量與實(shí)際的瞬時(shí)流量進(jìn)行減法運(yùn)算，得到偏差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)或者是其它形式的控制模型的運(yùn)算，然后配料皮帶秤儀表根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制給料設(shè)備的給料量，從而維持瞬時(shí)流量的不變。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜應(yīng)盡量選擇屏蔽線或雙絞線，配線應(yīng)時(shí)注意動(dòng)力與控制、強(qiáng)電與弱電分別拉開間距。因此，在本次設(shè)計(jì)中結(jié)合常用的經(jīng)驗(yàn)，采取了以下多種措施來(lái)盡量減小這些干擾。變頻器在使用時(shí)還需注意以下幾點(diǎn)：(l)為了延長(zhǎng)變頻器的使用壽命，需要將數(shù)字開關(guān)信號(hào)接入控制輸入端口。所以，變頻器工作于恒定轉(zhuǎn)矩狀態(tài)可以避免發(fā)生電機(jī)過(guò)電流或者過(guò)熱。(a)恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速由式 ()、()可知，當(dāng)某一異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，若磁通φ增加，則勵(lì)磁電流會(huì)突增，會(huì)使得繞組過(guò)熱從而引發(fā)一些不良后果；若磁通φ減少，則輸出轉(zhuǎn)矩減小。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，磁通有如下關(guān)系式：式 ()中，U1定子相電壓的有效值N1定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)，F(xiàn)1定子頻率KN1定子每相繞組的繞組系數(shù)Φ氣隙磁通在變頻調(diào)速時(shí)，為了得到所需的電磁轉(zhuǎn)矩，使它的鐵磁材料得到充分利用，則應(yīng)盡可能地使氣隙磁通恒定為額定磁通。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式見式 ()式()中，n電機(jī)轉(zhuǎn)速；n1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速；S轉(zhuǎn)差率；f定子電源頻率；PN極對(duì)數(shù)。在皮帶秤配料系統(tǒng)中，通過(guò)變頻器給電動(dòng)機(jī)提供可變電源來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，改變給料設(shè)備的給料速度，這是最簡(jiǎn)單方便、采用最多的調(diào)速控制方案，本設(shè)計(jì)中電源的電壓與頻率之比是按一定規(guī)律變化的。為保證信號(hào)傳輸穩(wěn)定。因?yàn)榉Q重傳感器一般都采用四線式連結(jié)方法，在制造和測(cè)試時(shí)將電纜線的電阻與傳感器內(nèi)部的應(yīng)變計(jì)電阻和各種補(bǔ)償電阻一起進(jìn)行考慮，所以要改變電纜長(zhǎng)度時(shí)，導(dǎo)線電阻就會(huì)增加，電源就會(huì)不穩(wěn)定，最終給稱重帶來(lái)誤差。S型稱重傳感器應(yīng)變輸出大、線性好。(b)組合梁式：量程為0～2t，靈敏度為3mV/V，～%，常用于電子計(jì)價(jià)秤，小量程平臺(tái)秤，電子皮帶秤等。則稱重傳感器最大凈輸出信號(hào)為，每個(gè)檢定分度值輸出信號(hào)為，因?yàn)楹馄鞯拿總€(gè)檢定分度值輸出信號(hào)大于稱重儀表最高輸入靈敏度，所以該衡器相關(guān)部件的靈敏度選擇合適。單位為毫伏/伏(mV/V)。總之，綜合考慮在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遇到震動(dòng)、過(guò)載或者是物料物理特性等等諸多因素的影響。稱重傳感器的受力有物料的作用力，有傳感器自身的重量還有稱量范圍內(nèi)的皮帶重量。只要皮帶運(yùn)行平穩(wěn)，張力均勻，就可以使用內(nèi)脈沖來(lái)代替實(shí)際測(cè)速信號(hào)。%時(shí)，則可以考慮不用測(cè)速傳感器。%或配料秤稱重精度要求高于177。對(duì)本身不調(diào)速的皮帶秤來(lái)說(shuō)，皮帶速度的變化量主要取決于供電電源頻率。反射光再經(jīng)透鏡形成平行光，并透過(guò)膜片后，由透鏡向光電元件聚焦。圓盤上均勻地開有狹縫或孔，在圓盤兩側(cè)裝有光源及光電接收元件。但用于高轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)，因磁路磁滯影響，使線圈中感應(yīng)電壓太小而不易測(cè)量。另外，采用脈沖頻率法測(cè)量轉(zhuǎn)速，可以用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行標(biāo)定。若轉(zhuǎn)子及定子面齒數(shù)為z，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n(r/min)。轉(zhuǎn)軸外套有環(huán)形磁鋼和環(huán)形線圈，并由壓塊壓緊。目前主要有磁阻脈沖式、光電脈沖式兩類。所以對(duì)于傳感器的選擇就要慎重一些。通過(guò)前邊皮帶秤工作原理的介紹，可見在電子配料過(guò)程中，重要參數(shù)瞬時(shí)流量和累積流量是與皮帶上的物料負(fù)荷q以及皮帶速度v有關(guān)的。就第i號(hào)給料倉(cāng)而言，有2個(gè)閉環(huán)和一個(gè)前饋，外環(huán)根據(jù)當(dāng)前的累積值和希望產(chǎn)量之差△P以及前饋環(huán)節(jié)的給料機(jī)當(dāng)前流量來(lái)修正內(nèi)環(huán)的給定值。當(dāng)達(dá)到設(shè)定累積產(chǎn)量時(shí)，按一定順序停止各給料設(shè)備。工控機(jī)另外留有一個(gè)RS485雙向通訊接口，以備用。5)低壓開關(guān)柜低壓開關(guān)柜內(nèi)配置有開關(guān)、電壓表、電流表、斷路器、隔離變壓器等器件，為系統(tǒng)各部分和配煤系統(tǒng)動(dòng)力部分提供電源，同時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電源部分的線電流和相間電壓。指示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。稱重儀表通過(guò)RS485通訊接口與工控機(jī)進(jìn)行通訊。l)配料電子皮帶秤配料電子皮帶秤具有運(yùn)輸和計(jì)量?jī)煞N功能，對(duì)經(jīng)過(guò)皮帶的物料進(jìn)行自動(dòng)地連續(xù)地稱量和累積?？傊趯?shí)際當(dāng)中采用哪種配料方式，要視具體情況確定，要根據(jù)控制準(zhǔn)確度、系統(tǒng)可靠性、投資大小等方面的因素綜合考慮。兩臺(tái)變頻器調(diào)速多用了一臺(tái)變頻器，投資雖然增加了一點(diǎn)，但調(diào)整更加靈活，適應(yīng)物料量設(shè)定的變化范圍更大，目前絕大多數(shù)應(yīng)用都采用兩臺(tái)變頻器分別帶動(dòng)給料機(jī)與皮帶機(jī)電機(jī)的調(diào)速方式。給料機(jī)調(diào)速是為了改變物料給料量，皮帶機(jī)調(diào)速是為了使皮帶上的物料負(fù)荷始終保持穩(wěn)定。2)計(jì)量準(zhǔn)確度高，可靠性好，應(yīng)用范圍較廣。恒速式配料指的是給料機(jī)調(diào)速、皮帶機(jī)恒速方式的配料皮帶科。拖料式配料方式優(yōu)點(diǎn)：1)無(wú)專有給料機(jī)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資?。?)節(jié)省電能消耗；3)皮帶上的物料負(fù)荷不隨物料量的多少而變，對(duì)物料稱量精確度和控制精確度的提高有好處。配料皮帶秤是裝有皮帶秤整個(gè)稱量裝置的皮帶輸送機(jī)，其中給料設(shè)備是調(diào)節(jié)物料多少的，按照給料設(shè)備調(diào)速方式的不同，配料皮帶秤有以下幾種工作方式：拖料式配料的皮帶秤指的是無(wú)專用的給料機(jī)，僅用皮帶機(jī)調(diào)速方式的配料皮帶秤。電子皮帶秤輸送物料時(shí)，物料的瞬時(shí)流量為：qxv(kg/s)，其中q(kg/m)為皮帶上單位長(zhǎng)度的載重，v(m/s)為同一時(shí)刻皮帶運(yùn)行的速度。所以皮帶秤的主要特點(diǎn)是連續(xù)、自動(dòng)地稱重。與此同時(shí)稱重儀表輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)到調(diào)速電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)給料速度，使物料流量保持穩(wěn)定，最終可以使系統(tǒng)的配比更為準(zhǔn)確。另外，對(duì)給料設(shè)備的基本要求是：l)應(yīng)能保證一定的給料量，便于隨時(shí)調(diào)節(jié)其給料量；2)給料量的準(zhǔn)確度應(yīng)能滿足生產(chǎn)工藝的要求；3)應(yīng)滿足生產(chǎn)過(guò)程中其它工藝要求，如自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)控制等；4)給料設(shè)備應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠、便于維護(hù)。給料設(shè)備也是形式多樣，有電磁振動(dòng)給料式、圓盤給料式、密封葉輪給料式、螺旋給料式等，對(duì)于粘性和含有少量水分的粒狀物料可以選擇電磁振動(dòng)給料式或者圓盤給料式。為了防止料斗內(nèi)聚集和沉附物料，前后壁多做成圓弧連接，略帶斜角。：A稱重傳感器；B測(cè)速傳感器；C稱重托輥；D接線盒；E稱重儀表。皮帶秤配料系統(tǒng)工作原理及總體設(shè)計(jì)方案皮帶秤配料系統(tǒng)中配料皮帶秤作為在線測(cè)量的動(dòng)態(tài)稱量衡器，有著重要的作用，目前已廣泛用于冶金、煤炭、煙草、化工、建材等行業(yè)中，是集輸送、稱量、配料于一體的設(shè)備。使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了白動(dòng)化，節(jié)省了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率。為了保證整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性，選用研華工控機(jī)作為上位機(jī)，內(nèi)裝四端口串行擴(kuò)展卡。根據(jù)模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)出與傳統(tǒng)PID相結(jié)合的模糊PID控制器。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是結(jié)合皮帶秤的現(xiàn)狀及實(shí)際工藝中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題給出自己的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)抗干擾能力的提高。通常只是工作人員根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)人工給出粗略的PID參數(shù)。安裝時(shí)要盡量避免周圍輸送設(shè)備的振動(dòng)。保證物料不結(jié)塊、結(jié)球，粒度保持一致，水分適中，流動(dòng)性好。所以理想中可以做到無(wú)誤差。反之，容量系數(shù)小，被調(diào)量變化快，慣性??；調(diào)節(jié)對(duì)象的阻力或大或小，例如，物料在下料時(shí)會(huì)遇到倉(cāng)壁或閥門等給它的阻力，所以阻力也是調(diào)節(jié)對(duì)象的一種結(jié)構(gòu)性質(zhì)；物料在運(yùn)送過(guò)程中有一定的傳送距離，從而有一定的傳遞時(shí)間，這也是控制的難點(diǎn)。對(duì)于現(xiàn)有皮帶秤要想使系統(tǒng)穩(wěn)定，受到干擾時(shí)有好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，而且要求穩(wěn)、準(zhǔn)、快。而一些大型廠家的皮帶秤配料系統(tǒng)則是基于PID調(diào)節(jié)器和WINDOWS平臺(tái)的。電機(jī)的調(diào)速方式有多種，在第二章中分析了電機(jī)的調(diào)速方式。這是一種使用最為廣泛的皮帶秤配料系統(tǒng)，也是最簡(jiǎn)單最基本的結(jié)構(gòu)形式。本課題設(shè)計(jì)的電子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)能有效解決動(dòng)態(tài)計(jì)量衡器的控制精度問(wèn)題。(3)由于傳送皮帶速度大多在1～2m/s左右，故皮帶秤必須具有較高的響應(yīng)速度?？梢娕淞暇扰c配料速度影響著整個(gè)生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量，所以要對(duì)配料過(guò)程的質(zhì)量和有足夠的重視。在很大程度上降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，最終提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。第五章應(yīng)用MATLAB仿真軟件中的Simulink圖形化工具平臺(tái)對(duì)配料秤儀表采用的模糊PID控制進(jìn)行了仿真。通過(guò)系統(tǒng)分析結(jié)合配料系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作情況，由模糊控制技術(shù)的理論，給出模糊控制結(jié)構(gòu)框圖。本課題主要內(nèi)容包括皮帶秤的原理與組成，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，模糊控制算法結(jié)合本系統(tǒng)的分析以及采用MATILAB進(jìn)行模糊PID控制仿真。摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子皮帶秤配料系統(tǒng)已在煤炭、化工、煙草、冶金、建材等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。同時(shí)用PLC控制和組態(tài)軟件對(duì)皮帶秤配料系統(tǒng)中配料這一環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，可以調(diào)節(jié)誤差較大時(shí)，超調(diào)量也較大的問(wèn)題。從而提高系統(tǒng)的統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和基本組成；配料皮帶秤的工作原理及總體控制方案；稱重傳感器和測(cè)速傳感器的選擇；電機(jī)調(diào)速方式的選擇等；然后，在第三章中闡述模糊PID的設(shè)計(jì)。 論文中用兩章的篇幅分別介紹了PLC控制和MATLAB仿真，第四章講述系統(tǒng)電氣部分的組成以及PLC控制使輸煤現(xiàn)場(chǎng)的配料系統(tǒng)按要求自動(dòng)完成下料、稱重、配比全過(guò)程。大大提高了系統(tǒng)的計(jì)量精度和配料速度。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是皮帶秤配料系統(tǒng)中配料這一環(huán)節(jié)，因?yàn)榕淞系馁|(zhì)量如果達(dá)不到要求，一是會(huì)浪費(fèi)原材料，二是影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行，重則影響和生產(chǎn)效率，在某些重要生產(chǎn)崗位上，配料失誤甚至?xí)劤墒鹿?。?dāng)物料多少不等、皮帶輕重不均勻和上下跳動(dòng)以及皮帶速度發(fā)生變化時(shí)，皮帶秤應(yīng)有較好的適應(yīng)能力。鑒于此狀況，需要設(shè)計(jì)技術(shù)更為先進(jìn)，更合理有效的設(shè)計(jì)方案。 ，本結(jié)構(gòu)圖中有4個(gè)稱重單元，每個(gè)單元有料倉(cāng)、給料電機(jī)、皮帶秤組成。系統(tǒng)共設(shè)有4個(gè)給料倉(cāng)，每個(gè)給料倉(cāng)通過(guò)各自的給料電機(jī)來(lái)控制給料速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)給料量。目前各行業(yè)中使用的電子皮帶秤的生產(chǎn)廠家也比較多，一些廠家采用的是用基于單片機(jī)的PID調(diào)節(jié)，這樣的配料系統(tǒng)控制精度不高，可靠性也不高。具體控制過(guò)程如下圖。容量系數(shù)大，對(duì)象抵抗擾動(dòng)的能力強(qiáng)，被調(diào)量在受擾動(dòng)后變化慢，呈現(xiàn)較大慣性。當(dāng)然在這些條件中系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是最基本的，只有在這個(gè)前提下，才能去設(shè)置合理的PID控制參數(shù)，傳統(tǒng)的PID控制對(duì)參數(shù)固定的系統(tǒng)有好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，因?yàn)樗膮?shù)整定是按照階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程去整定的。比如物料在氣溫低或者濕度大時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊的情況，從而影響給料設(shè)備的給料，應(yīng)該采取一些保護(hù)措施。第二是設(shè)備機(jī)械震動(dòng)和設(shè)備安裝的影響，皮帶傳輸物料時(shí)機(jī)械振動(dòng)會(huì)造成瞬時(shí)流量不穩(wěn)定，要盡量避免機(jī)械振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響。綜合以上的影響，物料瞬時(shí)流量的測(cè)量誤差會(huì)較大，再加上系統(tǒng)工作時(shí)工藝現(xiàn)場(chǎng)受其它外界的干擾，比如儀表附近的大功率變頻器、電磁波的干擾、電機(jī)的頻繁啟停等現(xiàn)場(chǎng)情況，都使系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確度和配料精度降低。傳感器的選擇。本設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題是物料在皮帶傳送過(guò)程中的控制精度問(wèn)題，基于考慮上節(jié)提到的配料系統(tǒng)現(xiàn)存的難點(diǎn)及影響系統(tǒng)控制的諸多因素，本設(shè)一計(jì)主要在配料環(huán)節(jié)中采用模糊PID控制，即綜合模糊控制技術(shù)和傳統(tǒng)PID控制。通過(guò)系統(tǒng)分析結(jié)合配料系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作情況，由模糊控制技術(shù)的理論，給出模糊控制結(jié)構(gòu)框圖。解決了原配料系統(tǒng)有較大的誤差，動(dòng)態(tài)特性不理想，超調(diào)量較大時(shí)的控制精度及配料速度問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)的計(jì)量精度和配料速度。程序由生產(chǎn)監(jiān)控、系統(tǒng)設(shè)置、物料設(shè)置、客戶管理、任務(wù)管理和配方管理及各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表等模塊組成，具有界面友好、操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。第五章用MATLAB軟件對(duì)模糊PID控制進(jìn)行仿真。，由三大部分組成，分別是料斗、給料設(shè)備和皮帶秤。輸送磨損性強(qiáng)的物料時(shí)料斗的邊緣常用折邊，卷入鋼絲和附加襯板加強(qiáng)，以防止快速磨損。在調(diào)速配料方式中由配料皮帶秤本身代替，而在恒速配料和雙調(diào)速配料方式中給料設(shè)備是一個(gè)獨(dú)立設(shè)備。在本設(shè)計(jì)中，針對(duì)物料的物理特性選擇的是電磁振動(dòng)給料式給料設(shè)備。各部分的工作情