【正文】 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。這些量的計(jì)算可采用積分法和累加法兩種方法進(jìn)行計(jì)算。所以皮帶秤的主要特點(diǎn)是連續(xù)、自動(dòng)地稱重。皮帶秤是在皮帶運(yùn)行中進(jìn)行測(cè)量，所以測(cè)量的穩(wěn)定性很重要。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。配料皮帶秤電氣部分由稱重傳感器、測(cè)速傳感器、稱重儀表和調(diào)速電機(jī)等部分組成。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)。實(shí)際當(dāng)中要根據(jù)物料的特性進(jìn)行選擇，而且設(shè)備要可以接收上一級(jí)的4～20mA(或1～5V)模擬信號(hào)。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。給料設(shè)備皮帶秤配料系統(tǒng)是通過給料設(shè)備把物料送入下一級(jí)的，給料速度決定了物料流量，給料速度又是通過調(diào)速電機(jī)去控制的。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。料斗一般用普通薄鋼板或鍍鋅薄板沖壓或焊接而成。：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。這樣就構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。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。第四章是控制系統(tǒng)電氣部分的具體實(shí)現(xiàn)。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。上位機(jī)軟件在Windows環(huán)境下，采用匯編語言編寫，實(shí)現(xiàn)全漢化用戶界面。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。最后通過仿真看出，引入模糊控制后，在系統(tǒng)受到干擾出現(xiàn)偏差時(shí)調(diào)節(jié)效果很好。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。從而提高系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。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)問題給出自己的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)調(diào)試等問題。系統(tǒng)抗干擾能力的提高。還需解決的問題有:電機(jī)調(diào)速方式的選擇。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)。另外還有料倉(cāng)形狀的影響，料倉(cāng)的形狀有多種，要選擇適合物料下放的形狀及內(nèi)壁材料，防止“懸料”現(xiàn)象的發(fā)生。安裝時(shí)要盡量避免周圍輸送設(shè)備的振動(dòng)。濕度的影響一般在皮帶受潮最初的巧分鐘之內(nèi)能及時(shí)的調(diào)整零點(diǎn)，可以消除，當(dāng)濕度變化劇烈時(shí)，此影響要引起重視。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。首先是物料物理特性的影響，物料的粒度、濕度、溫度會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩氐淖兓兓@樣給料設(shè)備無法正常工作供料。所以理想中可以做到無誤差。只有這些條件都滿足，而且他們之間相互配合，才可以獲得令人滿意的控制效果，調(diào)節(jié)器才可以穩(wěn)定快速的運(yùn)行。反之，容量系數(shù)小，被調(diào)量變化快，慣性小；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)。第二，皮帶秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定，由實(shí)踐總結(jié)出一些共同的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性有影響的性質(zhì)有：容量系數(shù)、阻力、傳遞距離。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。如果需要改變流量或者配比時(shí)就可以直接在調(diào)節(jié)器上操作，操作起來簡(jiǎn)單方便快捷。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。每個(gè)料倉(cāng)的下料最后到達(dá)主皮帶，混合后再送入下一級(jí)。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。本設(shè)計(jì)研究的是4種原料的混合。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。從更深的角度去說，是為企業(yè)創(chuàng)收，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。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題。所以僅僅是傳統(tǒng)的PID控制是不能實(shí)現(xiàn)良好的調(diào)節(jié)效果的。(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。(2)皮帶秤是在皮帶運(yùn)行中進(jìn)行測(cè)量，所以測(cè)量的穩(wěn)定性很重要?？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)配料過程的質(zhì)量和有足夠的重視。原料在輸送中進(jìn)行動(dòng)態(tài)連續(xù)稱量的同時(shí)還要在輸送中對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制，以達(dá)到準(zhǔn)確的配比。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。通過該系統(tǒng)的研究，有效地解決了電子皮帶秤的控制精度及配料速度問題。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。解決了皮帶秤配料系統(tǒng)的控制及誤差調(diào)節(jié)問題，從而提高配料系統(tǒng)的配料速度及精度。通過系統(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。在保證系統(tǒng)稱量精度及控制精度的前提下，選擇合理的軟硬件配置。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。所以，本課題設(shè)計(jì)了一套更為合理高效的電子皮帶秤配料系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)皮帶秤配料系統(tǒng)中配料這一環(huán)節(jié)，采用模糊PID和傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合的方法。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。目前大多數(shù)皮帶秤配料系統(tǒng)仍然是采用傳統(tǒng)的PID控制算法，靈敏度較高，可以說在理論上調(diào)節(jié)是能做到無誤差的，或者說在誤差較小的范圍內(nèi)的確很有優(yōu)勢(shì)，但是出現(xiàn)較大誤差時(shí)，其動(dòng)態(tài)特性并不是很理想，超調(diào)量一般較大。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)量也較大的問題。首先，在論文中闡述了現(xiàn)有皮帶秤的現(xiàn)狀及實(shí)際工藝中遇到的難點(diǎn)問題，給出自己的設(shè)計(jì)方案。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)。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。 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、配比全過程。從仿真波形圖上可以看出，引入模糊控制后，在系統(tǒng)受到干擾出現(xiàn)偏差時(shí)調(diào)節(jié)效果很好。大大提高了系統(tǒng)的計(jì)量精度和配料速度。關(guān)鍵詞：配料；模糊PID；精度；速度；配料速度 ；Matlab緒論電子皮帶秤是工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)皮帶傳送的散裝固體物料進(jìn)行連續(xù)稱量的計(jì)量設(shè)備，在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天也隨之日益改進(jìn)，不僅要求稱量準(zhǔn)確，在冶金、煤炭、化工、煙草、水泥等行業(yè)中還要求稱量過程能大幅度提高生產(chǎn)效率。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)劤墒鹿省ＦС佑腥缦聨讉€(gè)特點(diǎn)：(l)皮帶秤的計(jì)量對(duì)象是連續(xù)流動(dòng)的物料可以顯示物料的瞬時(shí)流量和在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量。當(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。現(xiàn)實(shí)中，許多皮帶秤的控制精度并不很理想，易發(fā)生故障，在復(fù)雜的生產(chǎn)工藝中不能適應(yīng)一些惡虐的環(huán)境。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?？梢酝耆娲械年惻f設(shè)備，應(yīng)用模糊控制使得系統(tǒng)具有優(yōu)良的性能，就配料系統(tǒng)而言，配料壞節(jié)采用模糊控制后，可以提高配料速度及質(zhì)量，也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 ，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。煤炭、化工、水泥等行業(yè)中的配料系統(tǒng)是要把多種原料按照一定的配比混合到一起。系統(tǒng)共設(shè)有4個(gè)給料倉(cāng)，每個(gè)給料倉(cāng)通過各自的給料電機(jī)來控制給料速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)給料量。物料到達(dá)皮帶秤后，由皮帶秤測(cè)量原料的瞬時(shí)流量以及累計(jì)流量等數(shù)據(jù)送入控制器去控制執(zhí)行器。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。系統(tǒng)中的傳感器將測(cè)量到的信號(hào)送到稱重儀表，皮帶秤儀表將接收到的重量信號(hào)和速度信號(hào)經(jīng)積算后以4～20mA模擬電流的形式送至PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量的瞬時(shí)流量值與設(shè)定流量值的偏差，進(jìn)行比較運(yùn)算后通過變頻器去調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到穩(wěn)定瞬時(shí)流量的目的。具體控制過程如下圖。那么就需要滿足以下幾個(gè)條件：第一，物料出量要與給料機(jī)的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。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。第三，PID的三個(gè)參數(shù)的設(shè)置要合理。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)的過渡過程去整定的。但是，實(shí)際生產(chǎn)中不可能做到像上述描述中的那么理想，實(shí)際電子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)的控制精度會(huì)受到如下多個(gè)因素的影響。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。這樣才能達(dá)到控制準(zhǔn)確度指標(biāo)。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。給料設(shè)備的安裝要嚴(yán)格按照要求，否則會(huì)把設(shè)備安裝精度的誤差轉(zhuǎn)化為給料量的誤差，使系統(tǒng)控制精度降低。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。使系統(tǒng)在一個(gè)較寬范圍內(nèi)控制。傳感器的選擇。管理軟件的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)要解決的問題是物料在皮帶傳送過程中的控制精度問題，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。在保證系統(tǒng)稱量精度及控制精度的前提下，選擇合理的軟硬件配置。通過系統(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。解決了皮帶秤配料系統(tǒng)的控制及誤差調(diào)節(jié)問題，從而提高配料系統(tǒng)的配料速度及精度。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題，大大提高了系統(tǒng)的計(jì)量精度和配料速度。工控機(jī)與4臺(tái)稱重配料儀表采用RS232通訊協(xié)議。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)。本論文第二章闡述了皮帶秤配料系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):第三章是具體分析模糊PID控制器的設(shè)計(jì)過程。第五章用MATLAB軟件對(duì)模糊PID控制進(jìn)行仿真。皮帶秤儀表除了顯示瞬時(shí)流量和累積流量外，還能根據(jù)由接線盒傳過來的數(shù)據(jù)與給定值的偏差來控制給料機(jī)的給料，從而保證瞬時(shí)流量的恒定。，由三大部分組成，分別是料斗、給料設(shè)備和皮帶秤。簡(jiǎn)要介紹一下各部分的功能：料斗料斗主要將物料通過給料設(shè)備送至配料皮帶秤。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。安裝時(shí)，也要注意位置距離要合適，避免下料時(shí)對(duì)皮帶秤的沖力。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。對(duì)于干燥的細(xì)粉末狀物料可以選擇密封葉輪給料式或者螺旋給料式。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。配料皮帶秤(機(jī)械部分和電氣部分)配料皮帶秤機(jī)械部分由秤架和皮帶傳輸組成，其中秤架是皮帶秤的荷重承受和重力傳遞裝置，按照外部特性進(jìn)行分類，秤架可以分為多托輥式、單托輥式和懸臂式三種。各部分的工作情況是:當(dāng)料倉(cāng)中的物料由給料設(shè)備投入到配料皮帶上，物料隨皮帶運(yùn)行到達(dá)稱量點(diǎn)時(shí)，由稱重傳感器A將物料的重量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由測(cè)速傳感器B將皮帶的速度值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過接線盒D進(jìn)行匯總后送入稱重儀表E，儀表再對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，最后轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)流量和累積流量。 皮帶秤的計(jì)量對(duì)象是連續(xù)流動(dòng)的物料，可以顯示物料的瞬時(shí)流量和在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量。當(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。