【正文】 如果測單位長度的瞬時流量，一段距離的物料重量，或在一段時間和一段距離的累積重量。在本設(shè)計中采用積分法表示一段時間的累積流量。但是實際中，單位長度的載重與物料本身特性有關(guān)，可能出現(xiàn)不均勻的情況。皮帶秤是按照力學(xué)中的懸索原理工作的，皮帶的力平衡關(guān)系介于彈性靜不定和柔性懸索之間，因為皮帶的橫向能力小，更接近于懸索狀態(tài)，所以皮帶秤的計量是以線分布密度代替體分布，按流量進(jìn)行測量的。所以也稱作調(diào)速配料方式。這樣可調(diào)速的皮帶機(jī)既完成物料的稱量任務(wù)，又完成物料量多少的調(diào)節(jié)任務(wù)，所以在拖料皮帶秤這種工作方式中，嚴(yán)格地講，不能稱為無給料機(jī)，只是無專用的給料機(jī)，給料機(jī)的功能由配料皮帶秤的皮帶機(jī)順帶完成。的系統(tǒng)無滯后，電機(jī)速度一變化，給料量也隨之改變，控制精確度高。所以對于濕度適中、流動性能較好的物料系統(tǒng)可以采用這種工作方式。給料機(jī)調(diào)速可以完成物料量多少的調(diào)節(jié)任務(wù)，而皮帶機(jī)不可調(diào)速則皮帶上的物料負(fù)荷隨物料量的多少而變。恒速式配料的優(yōu)點是：1)進(jìn)料斗與配料皮帶秤之間有專用給料機(jī)，便于皮帶秤的調(diào)零、更換皮帶等操作。缺點是：1)有專用給料機(jī)，投資較大；2)皮帶上的物料負(fù)荷隨物料量的多少而變對物料稱量精確度有影響。雙調(diào)速式配料皮帶秤指的是給料機(jī)、皮帶機(jī)均調(diào)速方式的配料皮帶秤。雙調(diào)速有兩種方式:一是給料機(jī)、皮帶機(jī)同步調(diào)速，即采用機(jī)械方法，由一臺變頻器同步帶動給料機(jī)與皮帶機(jī)的電機(jī)。同步調(diào)速方式多了機(jī)械裝置，但省了一臺變頻器，總的來說節(jié)省了投資。雙調(diào)速式配料方式優(yōu)點是：1)皮帶上的物料負(fù)荷不隨物料量的多少而變，可提高物料稱量精確度；2)有專用給料機(jī)，便于皮帶秤的調(diào)零、更換皮帶等操作。所以對于配料精確度要求高、流量設(shè)定值變化范圍大的配料系統(tǒng)適用雙調(diào)速配料方式。由于本設(shè)計中配料系統(tǒng)是用于煤焦配比，要求系統(tǒng)可靠性好，計量準(zhǔn)確度高，綜合多方面考慮所以選擇拖料式配料方式。該系統(tǒng)主要由配料電子皮帶秤、儀表控制柜、動力控制柜、變頻器柜、低壓開關(guān)柜、現(xiàn)場操作盤、工業(yè)控制微型計算機(jī)(以下簡稱工控機(jī))、及監(jiān)控管理軟件幾部分組成。稱重部分采用電阻應(yīng)變式工作原理，多托輥杠桿式結(jié)構(gòu)，實際工作時，通過調(diào)節(jié)上級給料設(shè)備的給料速度來改變物料流量，此種皮帶秤大多用于企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)工藝的控制。每臺稱重儀表接受來自各個稱重傳感器的重量毫伏信號和來自測速傳感器的帶速脈沖信號，計算出瞬時流量和累計量，并將流量信號以4～20mA模擬電流的形式送給工控機(jī)，工控機(jī)將流量信號與設(shè)定值比較后，根據(jù)一定的控制規(guī)則輸出4～20mA調(diào)節(jié)信號，去控制現(xiàn)場給料設(shè)備的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成單機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到控制某種物料流量的目的。3)動力控制柜動力控制柜是動力部分的中央控制部件，里邊安裝有電流表、控制按鈕、指示燈、可編程控制器(以下稱PLC)及電機(jī)保護(hù)電路。對現(xiàn)場皮帶機(jī)和給料設(shè)備的啟停進(jìn)行控制。聯(lián)鎖控制及打滑跑偏報警等。4)變頻器柜柜中的變頻器，接收動力控制柜的開關(guān)信號控制上級給料電機(jī)的啟停，同時也接收來自工控機(jī)的4～20mA調(diào)節(jié)信號，通過改變輸出動力電源的頻率，從而控制現(xiàn)場4臺給料設(shè)備的轉(zhuǎn)速。6)現(xiàn)場操作盤本設(shè)計的皮帶秤配煤系統(tǒng)電機(jī)的現(xiàn)場控制部件，裝有控制按鈕、指示燈，可以在設(shè)備旁對現(xiàn)場皮帶機(jī)和給料設(shè)備的啟停進(jìn)行控制，指示可編程邏輯控制器PLC對電機(jī)的命令狀態(tài)。工控機(jī)作為上位機(jī)，通過RS485雙向通訊接口與稱重儀表進(jìn)行通訊，通過RS232雙向通協(xié)接口與動力控制柜中的PLC進(jìn)行通訊，輸出模擬信號控制給料設(shè)備的給料流量，進(jìn)而構(gòu)成了完整的配料系統(tǒng)。監(jiān)控軟件的界面采用菜單方式，用戶可以通過鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行操作，使用非常方便，對整個配料系統(tǒng)進(jìn)行主要是根據(jù)生產(chǎn)配方和產(chǎn)量要求對稱重過程進(jìn)行自動控制，對稱重數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計管理。各給料設(shè)備按一定流量給料，同時工控機(jī)讀取來自稱重儀表的重量信號和累計量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)各成分的累積量計算當(dāng)前的實際配比，通過與標(biāo)準(zhǔn)配比的比較，來修正各給料設(shè)備的給定值，這樣，系統(tǒng)就可以工作在最優(yōu)配比狀態(tài)。該系統(tǒng)由一臺上位機(jī)來控制多臺給料設(shè)備，為了實現(xiàn)一定的配比，各給料設(shè)備之間的工作要相互聯(lián)系，而且給定流量要隨當(dāng)前的實際配比進(jìn)行修正，因此其控制結(jié)構(gòu)是較為復(fù)雜的。Pgi希望產(chǎn)量Pfi當(dāng)前的累積量Fgi給定流量Ffi實際流量Fi瞬時流量，該系統(tǒng)的設(shè)計是一個雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。內(nèi)環(huán)是一個模糊PID控制器，根據(jù)給定流量Fgi去控制調(diào)速給料機(jī)，使給料流量Fi控制在給定值Fgi理想的范圍之內(nèi)。這樣就可以解決系統(tǒng)誤差較大，其動態(tài)特性不理想，超調(diào)量較大的控制難題。即：w(t)=qv其中物料負(fù)荷是通過稱重傳感器測得，皮帶速度是通過測速傳感器測得。提高傳感器精度是提高電子皮帶秤系統(tǒng)精度有效的途徑。在這一節(jié)，先來看測速傳感器的選擇。在皮帶秤配料系統(tǒng)中速度檢測的準(zhǔn)確度直接影響到皮帶秤的準(zhǔn)確度，測速傳感器主要分?jǐn)?shù)字式和模擬式兩種。模擬式測速發(fā)電機(jī)式測速傳感器早已不再使用，取而代之的是上述兩種輸出脈沖信號的數(shù)字式測速傳感器。磁阻式測速傳感器的構(gòu)造是轉(zhuǎn)子與定子是端面等間隔銑有齒槽的純鐵圓盤，定子內(nèi)裝有軸。轉(zhuǎn)軸和被測軸相連，并帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于磁通為：因此磁阻變動時，磁通也變動，線圈將感應(yīng)出電勢。線圈輸出電勢的頻率f為：一般：z=60，這時n=f。也可以采用頻率—電壓轉(zhuǎn)換電路，將頻率線性地轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出。以信號發(fā)生器頻率代替光電式或磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖頻率。目前，脈沖頻率法測轉(zhuǎn)速已成為轉(zhuǎn)速測量中一種主要的方法。另外，一但運輸帶有振動，磁接收器便不能正常工作，易遺失信號。透射式光電轉(zhuǎn)速傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上安裝測速圓盤。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時，便產(chǎn)生光脈沖，光電元件將輸出電脈沖。傳感器的光源經(jīng)聚光透鏡，形成平行光，再由半透明膜片反射向轉(zhuǎn)軸的黑白反射面，為使光線聚焦而設(shè)置透鏡。因此，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，光電元件輸出電脈沖。測速脈沖信號經(jīng)整形、放大后轉(zhuǎn)換成0～10VDC模擬信號，并作為稱重傳感器的供橋電壓，在稱重傳感器內(nèi)實現(xiàn)乘法運算。但對于由大電網(wǎng)供電的用戶來說，由于電網(wǎng)電源頻率相當(dāng)穩(wěn)定，即使在不同負(fù)載率情況下，通常皮帶速度的變化率也小于177。通過多年經(jīng)驗可以得出以下結(jié)論:當(dāng)皮帶速度變化超過177。%時，應(yīng)該采用測速傳感器。%或稱重精確度要求低于177。在皮帶秤配料系統(tǒng)中，控制室的顯示儀表中有一個開關(guān)可以進(jìn)行內(nèi)脈沖和外脈沖的切換。當(dāng)測速傳感器出現(xiàn)故障或其他原因不能正常工作時。稱重傳感器是電子皮帶秤的重要部件之一，稱重傳感器的性能指標(biāo)在很大程度上決定了電子秤的精度和穩(wěn)定性。在選擇時需要綜合考慮傳感器的量程、靈敏度以及結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等等環(huán)節(jié)。其中：物料流量作用力FＦＬＯＷＲＡＴＥ。R杠桿比=傳感器受力/實際稱量段受力(一般取R=)；Vt物料在皮帶上的運行速度。這樣選擇的兩成可以保證皮帶秤運行中的可靠平穩(wěn)。靈敏度(或稱傳感器系數(shù))，指傳感器在額定載荷作用下，供橋電壓為1伏時的輸出電壓。靈敏度的選擇關(guān)系到系統(tǒng)是否能正常工作，因為要考慮這個系統(tǒng)中各個部件的技術(shù)參數(shù)能否匹配。例如，一臺電子皮帶秤的傳感器受力最大為110kg，選用2只稱重傳感器并聯(lián)使用，其最大秤量均為100kg，靈敏度為3mV/V；選用的稱重儀表的供橋電壓為14V，；皮帶秤的檢定分度數(shù)n=5000。稱重傳感器是電子皮帶秤的一個重要組成部分，稱重傳感器的型式和種類按其物理效應(yīng)分，常用的有電阻應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、電阻應(yīng)變式稱重傳感器應(yīng)用最為廣泛。(a)圓柱式：量程為0～500r，靈敏度為1～2mV/V，～%可用于組裝大噸位的軌道衡、汽車衡和液罐秤。(e)橋式：量程為0～20t，靈敏度為1～3mV/V，～%，用于組裝行車電子秤、電子汽車衡、電子料斗秤和電子軌道衡。(e)S梁式：量程為0～5t，靈敏度為1～3mV/V，～%，用于機(jī)電兩用秤，小稱量吊鉤秤，電子皮帶秤等。(f)懸臂梁式：量程為0～10t，靈敏度為1～3mV/V，～%，常用于電子料斗秤、電子汽車衡、電子皮帶秤等。通過以上分析，結(jié)合系統(tǒng)對于配料皮帶秤精度的要求，可選用鋼質(zhì)的S型稱重傳感器，其連接方式采用關(guān)節(jié)軸承，處于受拉狀態(tài)，其抗側(cè)向力的能力強(qiáng)，可安裝于密封的梁內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。加到傳感器上的橋壓計算方法見式 ()。六線制長線補(bǔ)償?shù)碾娐吩韴D如圖 ()皮帶秤中通常需要多只傳感器，采用并聯(lián)的方式共同使用一個電源供橋。在接線盒端增加2根電纜芯作為供橋電壓的反饋線與供橋源取樣電阻相連。這種方法的傳送距離在50之內(nèi)，如果適當(dāng)增加電纜線截面，那么長度可以適當(dāng)增加到百米左右。近年來，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使交流調(diào)速迅速發(fā)展。但現(xiàn)在有實用和先進(jìn)的交流電動機(jī)調(diào)速控制理論，與電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)相結(jié)合，已很好解決了交流電動機(jī)調(diào)速問題。由式()可知，改變fS、PN中任意一個變量，n都會隨之相應(yīng)改變，但是我們常采用的是改變石的方式，因為此方式調(diào)速范圍大，平滑性好，效率高，動態(tài)和靜態(tài)性能都比較良好。異步電動機(jī)的主體是一種鐵磁機(jī)構(gòu)，對于任何鐵磁機(jī)構(gòu)，為了使鐵磁材料得到充分利用，使用中都要盡可能使它的磁通保持為額定磁通。由上式可知，為保持氣隙磁通必近似不變，在調(diào)節(jié)定子頻率f時則必須同時改變定子電壓U，即U/f=常數(shù)。另一種是恒定功率調(diào)速。此時，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍很大，也會導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子的過電流，引起過熱。要求U1/f1，而且Uf1均在額定值之內(nèi)，不允許超過額定值。(b)恒定功率調(diào)速當(dāng)定子頻率f1大于電機(jī)額定頻率fN時，由于電機(jī)上的電壓受繞阻絕緣強(qiáng)度的限制，不可能無限制提高，所以保持定子相電壓U1等于電機(jī)額定電壓UN，但由于轉(zhuǎn)速增加，輸出功率近似不變，相當(dāng)于恒定功率調(diào)速。外部控制指令信號通過上述基本回路導(dǎo)入變頻器，同時干擾源也在其回路上產(chǎn)生干擾電勢，以控制電纜為媒體入侵變頻器。(2)變頻器的供電電源端不能接入熔絲類斷路器件，這樣是為了避免變頻器缺相運行。在本系統(tǒng)中有多臺大功率電機(jī)及變頻器，所以干擾比較大，這些干擾會對稱重信號、速度信號、4～20mA模擬電流信號、通訊信號等弱小信號產(chǎn)生很大影響。工頻電源對于儀表柜中較為敏感的儀表產(chǎn)生干擾，所以需要在低壓開關(guān)柜內(nèi)安裝380V/220V隔離變壓器，電源諧波比較嚴(yán)重時，可在隔離穩(wěn)壓器前面加低通濾波器消除電源的高頻干擾和高次諧波，通常低通濾波器先與電源相接，低通濾波器輸出再接隔離變壓器。改進(jìn)為：采用開關(guān)量傳感元件作為測速元件，其輸出為方波，伏值為12V以上，抗干擾效果很好。控制柜采用金屬外殼，變頻器柜與其他柜體間留有一定距離。電子皮帶秤模糊PID控制在電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)中，為了滿足配比的要求每一臺皮帶秤儀表不僅要指示對應(yīng)皮帶上物料的瞬時流量，而且還要根據(jù)皮帶上物料的瞬時流量和設(shè)定值的偏差去調(diào)整瞬時流量的大小，構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，維持流量恒定。以電子皮帶秤上的物料流量作為目標(biāo)值，通過壓重傳感器采集的單位壓重，并通過速度傳感器獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而獲得皮帶秤上的物料流量，再經(jīng)過信號調(diào)理之后，由計算機(jī)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)值，由PID控制算法得出新的速度，輸出到變頻器，調(diào)節(jié)給料機(jī)的頻率，從而將流量穩(wěn)定到目標(biāo)值附近，進(jìn)而獲得所需的物料流量。PID控制器是根據(jù)系統(tǒng)的偏差，利用偏差的比例、積分、微分運算出控制量進(jìn)行控制的。但是這3個參數(shù)的選取一般是通過工程師和現(xiàn)場操作人員根據(jù)實際經(jīng)驗不斷進(jìn)行試探總結(jié)出來的，一旦確定就不能輕易改變。傳統(tǒng)PID控制時通過調(diào)節(jié)PID的三個參數(shù)，就可以得到較理想的響應(yīng)曲線，所以系統(tǒng)的控制效果與參數(shù)的設(shè)置有很大的關(guān)系，但是往往三個參數(shù)的調(diào)整非常繁瑣。在本設(shè)計中，系統(tǒng)在采用傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上加入了模糊控制，應(yīng)用模糊控制原理來實現(xiàn)PID控制的智能化，簡稱模糊PID控制器。控制系統(tǒng)的設(shè)計是針對實際應(yīng)用的受控對象進(jìn)行的，其設(shè)計過程與受控對象密不可分。同時稱重儀表輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的控制信號到調(diào)速電機(jī)來調(diào)節(jié)給料設(shè)備的給料速度，最終維持皮帶上仰料流量的恒定，達(dá)到準(zhǔn)確配料的目的。，該系統(tǒng)的設(shè)計是一個雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。內(nèi)環(huán)是一個模糊PID控制器，根據(jù)給定流量Fgi去控制調(diào)速給料機(jī)，使給料流量Fi控制在給定值Fgi理想的范圍之內(nèi)。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法，二是工程整定方法。，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內(nèi)容。它與基于被控過程數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制理論有很大的區(qū)別。在模糊控制中，并不是需要像傳統(tǒng)控制那樣對被控過程進(jìn)行定量的數(shù)學(xué)建模，而是試圖通過專家行為和經(jīng)驗成功控制被控對象。由于模糊控制是建立在模糊邏輯基礎(chǔ)上的，因此也稱為模糊邏輯控制。改進(jìn)控制效果，提高配料系統(tǒng)的精度。為實現(xiàn)模糊控制，語言變量的概念可以作為手動控制策略的基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展為一種新型的控制器一模糊控制器。 Ffi系統(tǒng)測量的瞬時