基于PLC的移动式破碎机给料速度与发动机功率匹配控制系统.pdf

杠 械 第 4 6卷 l 第6期 总第 5 0 0期 基于 P L C 的移动式破碎机给料速度与 发动机功率匹配控制系统 王健 郑永生 覃杰 李洪聪 徐州徐工施维英机械有限公司 摘要 I 移动式破碎机在砂石生产和废旧混凝土回收再利用中得到广泛应用 目前破碎机振动给料机给料速度是通过对发动 机转速进行监控 由人工操作调节的 不能根据发动机的负载变化准确地调整给料量 影响产品质量和生产效率 针对这一问 题 将模糊控制和 PL C控制技术相结合 对移动式破碎机的给料速度进衍研究 设计基于 P L C控制的给料速度与发动机功 率匹配控制系统 使移动式破碎机的给料速度控制精度 自动化程度以及抗干扰能力都得到提高 关键词 移动式破碎机 P L C控制 模糊控制 振动给料机 给料速度 移动式破碎机在砂石生产和废旧混凝土 回收再利用 中得到广泛应 用 它能否稳定工作 获得最高效率 直接 取决于振动给料机的给料质量Il l 目前 振动给料机给料 速度是通过对发动机转速进行监控由人工操作调节控制 的 不能根据发动机 的负载变化准确地调整给料量 如果 给料适量 物料均匀进入破碎腔 就能实现较高效率 否 则 进料不均将造成产品粒度过大 并降低设备的使用寿 命回 此外 当给料过多时 发动机负载过大 容 易引起发 动机熄火 出现堵塞现 象 当给料不足时 发动机 负载过 小 浪费能源 不能最大限度地发挥破碎机的作业效率 本文将模糊控制和 P L C控制技术相结合嘲 针对移 动式破碎机的给料速度进行研究 设计基于 P L C控制的 给料速度与发动机功率匹配控制系统 使移动式破碎机 的给料速度控制精度 自动化程度及抗干扰能力都能得 到提高 1 移动式破碎机破碎工艺 移动式破碎机是一种高集成度 高技术含量的全新 产品 集受料 给料 破碎 磁选 筛分 输送及行走于一体问 系统组成如图 1 所示 移动式破碎机主要由振动给料机 破碎 主机 动力箱 及电气系统 检查筛分机 防尘系统 润滑系统 振动卸料 机 履带行走系统 5 条输送机系统 自然细料输送机 返 料输送机 中转输送机 筛分输送机及主输送机 磁选机 等组成 采用全液压驱动方式 其中 破碎主机 由发动机 直接驱动 其余部件 由分动箱上的液压泵驱动 振动给料机的给料速度是 由液压马达转速控制的 而 液压马达转速是由比例电磁阀的开度大小来决定的 因此 根据发动机转速变化控制阀的开度大小就能实现给料速 度控制 从而实现振动给料机给料速度与发动机转速的精 作者简介 王健 1 9 7 1 一 男 江苏徐州人 工程师 学士 研究方向 材料选型匹配应用 2 D 估 6 i 工 霏 缸 找 l 3 9 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 杠 拭 第4 6 卷 I 第6 期 总第 5 0 0期 图 3 移动式破碎机给料速度与发动机功率匹配控制系统模糊控制原理图 执行机构控制比例 电磁阀的开度 从而控制振动给料机 的给料速度 整个系统形成一个 闭环负反馈 在整个功率匹配控 制系统中 通过模糊算法来控制比例电磁阀的开度 让移 动式破碎机在整个工作过程中 振动给料机给料速度能 根据发动机转速来调整 保证进料均匀 提高破碎效率 3 2 给料速度与发动机功率 匹配控制系统模糊算法的 设计 3 2 1 输入和输出语言变量 的隶属度 函数 根 据控制要求和 该项 目实际要求 的发动机工作状 况 发动机工作转速值选为 1 7 0 0 r ra i n 转速偏差 E的基 本论域为卜1 5 0 r mi n 1 5 0 r r n i n 转速偏差变 化率 E C的 基本论域为 5 0 r m i n s 5 0 r m i n s 1 输 出语言变量 阀的开度信号 U的基本论域为 1 2 v 1 2 v 其模糊子集 E E C U N B N M N S Z P S P M P B 负大 负中 负 小 零 正小 正中 正大 E 的模糊论域均设为 6 6 E C的模糊论域设为 3 3 模糊控制器输入通过量化因 子进行转换 输出通过比例因子进行转换 总结振动给料机 的给料人工控制经验 E 的隶属 度函数如图 4 所示 转速偏差变化率E C的隶属度函数如 图 5 所示 由隶属度函数图可知 论域 E E C或 u 中的 任意数 的函数 A 的值在 0 1 之间 而函数值越接近 1 表明 对 A的隶属度越高 3 2 2 建立模糊状态表 根据振动给料机的人工经验总结 由双输入单输 出 模糊条件语句 i r E a n d E C t h e n U 得出 4 9条模糊语句构 成的控制规则 如表 1 所示 3 2 3 模糊控制查询表 模糊控制状态表中有 4 9 条规则 每条规则分别决定 一 个模糊关系 对于 有 矾 确 啪 对 得出的 4 9 条模糊 关系求 并 运算 可得出 控制规则总模糊关系Is 图 4 转速偏差 E和输出 的隶属度函数 图 5 转速偏差变化率 E C的隶属 度函数 R v R 矾 U R 沈 U U R U U R v 4 9 U R 1 l 1 根据上面得出的 尼 利用推理合成规则计算嘲 最X ec j Ru 2 并运用最大隶属度法进行模糊判决 便可得出输出量 的模糊控制器查询表如表 2 所示 表 2即为比例电磁阀开度的模糊控制算法总表 把 嚼 J I 4 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 设计 计算 De s i g n a n d C a t c u t a t i o n 表 1 模糊控制状态表 EC 露 NB NM N S Z P S P M P B NB P B P B P M P M P S P S Z NM P B P M P M P S P S Z NS NS P M P M P S P S Z NS N S Z P M P S P S Z N S NS N M P S P S P S Z NS NS NM NM P M P S Z NS NS NM NM NB P B Z NS NS NM NM NB NB 注 1 e 表示测量速度相对于目标速度 在模糊子集 E中各元素依次表示为 NB极大 NM很大 NS 偏大 Z接近于零 P S 偏小 P M 很 I x P B极小 2 e c 表示速度的变化 在模糊子集 EC中各元素依次表示为 N B快速升高 NM升高 NS 缓慢升高 z不变 P S缓慢降低 P M 降 低 P B快速降低 3 u 表示阀的开度 在模糊子集 中各元素依次表示为 NB快速变小 NM变小 NS 缓慢变 b Z不变 P S 缓慢变大 P M变大 P B快速变大 表 2 模糊控制器查询表 EC E 3 2 1 0 l 2 3 6 6 6 4 4 2 2 0 5 6 5 4 3 2 1 1 4 6 4 4 2 2 0 2 3 5 4 3 2 1 1 2 2 4 4 2 2 O 2 2 1 4 3 2 1 1 2 3 0 4 2 2 O 2 2 4 1 3 2 l 1 2 3 4 2 2 2 0 2 2 4 4 3 2 1 1 2 3 4 5 4 2 O 2 2 4 4 6 5 1 1 2 3 4 5 6 6 0 2 2 4 4 6 6 I 杠 觚 一 6 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 杠 械 第4 6 卷 l 第 6 期 总第 5 0 0期 它存放到 P L C的存储器 中 并编制一个相应查询子程序旧 在控制过程 中的每个控制周期中 采集实测偏差 e k l 2 3 并计算得出偏差变化率 e c j 使 e i 和 e C J 分别乘 以量化 因子 6 1 5 0 1 2 5 和 k 3 5 0 从 而得到相应 论域元 素表征的 e和 e c 查表 2中相应 的 i 行和 列 可得出模糊控制器的输出量 然后分别乘 以 比例因子 k 1 2 6 2 最后得出系统最终的输出控制量 4 P L C控制方案设计 从移动破碎机给料速度与发动机功率匹配控制系统 的原理分析 可知 功率匹配控制系统的控制过程是采样 信号值与设定值进行比较 并利用其偏差值和偏差变化 率对系统进行控制的过程 在系统控制过程中 为了使移 动式破碎机在破碎过程 中振动给料机处于均匀给料 的状 态 采用模糊控 制对影响破碎机效率的关键 因素即振动 给料机给料速度进行控制 通过实时检测发动机转速进 而调节给料机给料速度来实现 P L C程序的执行是采用循环扫描方式 6 1 为 了满足给 料速度控制的实时性和减小程序运算量 系统需将模糊 控制查询表以模块的形 式存入 P L C中 并设计一个子程 序来进行查询管理 实时控制时 P L C将采样得到的精确 量进行分级量化并得出相应的模糊化论域元素 再通过 查表获得输出控制量的量化值 最后得到系统最终的精 确控制量 并将其输出到系统的执行机构 实现振动给料 机给料速度的 自动控制 系统的 P L C控制流程图如图 6 所示 5 结束语 本文基 于 P L C控制的移动式破碎机给料速度 与发 动机功率匹配控制系统 采用模糊控 制和 P L C控制技术 相结合的方法 实现了振动给料机的均匀给料控制 避免 了人 为因素造成的产品质量下降 生产效率低 发动机过 载等问题 经工业试验验证 该控制系统能够克服单一给 料速度中大块物料出现造成堵料 以及不能最大程度利 用设备破碎率的问题 约提高产量 9 t h 由于该转速控制 系统控制精度及 自动化程度较高 并能提高移动式破碎 机的产量 因此具有较强的实用性 图 6 P L C控制子程序流 程图 参考文献 m 徐勇 局立峰 王忠生 等 圆锥破碎机均匀布料装置 中 目 2 0 1 2 2 0 2 8 3 5 9 9 o E P J 2 0 1 2 0 6 一 I 2 黄珠芹 黄康华 黄康南 等 覆带式移动破碎站 中国 2 0 1 2 1 0 4 8 2 8 1 8 2 P 2 0 1 2 1 1 lj 3 1 张雪平 王志斌 基于模糊控制的 P L C在温度控制中的应 用卟 电气传动 2 0 0 5 3 5 8 5 4 5 5 4 1苏明 朱东敏 劲松 等 移动式破碎机液力传动装置研 制 液压与气动 2 0 1 2 1 0 1 1 2 1 1 4 5 彭秀英 陈亚 罗艳蕾 基于