新型跳砭机排料装置模糊控制技术研究

新型跳砭机排料装置模糊控制技术研究

0模糊控制的基本控制思想自动补货系统是跳出机选择煤炭生产的重要环节。排料控制系统从初期的手工操作到目前的自动排料是选煤技术的一大进步,但国内自动排料系统大多数采用模拟PID调节器来实现排料系统的自动控制,这种模拟调节器控制品质较差,较难整定参数,并且一旦煤质、风、水等系统参数发生变化,就很难按照人们的要求来调整控制器参数,以满足人们对生产过程的要求。随着计算机控制技术的飞速发展,为跳汰机排料系统实现数字化控制提供了有利条件。模糊控制的基本控制思想是引入人类的逻辑思维方式、专家规则及熟练操作人员长期积累的控制经验。它无需知道被控对象的数学模型,易于对不确定系统或非线性系统进行控制。而跳汰机排料过程是典型的大滞后、非线性复杂系统,存在许多不确定的因素,很难建立精确的数学模型。因此本文研究的新型跳汰机排料装置采用模糊控制技术。1管井排料装置现有的跳汰机将床层分离成产品是通过溢流堰实现的。床层中高于溢流堰的部分作为溢流产品分离出去,低于排料口上沿的则作为底流排出。两种产品高度差最少有200mm,因此存在分离误差。新型跳汰机排料装置(如图1所示)是在原有排料装置的基础上,增加一块铲板。铲板安装在跳汰机上,铲板和排料道托板运动的动力都来自于排料装置的油缸,两者具有联动的关系。铲板插入床层的位置根据煤质及床层厚度可以调节。这种能够随床层厚度变化而上下运动的可调铲板,对排料道附近已分好层而尚未到达排料道上方的轻、重产物进行强制切割分离,降低了排料道上方物料分布状况不稳定对产品分离的影响,能够实现水平移动的物料在水平方向上分离,提高产品分离的精度和产率。对该装置进行的可行性研究结果表明:在排料端床层分层已经结束,新型排料机构可以很好地根据分选密度切割轻重产物,达到产品分离的目的,而不会影响床层的稳定。2模糊控制的设计该排料装置控制系统的控制对象是可调铲板,它的高度根据两个指标控制:一是根据浮标信号控制,使之动态跟踪轻重产品分离线的高度,称为粗调;二是根据在线测灰仪的信号控制铲板高度,使之满足不同用户对灰分的要求,提高选煤厂的经济效益,称为微调。模糊控制器主要由三大部分组成:输入信号值的模糊化、知识库的形成及模糊推理决策、输出模糊控制量的解模糊。粗调采用二维模糊控制器,即以床层厚度给定量与其实际反馈量的误差和误差的变化为输入变量,以控制量的变化(铲板的高度)为输出变量;微调采用一维模糊控制器,即以产品灰分的设定值与其实际反馈量的误差为输入变量,以控制量的变化(铲板高度的微调量)为输出变量。首先确定各变量的模糊语言取值及相应的隶属度函数(即模糊化),然后建立模糊控制算法,即规则的归纳和规则库的建立。规则通常由一组if-then结构的模糊条件语句构成。具体来说,就是通过调研,根据现场工作经验,将操作过程中要遇到的各种可能出现的情况和相应的控制策略汇总,建立模糊控制规则表。在表中可直接由输入量查询相应的输出控制量,最后确定模糊推理(一般用最大隶属度法)和解模糊化方法,针对系统要求选取适宜的办法,将输出的模糊量转化为精确量。模糊控制器的设计在计算机上用软件实现。跳汰机排料系统的模糊控制结构如图2所示。3浮标传感器控制分析新型排料装置控制系统的基本硬件结构如图3所示。各种传感器把现场的物理量转化为模拟量,再经A/D转换,变为数字量传给单片机,单片机处理后传给上位机。上位机根据模糊控制策略,对单片机发出控制指令。单片机依此作出相应的输出,控制执行机构动作,达到控制的目的。控制系统的输入信号分别来自浮标和在线测灰仪,输出端控制的是固定铲板的高度(粗调)和高度微调量(微调)。控制系统的检测装置包括:可用一般的位移传感器,如DA系列传感器。输出电流信号为4～20mA。可用谈渡传感器(现场效果很好),输出电流信号为4～20mA,电压为220V,量程为200mm。可用ZZ-89A型测灰仪,提供两路4～20mA电流信号。控制系统执行机构包括电磁阀和伺服电动机。粗调采用电磁阀控制。通过对一个线圈通电或断电来控制油缸的电磁阀,实现铲板高度及排料闸门开度的联动控制。油缸传动杆根据浮标传感器检测出的重产物床层厚度信号伸长或缩短。当重产物床层厚度过大时,油缸的传动杆伸长,通过传动机构推动排料道托板向下运动,排料道开度增加,排料量加大。同时,油缸通过新型排料装置的传动机构提高铲板的位置,以适应变化了的重产物床层厚度;当重产物床层厚度降低时,油缸的传动杆缩短,托板向上运动,排料道开度减小,排料量减小。此时,铲板位置降低,和较低的重产物床层厚度相适应。现场可选用22D-10BH型电磁阀,流量为10L/min,压力为63kg/cm2,电压为220V。微调采用伺服电动机。蜗轮蜗杆由三相交流伺服电动机传动,控制电动机的正反转即可控制机构螺丝的右旋或左微调。现场可选用A1-7124型蜗轮蜗杆驱动电动机,电压为380V(三相),电流为1.1A,转速为1400r/min。单片机采用Atmel89C52,通过RS232串行口与上位机通信,由上位机监控。4上位机软件设计新型跳汰机自动排料控制系统的软件设计分别在下位机(单片机)和上位机(PC机)上进行。下位机软件包括数据采集(A/D)程序、执行(D/A)程序、与上位机的通信程序等;上位机软件包括与下位机的通信程序、数据处理(模糊控制)程序、人机交互界面等模块。系统主程序流程图如图4所示。下位机程序用C51编写。下位机将采集到的各种格式的数据转化为统一的格式,以便于向上位机传送。当上位机呼叫下位机时,下位机将产生1个中断,在中断服务程序中将存储的数据以异步串行通信的方式传送给上位机。上位机经模糊控制器处理后通过串行通信传送给单片机。单片机接收该数据,通过定时器延时从P1口输出相应的开关量,使电磁阀按规定的时间断开或闭合,并且使伺服电动机按要求正转或反转。上位机软件采用VB开发,VB开发中所用到的关键控件是MSComm控件。MSComm控件提供一系列标准通信命令的使用界面,使用它可以建立与串行端口的连接,通过串行端口连接到其它通信设备,发出命令,交换数据,以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误。跳汰选煤的生产工况时常变化,这些工况不易向主机报告,所以必须有一个人工可实时干预的途径,即人机接口。本文设计的上位机监控软件可方便地实现人机交互,主要由以下几个功能模块组成:(1)菜单程序模块:系统总目录(主菜单)和项目子目录(子菜单)显示;(2)工艺流程图显示模块:可以选择显示系统中各相关主要流程的工作状态,包括设备的运行情况、各主要工艺参数的当前值;(3)回路显示模块:以棒图形式显示跳汰床层、精煤灰分实测值及设定值的变化情况;(4)数据总表模块:以表格的形式在屏幕上显示当前系统中关键工艺参数及相关参数的变化情况;(5)参数修改模块:用于修改下位机工作参数,及时调整自动控制回路的调控质量;(6)趋势显示模块:可以曲线形式显示或打印指定日期24h中跳汰机床层趋势曲线;(7)系统维护模块:查询当天或当月报警、参数修改等记录,检测与上位机及下位机通信状况。此外,模糊控制规则表存放在ACCESS数据库中,上位机处理数据时可通过VB与数据库的接口查询、修改模糊控制规则。模糊控制子程序的流程图如图5所示。5实验验证及结果跳汰机自动排料是跳汰过程自动化的重要内容。在跳汰机精确的数学模型难以