文/周躍國

目前，我國大規(guī)模使用的帶式輸送機控制系統(tǒng)功能過于單一，只能對設(shè)備的啟動、停止、或設(shè)備組件的某一功能展開控制，如系統(tǒng)的保護(hù)裝置、制動器、張緊、驅(qū)動單元等，無法通過系統(tǒng)運量、張力、速度等運行信息的采集對帶式輸送機運行全過程的狀態(tài)進(jìn)行控制，以便規(guī)避設(shè)備抖動問題，合理匹配設(shè)備運量以及帶速，最大程度上發(fā)揮效能，減少對電能的消耗，保障運行安全、穩(wěn)定、高效。因此，探究帶式輸送機自動控制系統(tǒng)，并實現(xiàn)系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用對改善當(dāng)前設(shè)備自動化控制效果有著重要的現(xiàn)實意義。

1 模糊控制理論對優(yōu)化帶式輸送機自動控制系統(tǒng)的價值

剛體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、壓陷阻力理論、帶式輸送機動態(tài)分析、軟啟動可控技術(shù)、均衡技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)等都是支撐帶式輸送機運行的基礎(chǔ)理論，但是設(shè)備在運行過程中，其動態(tài)特性會因很多因素的變化而發(fā)改變，這就導(dǎo)致控制難度升級，而模糊控制理論能夠巧妙的回避因不確定因素變化導(dǎo)致的設(shè)備動態(tài)特點變化問題，同時根據(jù)傳感器搜集的信息以及有效參數(shù)，直接向控制系統(tǒng)提出控制請求，以便保障控制指令輸出被優(yōu)化，有效調(diào)節(jié)帶式輸送機運行中的速度與張力，實現(xiàn)無煤待機、根據(jù)煤量調(diào)節(jié)運行速度的目標(biāo)，以便提升設(shè)備的運行效率與安全性。具體來講，在以下方面上，模糊控制理論對帶式輸送機控制系統(tǒng)的優(yōu)化作用十分突出：

（1）當(dāng)輸入變量的變化率與帶速誤差處于相同狀態(tài)時，表示其帶速逐漸朝著不理想的狀態(tài)發(fā)展，此時則需要有效的控制，降低帶速誤差，以便抑制其變壞的趨勢，保障設(shè)備效能實現(xiàn)最佳；但是如果此時輸入帶速誤差處于較小狀態(tài)，則需要避免設(shè)備產(chǎn)生強烈的震蕩，此時則需要通過一般控制，抑制帶速誤差變壞趨勢；但如果相對速度誤差值進(jìn)行控制，則需要保障變量處于最小狀態(tài)才能維持設(shè)備的穩(wěn)定運行。

（2）當(dāng)輸入變量的變化率與帶速誤差處于不同狀態(tài)時，表明帶速逐漸朝著理想化狀態(tài)發(fā)展，此時通過一般控制測量即可實現(xiàn)對速度誤差的有效控制，以便保障設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)；但是如果輸入的帶速誤差較小，則需考慮對震蕩的控制，以便防止調(diào)控幅度過大，這樣可以采取最小控制措施降低速度產(chǎn)生的偏差。

從上述分析可以看出，采取中心平均法作為清晰化分析方法與模糊理論進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)清晰化分析方法雖然計算簡單，但是計算內(nèi)容量大；雖然可以保障控制的時效性與連續(xù)性，但是與模糊控制理論在精準(zhǔn)性上的相比則存在較大的差距，模糊控制理論可以提升控制的針對性，所以基于量化因子展開控制能夠更好的實現(xiàn)理想控制目標(biāo)。

2 帶式輸送機自動控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

由于帶式輸送機的運行環(huán)境相對惡劣，存在諸多不穩(wěn)定以及干擾性因素影響著設(shè)備的運行，因此，在其控制系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)始終堅持提升控制可靠性的原則，文章以型號為西門子S7-300 的可編程控制器為例，對其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了具體分析。系統(tǒng)主要由監(jiān)控層、控制層、設(shè)備層、執(zhí)行層四部分構(gòu)成，為了保障其自動化生產(chǎn)目標(biāo)的實現(xiàn)，控制系統(tǒng)運行始終遵守安全、可靠；成熟、先進(jìn)；規(guī)范；開放與標(biāo)準(zhǔn)；可擴展；可管理六項基本原則。

2.2 系統(tǒng)硬件

本次探究中帶式輸送機自動控制系統(tǒng)中硬件部分的設(shè)計主要包括以下組成內(nèi)容：上位機、PLC 控制柜、操作臺、高低壓開關(guān)柜、UPS 電源柜、保護(hù)裝置、傳感器等內(nèi)容，從其組成部分的功能來看，可以劃分為檢測單元、制定單元、決策單元等三個部分，根據(jù)工作需要在運行中可以采取集中控制、手動與自動相結(jié)合等多元工作方式，保障對設(shè)備的有效控制。具體來講，硬件構(gòu)成中檢測單元是控制的基礎(chǔ)，其通過傳感器發(fā)揮作用，檢測設(shè)備運行中產(chǎn)生的電氣信號、張緊裝置參數(shù)信息、制動裝置參數(shù)信息、變頻器狀態(tài)轉(zhuǎn)變信息、控制信號燈，將這些信號通過傳感器的識別可以直接輸送到控制系統(tǒng)的功能模塊中或I/O 上。而決策單元的存在是基于檢測單元提供的信息及時做出有效、準(zhǔn)確的控制決策，其是整個控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，需要選擇高效運算、安全可靠的硬件設(shè)施，如操作臺、上位機、PLC 主站等都屬于決策單元，其中PLC 主要負(fù)責(zé)接收信號，通過控制邏輯的分析以及相應(yīng)運算及時做出控制指令；上位機主要負(fù)責(zé)信息的匯總、分析、顯示、存儲，并可以實現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制或單獨控制。執(zhí)行單元主要由變頻器、開關(guān)、制動裝置等構(gòu)成，其主要負(fù)責(zé)執(zhí)行PLC 發(fā)出的控制指令。

2.3 系統(tǒng)軟件

軟件設(shè)計主要是為了實現(xiàn)帶式輸送機的張緊控制監(jiān)測、綜合保護(hù)監(jiān)測、制動器監(jiān)測等功能，其中針對設(shè)備運行中高壓變頻器的調(diào)節(jié)主要是通過設(shè)備速度調(diào)節(jié)與控制來實現(xiàn)，在設(shè)備運行中通過程序可以通過邏輯展開對數(shù)字的預(yù)算，并使主變頻器接收全部的頻率控制信號，這樣可以實時、完整的對設(shè)備運行參數(shù)以及有效信息進(jìn)行采集，保障邏輯運算結(jié)果的準(zhǔn)確性以及高效性，這是控制系統(tǒng)發(fā)揮作用的核心環(huán)節(jié)。同時，在軟件設(shè)計環(huán)節(jié)，仍要考慮到上位機的運行需要，其作為控制系統(tǒng)監(jiān)測與控制的核心，應(yīng)保障其硬件以及軟件的可靠、穩(wěn)定，才能保障控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，因此，在設(shè)備運行前，啟動開關(guān)裝置時需要通過查詢系統(tǒng)對變頻器設(shè)備信號、張力章程信號、綜合保護(hù)裝置自檢正常信號等信息進(jìn)行全面的檢測，以便滿足設(shè)備啟動的基本要求，從而在設(shè)備運行過程中繪制啟動至實現(xiàn)額定帶速中曲線啟動變化情況，可以直觀的分析設(shè)備的運行狀態(tài)，保障起車環(huán)節(jié)無任何問題。此外，為了有針對性的對帶式輸送機運行過程中的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)規(guī)避壓煤、無煤待機、少煤慢運、多煤快運的控制效果，可以基于驅(qū)動功率展開模糊控制設(shè)計，通過確定采集膠帶速度與速度上限進(jìn)行對比，如果其速度超過額定速度范圍，則采取降低頻率措施；而如果小于額定速度，其可以通過計算速度差以及變化率確定最終的輸出頻率，從而提升控制的精準(zhǔn)性，以便能夠根據(jù)不同的運行狀態(tài)做出不同的反應(yīng)，保障控制效果以及控制的及時性。

在具體應(yīng)用過程中，使用額定參數(shù)為電機功率900kW、電壓10kV、速度每秒4m、運量每小時1800t 的帶式輸送機作為仿真模擬對象，通過模糊控制理論以及一般控制系統(tǒng)對其運行展開控制。通過繪制的帶速曲線圖與電流曲線圖可以發(fā)現(xiàn)模糊控制理論下的自動化控制系統(tǒng)曲線基本平滑，未出現(xiàn)較大的波動與突變，這在一定程度上也表明模糊理論控制下設(shè)備的運行相對穩(wěn)定。而保障其它參數(shù)不變，將運量調(diào)整為每小時1200t 后，一般控制系統(tǒng)則未發(fā)揮出對運量以及帶速有效控制與調(diào)節(jié)的作用，但模糊控制可以根據(jù)運量對設(shè)備帶速進(jìn)行調(diào)整，而且曲線平滑，可以明顯的看出電流的下降。由此可以看出。模糊控制理論在帶式輸送機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有極高的可行性。

3 結(jié)束語

綜上所述，模糊控制理論在帶式輸送機自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用合理的解決了傳統(tǒng)控制模式中速度調(diào)節(jié)與軟起動之間的沖突與矛盾，并且提升了控制效果，對實現(xiàn)帶式輸送機運行的環(huán)保效益以及經(jīng)濟效益有著重要的意義，因此，希望可以為廣大設(shè)計人員提供參考，以便實現(xiàn)帶式輸送機自動化控制的科學(xué)優(yōu)化。