论文部分内容阅读
摘 要 带式输送机是矿业生产中重要的运输设备，带式输送机胶带运行状况是关系到带式输送机使用寿命的关键。文章结合CST的工作原理进行分析，研究在紧急状况时自动控制系统的积极作用。
关键词 CST；胶带输送机；PID控制；监控系统
中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0011-01
1 可控传动技术（CST）工作原理概述
CST系统是一个装有湿式摩擦离合器反应盘的齿轮变速器，其之所以在胶带输送机的工作中实现起动、停车、调速和功率平衡的功能，是因为其能够对主机摩擦离合器反应盘进行星传动的差动控制。CST主机系统反应盘是根据牛顿流体力学的内摩擦定律来实现其差动控制功能的，这也是其正常运行的基本原理。CST系统的自动监控的实现是建立在PLC之上的，其监视、控制、操作都是通过PLC的控制系统提供接口，由PLC进行即时信息的收集、分析和处理。从本质上来讲，胶带输送机采用CST的目的是减缓或平衡在运行过程中，由于状态的瞬间改变而形成的瞬时尖峰张力，通过时段缓冲降低胶带输送机的应力作用，对其起到保护作用。
2 胶带输送机控制系统设计分析
2.1 系统组成
胶带输送机的监控系统根据其功能分配主要分为两大部分，即PLC和人机界面MHI，通过这两部分的配合实现传送监控、CST可控启动、故障检测及保护装置等需求，这些实时信息在人机界面的触摸屏上显示。一般来说，采用的CST系統具备支持多种通信方式的功能，其系统构成包括电源模块、CPU硬件模块、开关量输入输出模块、继电器触点输出模块、模拟量输入输出模块、高速计数模块和通信模块。
2.2 SLC500系统构架
以SLC500作为监控系统的主框架系统，其在功能实现上包括模块化处理器SLC 500/04、开关量输入输出模块、模拟量输入输出模块、频率量输入模块等，每部分根据功能需要具备不同特点。SLC 500/04在SLC 500/03的基础上进行了改进和功能增补，添加了DH+通讯功能，处理速率高。开关量输入输出模块的LED即时指示每个I/O状态，并且此模块的自锁式装置使得其取放灵活。模拟量输入输出模块可有用户进行选择通道，以便链接各类电信号，并且输出模块具备高精度控制功能。频率量输入模块选用1746-CTR4型号，其可自动校正编码器和各种高速开关的输入进行双向频率，出累计加数外，以Hz为单位的脉冲速率检测亦可实现。
2.3 触摸屏
为实现高性能的色彩显示和突破空间限制，系统选用PanelView 600型号，触摸屏，320×234分辨率，128个触摸单元。为实现多点连接及现场操控，现场触摸屏控制采用DH+网络和PLC通信。DH+网络能够实现基于PLC的点对点通信，传输距离可达10，000英尺。在PLC系统、计算机、数控设备、操作员界面等模块的配合下，DH+网络可实现远程链路组态、编程、故障查询等功能。
3 控制方法研究
结合专业内研究分析及实际运行经验，PID控制是胶带输送机控制系统中最常用、最有效的控制规律，以下研究均是建立在PID算法之上。
3.1 PID控制算法
在CST控制中的PID算法公式为：
其中：Kc—控制器比例系数；—复原项积分系数；Td—比率项微分系数；（E）=SP-PV，SP—定值；PV—过程变量。
CST控制中PID指令是一个复合程序模块，这个模块在框架基础上，程序员更加实现功能需求自主定值功能指令设置，在一个闭环系统中实现PID控制器的作用。相对于完整性的自编程序，这种符合程序模块PID指令编制大大减少了程序员的工作量，减少失误，增加了系统的可靠性。PID初始参数是必须设定的，并且三个控制参数必不可少，分别映射在23个运行参数字中的特定三个字上。在Loop update、Control mode等参数分别设定后，SCP指令整定PV、CV范围，将其传输到PID指令中，然后根据PID算法进行计算输出，然后把控制输出的值放入N7：39中，最后用MOV指令进行数值变换，传递到模拟量输出模块，得到PID指令实现。
3.2 参数整定方法
CST主从驱动控制系统参数设定方法采用二步整定法，是一种典型的串级控制系统，在进行胶带输送机控制运行时，系统处于串级工作状态，整个参数整定过程按照单回路模式，但视其为串级控制系统的一个环节。参数整定采用以下步骤方式。
1）闭合主、副环路，朱控制器比例100%，积分时间最大，微分时间最小，副环整定方法比例4：1，得到副变量比例度δ2S及振荡周期T2S。
2）在副变量比例度为δ2S时，同样方法及状态整定主控器参数，在4：1衰减震动中，得到主变量比例度δ1S及振荡周
期T1S。
3）结合前两步骤中确定的主副变量的比例度和振荡周期，结合主副控制器的选型，将δ1S、T1S、δ2S、T2S代入单回路控制系统整定时设定公式，可计算出主副控制器的参数δ、Ti及Td。
4）最后将控制器的所有参数按照先副后主、先比例后积分、最后微分的顺序设定，之后验证运行曲线，不合适的地方可进行微调。
在CST控制系统中的PID控制方法，确定各环路参数十分重要，这些参数在一定程度上影响到整个系统进行控制的性能，进而影响胶带输送机的运行可靠性和安全性。PID参数整定的软件很多，在实际运行设计中，根据功能要求选择适当的软件进行参数整定十分重要。
4 CST控制系统运行实践分析
在实践工作中，结合单位具体现状，选取计算合理的PID参数下载到SLC500中，然后启动CST主从控制系统运行。在运行中运用RSTREND原件进行胶带输送机工作曲线测定并记录，经过曲线分析，皮带机速度的运行、控制、调整等一系列动作均符合预先给定曲线，说明CST控制系统较好的实现了软起、软停功能，系统运行良好。
参考文献
[1]贾文琪，王雪.胶带输送机远程监控系统的设计[J].工矿自动化，2010（12）.
[2]曹成.矿用带式输送机监控系统研究[D].安徽理工大学，2010.
[3]秦军胜.煤矿胶带输送机分布式监控系统的通信网络[J].中州煤炭，2008（2）.
关键词 CST；胶带输送机；PID控制；监控系统
中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0011-01
1 可控传动技术（CST）工作原理概述
CST系统是一个装有湿式摩擦离合器反应盘的齿轮变速器，其之所以在胶带输送机的工作中实现起动、停车、调速和功率平衡的功能，是因为其能够对主机摩擦离合器反应盘进行星传动的差动控制。CST主机系统反应盘是根据牛顿流体力学的内摩擦定律来实现其差动控制功能的，这也是其正常运行的基本原理。CST系统的自动监控的实现是建立在PLC之上的，其监视、控制、操作都是通过PLC的控制系统提供接口，由PLC进行即时信息的收集、分析和处理。从本质上来讲，胶带输送机采用CST的目的是减缓或平衡在运行过程中，由于状态的瞬间改变而形成的瞬时尖峰张力，通过时段缓冲降低胶带输送机的应力作用，对其起到保护作用。
2 胶带输送机控制系统设计分析
2.1 系统组成
胶带输送机的监控系统根据其功能分配主要分为两大部分，即PLC和人机界面MHI，通过这两部分的配合实现传送监控、CST可控启动、故障检测及保护装置等需求，这些实时信息在人机界面的触摸屏上显示。一般来说，采用的CST系統具备支持多种通信方式的功能，其系统构成包括电源模块、CPU硬件模块、开关量输入输出模块、继电器触点输出模块、模拟量输入输出模块、高速计数模块和通信模块。
2.2 SLC500系统构架
以SLC500作为监控系统的主框架系统，其在功能实现上包括模块化处理器SLC 500/04、开关量输入输出模块、模拟量输入输出模块、频率量输入模块等，每部分根据功能需要具备不同特点。SLC 500/04在SLC 500/03的基础上进行了改进和功能增补，添加了DH+通讯功能，处理速率高。开关量输入输出模块的LED即时指示每个I/O状态，并且此模块的自锁式装置使得其取放灵活。模拟量输入输出模块可有用户进行选择通道，以便链接各类电信号，并且输出模块具备高精度控制功能。频率量输入模块选用1746-CTR4型号，其可自动校正编码器和各种高速开关的输入进行双向频率，出累计加数外，以Hz为单位的脉冲速率检测亦可实现。
2.3 触摸屏
为实现高性能的色彩显示和突破空间限制，系统选用PanelView 600型号，触摸屏，320×234分辨率，128个触摸单元。为实现多点连接及现场操控，现场触摸屏控制采用DH+网络和PLC通信。DH+网络能够实现基于PLC的点对点通信，传输距离可达10，000英尺。在PLC系统、计算机、数控设备、操作员界面等模块的配合下，DH+网络可实现远程链路组态、编程、故障查询等功能。
3 控制方法研究
结合专业内研究分析及实际运行经验，PID控制是胶带输送机控制系统中最常用、最有效的控制规律，以下研究均是建立在PID算法之上。
3.1 PID控制算法
在CST控制中的PID算法公式为：
其中：Kc—控制器比例系数；—复原项积分系数；Td—比率项微分系数；（E）=SP-PV，SP—定值；PV—过程变量。
CST控制中PID指令是一个复合程序模块，这个模块在框架基础上，程序员更加实现功能需求自主定值功能指令设置，在一个闭环系统中实现PID控制器的作用。相对于完整性的自编程序，这种符合程序模块PID指令编制大大减少了程序员的工作量，减少失误，增加了系统的可靠性。PID初始参数是必须设定的，并且三个控制参数必不可少，分别映射在23个运行参数字中的特定三个字上。在Loop update、Control mode等参数分别设定后，SCP指令整定PV、CV范围，将其传输到PID指令中，然后根据PID算法进行计算输出，然后把控制输出的值放入N7：39中，最后用MOV指令进行数值变换，传递到模拟量输出模块，得到PID指令实现。
3.2 参数整定方法
CST主从驱动控制系统参数设定方法采用二步整定法，是一种典型的串级控制系统，在进行胶带输送机控制运行时，系统处于串级工作状态，整个参数整定过程按照单回路模式，但视其为串级控制系统的一个环节。参数整定采用以下步骤方式。
1）闭合主、副环路，朱控制器比例100%，积分时间最大，微分时间最小，副环整定方法比例4：1，得到副变量比例度δ2S及振荡周期T2S。
2）在副变量比例度为δ2S时，同样方法及状态整定主控器参数，在4：1衰减震动中，得到主变量比例度δ1S及振荡周
期T1S。
3）结合前两步骤中确定的主副变量的比例度和振荡周期，结合主副控制器的选型，将δ1S、T1S、δ2S、T2S代入单回路控制系统整定时设定公式，可计算出主副控制器的参数δ、Ti及Td。
4）最后将控制器的所有参数按照先副后主、先比例后积分、最后微分的顺序设定，之后验证运行曲线，不合适的地方可进行微调。
在CST控制系统中的PID控制方法，确定各环路参数十分重要，这些参数在一定程度上影响到整个系统进行控制的性能，进而影响胶带输送机的运行可靠性和安全性。PID参数整定的软件很多，在实际运行设计中，根据功能要求选择适当的软件进行参数整定十分重要。
4 CST控制系统运行实践分析
在实践工作中，结合单位具体现状，选取计算合理的PID参数下载到SLC500中，然后启动CST主从控制系统运行。在运行中运用RSTREND原件进行胶带输送机工作曲线测定并记录，经过曲线分析，皮带机速度的运行、控制、调整等一系列动作均符合预先给定曲线，说明CST控制系统较好的实现了软起、软停功能，系统运行良好。
参考文献
[1]贾文琪，王雪.胶带输送机远程监控系统的设计[J].工矿自动化，2010（12）.
[2]曹成.矿用带式输送机监控系统研究[D].安徽理工大学，2010.
[3]秦军胜.煤矿胶带输送机分布式监控系统的通信网络[J].中州煤炭，2008（2）.