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 P L C控制的电加热滚筒杀青 机温度控制系统田． 农枫化研究． 2 0 I 1 ． 3 3 4 1 8 6 1 8 9 ． [ 6 1高春南． 贺新舟， 陆爽， 等． 三菱司编程亭控制器应用技术 f M1 ． 北京 机械I业出皈社， 2 0 1 0 ． 通信地址 江苏省徐州市经济技术开发区桃山路 2 9号徐州 徐工施维英机械有限公司搅拌基地 2 2 1 0 0 4 收稿日期 2 0 1 5 - 0 2 - 2 5 一6 f 船 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m