基于PID闭环反馈控制的斗轮式取料机系统的研究

发布时间：2017-09-11 02:16

  本文关键词：基于PID闭环反馈控制的斗轮式取料机系统的研究

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【摘要】：作为现今全球范围内煤炭港口中最大的输出港,秦皇岛港主要使用悬臂式斗轮取料机来进行煤炭装船作业。斗轮式取料机是煤炭装船作业过程中的关键,因此斗轮式取料机的作业效率能够直接影响到整个作业过程的工作效率。本文意在探寻一种有效的取料机操作方案,实现取料机自动控制的运行效率最大化。本文首先介绍了斗轮式取料机的机械结构和组成部分,以及其取料的操作方式,提出了一种提高斗轮式取料机作业效率的方法,即保持取料机的瞬时取料量为恒定值。在此基础上,本文引入了闭环自动控制方法,构建了以恒定瞬时取料量为控制目标的PID闭环反馈控制系统。然后,本文设计了整个斗轮式取料机系统基于可编程控制器的控制系统和电气原理,详细介绍了系统采用的各个硬件组成部分和选用型号,对它们各自实现的功能和自身特性也进行了说明。另外,本文将激光扫描仪采集的点云数据转化为三维可视化模型,为取料机进行取料操作提供了很好的技术保障。接下来,本文以西门子S7-400PLC为整个系统的核心部件,回转系统为执行机构由变频器驱动,在斗轮取料机进行取料作业时对悬臂的回转速度大小进行控制,同一时间,皮带秤对输送带上的瞬时料量进行实时检测,与斗轮驱动电机的实时输出电流数据一起作为反馈值。然后用最小二乘法把反馈的数据拟合成曲线,自动控制取料机的瞬时取料量,从而完成了在现场总线基础上的取料机自动控制取料量系统的设计。最后,本文给出了系统上位机的运行环境和通用配置,PLC与计算机的通信配置,设计了终端软件的操作界面,直观地说明了系统正常运行时的工作状态和具体实现的功能。该系统试运行于河北港口集团秦皇岛港股份有限公司第六港务分公司,在系统试运行期间,取料作业效率得到了很大程度的提高,因为人为原因导致的超载作业现象大大减少,取料机对取料量进行自动控制得以实现。
【关键词】：斗轮式取料机 瞬时取料量 智能控制 曲线拟合 最小二乘法
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD50;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 斗轮式取料机的发展状况11-14
• 1.2.1 斗轮式取料机的诞生和发展11-13
• 1.2.2 国内外斗轮式取料机的研究现状13
• 1.2.3 斗轮式取料机的发展趋势13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 斗轮式取料机的组成16-22
• 2.1 取料机的结构组成16-19
• 2.1.1 行走机构16-17
• 2.1.2 回转机构17
• 2.1.3 俯仰机构17-18
• 2.1.4 悬臂式皮带机18
• 2.1.5 斗轮机构18-19
• 2.1.6 尾车19
• 2.2 取料机的工作方式19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 取料机系统的硬件设计22-38
• 3.1 系统的整体构成22-23
• 3.2 硬件的选型23-32
• 3.2.1 系统的主要执行机构23-29
• 3.2.2 数据采集与通信机构29-32
• 3.3 三维模型系统的硬件设计32-37
• 3.3.1 定位方式的实现32-35
• 3.3.2 采集物料数据的硬件设计35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 斗轮式取料机系统的算法设计38-49
• 4.1 取料机系统的技术架构设计38-39
• 4.2 悬臂式斗轮取料机瞬时取料量自动控制技术39-41
• 4.3 基于闭环控制方式的取料量自动控制算法41-43
• 4.4 基于Profibus-DP的回转变频调速算法43-46
• 4.5 料堆可视化的实现算法46-48
• 4.5.1 点云数据的处理46-47
• 4.5.2 料堆可视化的实现47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第5章 斗轮式取料机自动控制系统的软件设计49-57
• 5.1 系统软件及界面设计49-56
• 5.1.1 OPC SERVER的配置49-50
• 5.1.2 通讯PLC配置50-52
• 5.1.3 界面设计52-56
• 5.2 系统的应用与实际运行56
• 5.3 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62

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