配料称重自动控制系统 电子皮带秤配料系统的模糊PID控制

ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔ．Ｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｅｌｔｓｃａｌｅｂａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｓｕｃｈａｓｃｏａｌ．ｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｂｕｉｌｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ．ＢｕｔｍｏｓｔｏｆｂａｔｃｈｉｎｇａｎｄｗｅｉｇｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｓｔｉｌｌｕｓｅｄｎｏｒｍａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍａｔｐｒｅｓｅｎｔｗｈｏｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅａｄｊｕｓｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｔｉｍｅｏｆｓｔｅｐｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｈａｖｅｈｉ２９ｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ．ＳｙｓｔｅｍｏｆｆｉｘｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａＳｇｏｏｄａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｑｕａｌｉｔｙｃａｎｒｅａｌｉｚｅｅｒｒｏｒ－ｆｌｅｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎｄｈａｓｉｔｓｒｅａｌａｄｖａｎｔａｇｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｓｍａｌｌｅｒｒｏｒｂｕｔｉｔｓｄｙｎａｍｉｃｆｅａｔｕｒｅｉｓｎ＇ｔｉｄｅａｌａｎｄｏｖｅｒ－ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｑｕａｎｔｉｔｙｉｓｎｏｒｍａｌｌｙｌａｒｇｅｗｈｅｎｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓｌａｒｇｅ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｆｏｒｅｉｇｎａｎｄｄｏｍｅｓｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｂｅｌｔｓｃａｌｅｂａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃａｎ＇ｔｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ＳＯｔｈｉｓｔａｓｋｄｅｓｉｇｎｓａｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｂｅｌｔｓｃａｌｅｂａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｆｏｒｂａｔｃｈｉｎｇｓｅｃｔｉｇｎ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍＵＳｅｓｆｕｚｚｙ＿ＰＩＤｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎＰＬＣ，ｒｅａｌｉｚｅｓａｕｔｏｍａｔｉｃｂａｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｏｆｂｅｌｔｓｃａｌｅｂａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄＣａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｏｖｅｒ－ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｅｌＴＯＬＭａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｃｌｕｄｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌ，ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ａｔｆｉｒｓｔｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｐｌａｎ，ｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｙｓｔｅｍ，ｓｕｇｇｅｓｔｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｗｅｉｇｈｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔａｌｓｏｇｒｅａｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｍ．Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｃｈａｐｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｐｌａｎａｎｄｂａｓｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌａｎｄｍａｉｎｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｂａｔｃｈｉｎｇｂｅｌｔｓｃａｌｅ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｌｏａｄｃｅｌｌａｎｄｓｐｅｅｄｍｅａｓ唧ｅｍｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｏｒａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇｄｅｓｉｇｎａｎｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｕｚｚ鼍ｊＩＤｃｏｍｂｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄａｐｐｌｉｅｓｂｏｔｈｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩＤａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｂａｔｃｈｉｎｇｃｏｎｔｒ０１．Ｔｈａｔｉｓｔｏｓａｙｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｎｓｉｔｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｌｌ

Ａｂｓｔｒａｃｔ＿一一一————————————————————————————————————————————————一ａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｂａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｆｕｚｚｙ．ｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｍｂｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｆｏｒｍｅｄｂｙｍａｔｃｈｉｎｇｏｒｉｇｉｎａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ０ａｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｂｅＲｓｃａｌｅｂａｔｃｈｉｎｇｓｖｓｔ锄ａｎｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｂａｔｃｈｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｂａｔｃｈｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ・ＴｈｅｐａｐｅｒｔｈｅｎｄｅｓｃｒｉｂｅｓｍａｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｔｒｏｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｕｓｉｎｇＰＬＣｔｏｒｅａｌｉｚｅｈａｒｍｏｎｉｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃｏａｌｆｅｅｄｉｎｇｐｏｗｅｒｏｎｓｉｔｅｓｏａｓｔｏｍａｋｅｂａｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｂｌｅｔｏａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｉｎｉｓｈａｌｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｌｏａｄｉｎｇ，ｗｅｉｇｈｉｎｇ ａｎｄ ｂａｔｃｈｉｎｇ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｄｒｏｐ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｓｓｕｅｓ・ Ｆｉｎａｌｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓｓｕｅ ｏｆ ｂｅｌｔ ｓｃａｌｅ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｓｃａｌｅ，ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｂａｔｃｈｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｇｒｅａｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｃｙ；ｄｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂｅｌｔ ｓｃａｌｅ；ｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ；Ｍａｔｌａｂｂａｔｃｈｉｎｇ ＩＶ

目录 目录 １、绪论…………．…………………．……………１ １．１课题背景及其意义………………………………………．１ １．２系统工作现状及工艺难点问题………………………………１ １．２．１皮带秤配料系统的现场结构组成…………………………………２ １．２．２一般的控制方案……………………………………………．．３ １：２．３现有配料系统的难点问题………………………………………４ １．３本设计解决的问题及主要内容………………………………５ ２、皮带秤配料系统工作原理及总体设计方案………………．６ ２．１皮带配料系统组成及工作原理………………………………６ ２．１．１皮带秤配料系统组成…………………………………Ｊ………６ ２．１．２皮带秤．１：作原理……………………………………………．．８ ２．２配料皮带秤工作方式……………………………………………８ ２．２．１拖料式配料方式……………………………………………．．８ ２．２．２恒速配料方式…………………．：…………………………．９ ２．２．３双调速式配料方式……………………………………………９ ２．３皮带秤配料系统总体设计…………………………………１０ ２．４测速传感器的选择………………………………………１４ ２．４．１磁阻式测速传感器…………………………………………．．１４ ２．４．２光一电式测速传感器…………………………………………１４ ２．５称重传感器的选择………………………………………１５ ２．５．１量稗的选择………………………………………………．．１５ ２．５．２灵敏度的选择………………………………………………１６ ２．５．３称重传感器结构类型的选择………………．：…………………．１６ ２．５．４人线制长线补偿技术…………………………………………１７ ２．６配料系统电动机的调速控制方案……………………………１８ ２．６．１交流变频调速原理…………………………………………．．１８ ２．６．２变频器的控制同路设计………………………………………．２０ ３、 电子皮带秤模糊ＰＩＤ控制…………………………………．．２１ ３．１概述…………………………………………………２１ ３．２系统的控制模型设计……………………………………．２２ ３．３模糊控制技术…………………………………………．２３ ３．３．１模糊控制原理……．………………………………………．．２３ ３．３．２模糊控制器的设计及实现……………………………………．２４

目录 ４、 电气控制系统…………………………………．．３３ ４．１配料过程的动力控制……………………………………．３３ ４．１．１ ＰＬＣ的特点和配置…………………………………………．３３ ４．１．２动力控制部分的设计………………………………………．３５ ４．２称量落差补偿问题………………………………………３７ ５、模糊ＰＩＤ控制算法仿真……………………………４０ ‘５．１概述…………………………………………………４０ ５．２模糊ＰＩＤ控制算法仿真…………………………………．．４０ ６、结论…………………………………………．４４ 参考文献………………………………………．…４５ 致谢……………………………………………．．４６ Ｖｌ

第一章绪论 １、 绪论 １．１课题背景及其意义 电子皮带秤是工业生产过程中对皮带传送的散装固体物料进行连续称量的 计量设备，在科学技术日益发展的今天也随之日益改进，不仅要求称量准确， 在冶金、煤炭、化工、烟草、水泥等行业中还要求称量过程能大幅度提高生产 效率。原料在输送中进行动态连续称量的同时还要在输送中对流量进行调节、 控制，以达到准确的配比。 本设计主要针对的是皮带秤配料系统中配料这一环节，因为配料的质量如 果达不到要求，一是会浪费原材料，二是影响生产的顺利进行，重则影响和生 产效率，在某些重要生产岗位上，配料失误甚至会酿成事故。可见配料精度与 配料速度影响着整个生产的质量和产量，所以要对配料过程的质量和有足够的 重视。 皮带秤有如下几个特点： （１）皮带秤的计量对象是连续流动的物料可以显示物料的瞬时流量和在某 一段时间内的累计流量。 ・（２）皮带秤是在皮带运行中进行测量，所以测量的稳定性很重要。当物料多 少不等、皮带轻重不均匀和上下跳动以及皮带速度发生变化时，皮带秤应有较 好的适应能力。 ’（３）由于传送皮带速度大多在１～２ｍ／ｓ左右，故皮带秤必须具有较高的响应 速度。 现实中，许多皮带秤的控制精度并不很理想，易发生故障，在复杂的生产 工艺中不能适应一些恶虐的环境。所以仅仅是传统的ＰＩＤ控制是不能实现良好的 调节效果的。鉴于此状况，需要设计技术更为先进，更合理有效的设计方案。 本课题设计的电子皮带秤自动配料系统能有效解决动态计量衡器的控制精 度问题。可以完全替代原有的陈旧设备，应用模糊控制使得系统具有优良的性 能，就配料系统而言，配料环节采用模糊控制后，可以提高配料速度及质量， 也降低了工人的劳动强度。从更深的角度去说，是为企业创收，为国家经济发 展做出贡献。 １．２系统工作现状及工艺难点问题 １．２．１ 皮带秤配料系统的现场结构组成

第一章绪论 如图１．１所示是配料系统的结构组成图，本结构图中有４个称重单元，每个 单元有料仓、给料电机、皮带秤组成。这是一种使用最为广泛的皮带秤配料系 统，也是最简单最基本的结构形式。 煤炭、化工、水泥等行业中的配料系统是要把多种原料按照一定的配比混合 到一起。本设计研究的是４种原料的混合。系统共设有４个给料仓，每个给料仓 通过各自的给料电机来控制给料速度，进而调节给料量。电机的调速方式有多 种，在第二章中分析了电机的调速方式。物料到达皮带秤后，由皮带秤测量原 料的瞬时流量以及累计流量等数据送入控制器去控制执行器。每个料仓的下料 最后到达主皮带，混合后再送入下一级。 称重单元ｌ 称重单元４ 给科 图１．１配料系统组成图 １．２．２一般的控制方案 目前各行业中使用的电子皮带秤的生产厂家也比较多，一些厂家采用的是用 基于单片机的ＰＩＤ调节，这样的配料系统控制精度不高，可靠性也不高。而一 些大型厂家的皮带秤配料系统则是基于ＰＩＤ调节器和ＷＩＮＤＯＷＳ平台的。系统中 的传感器将测量到的信号送到称重仪表，皮带秤仪表将接收到的重量信号和速 度信号经积算后以４～２０ｍＡ模拟电流的形式送至ＰＩＤ调节器，ＰＩＤ调节器根据 测量的瞬时流量值与设定流量值的偏差，进行比较运算后通过变频器去调整电 机的转速，以达到稳定瞬时流量的目的。如果需要改变流量或者配比时就可以 直接在调节器上操作，操作起来简单方便快捷。 具体控制过程如下图。第ｉ号给料机的控制方框图模型如图１．２所示。

第一章绪论 图１．２第ｉ号给料机的控制方框图 １．２．３现有配料系统的难点问题 对于现有皮带秤要想使系统稳定，受到干扰时有好的调节品质，而且要求 稳、准、快。那么就需要满足以下几个条件： 第一，物料出量要与给料机的控制电机转速成正比。 第二，皮带秤系统结构要稳定，由实践总结出一些共同的结构性质，对调 节对象的动态特性有影响的性质有：容量系数、阻力、传递距离。容量系数大， 对象抵抗扰动的能力强，被调量在受扰动后变化慢，呈现较大惯性。反之，容 量系数小，被调量变化快，惯性小；调节对象的阻力或大或小，例如，物料在 下料时会遇到仓壁或阀门等给它的阻力，所以阻力也是调节对象的一种结构性 质；物料在运送过程中有一定的传送距离，从而有一定的传递时间，这也是控 制的难点。 第三，ＰＩＤ的三个参数的设置要合理。 只有这些条件都满足，而且他们之间相互配合，才可以获得令人满意的控 制效果，调节器才可以稳定快速的运行。 当然在这些条件中系统自身结构的稳定是最基本的，只有在这个前提下，才 能去设置合理的ＰＩＤ控制参数，传统的ＰＩＤ控制对参数固定的系统有好的调节品 质，因为它的参数整定是按照阶跃响应的过渡过程去整定的。所以理想中可以 做到无误差。但是，实际生产中不可能做到像上述描述中的那么理想，实际电 子皮带秤自动配料系统的控制精度会受到如下多个因素的影响。 首先是物料物理特性的影响，物料的粒度、湿度、温度会因为外界因素的变 化而变化，这样给料设备无法正常工作供料。比如物料在气温低或者湿度大时 会出现结块的情况，从而影响给料设备的给料，应该采取一些保护措施。保证 物料不结块、结球，粒度保持一致，水分适中，流动性好。这样才能达到控制 准确度指标。湿度的影响一般在皮带受潮最初的１５分钟之内能及时的调整零点，

第一章绪论 可以消除，当湿度变化剧烈时，此影响要引起重视。 第二是设备机械震动和设备安装的影响，皮带传输物料时机械振动会造成瞬 时流量不稳定，要尽量避免机械振动对系统控制精度的影响。安装时要尽量避 免周围输送设备的振动。给料设备的安装要严格按照要求，否则会把设备安装 精度的误差转化为给料量的误差，使系统控制精度降低。 另外还有料仓形状的影响，料仓的形状有多种，要选择适合物料下放的形状 及内壁材料，防止“悬料＂现象的发生。 。综合以上的影响，物料瞬时流量的测量误差会较大，再加上系统工作时工艺 现场受其它外界的干扰，比如仪表附近的大功率变频器、电磁波的干扰、电机 的频繁启停等现场情况，都使系统计量准确度和配料精度降低。通常只是工作 人员根据多年的工作经验人工给出粗略的ＰＩＤ参数。使系统在一个较宽范围内控 制。还需解决的问题有：电机调速方式的选择：传感器的选择：系统抗干扰能力 的提高：管理软件的设计：系统调试等问题。 １．３本设计解决的问题及主要内容 本设计要解决的问题是物料在皮带传送过程中的控制精度问题，基于考虑上 节提到的配料系统现存的难点及影响系统控制的诸多因素，本设计主要在配料 环节中采用模糊ＰＩＤ控制，即综合模糊控制技术和传统ＰＩＤ控制。

本设计的主要 内容是结合皮带秤的现状及实际工艺中遇到的难点问题给出自己的设计方案。 在保证系统称量精度及控制精度的前提下，选择合理的软硬件配置。从而提高 系统的总体设计方案。通过系统分析结合配料系统的现场实际工作情况，由模 糊控制技术的理论，给出模糊控制结构框图。根据模糊控制器的设计步骤，设 计出与传统ＰＩＤ相结合的模糊ＰＩＤ控制器。解决了皮带秤配料系统的控制及误差 调节问题，从而提高配料系统的配料速度及精度。最后通过仿真看出，引入模 糊控制后，在系统受到干扰出现偏差时调节效果很好。解决了原配料系统有较 大的误差，动态特性不理想，超调量较大时的控制精度及配料速度问题，大大 提高了系统的计量精度和配料速度。 为了保证整个控制系统的可靠性，选用研华工控机作为上位机，内装四端口 串行扩展卡。工控机与４台称重配料仪表采用ＲＳ２３２通讯协议。上位机软件在 Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，采用汇编语言编写，实现全汉化用户界面。程序由生产监控、系 统设置、物料设置、客户管理、任务管理和配方管理及各种统计报表等模块组 成，具有界面友好、操作简便、功能强大等特点。使整个系统实现了自动化，节

第一章绪论 省了劳动力，提高了生产效率。 本论文第二章阐述了皮带秤配料系统的总体结构设计；第三章是具体分析模 糊ＰＩＤ控制器的设计过程；第四章是控制系统电气部分的具体实现；第五章用 ＭＡＴＬＡＢ软件对模糊ＰＩＤ控制进行仿真。 ５

第二章皮带秤配料系统．Ｊ：作原理及总体设计方案 ２、 皮带秤配料系统工作原理及总体设计方案 皮带秤配料系统中配料皮带秤作为在线测量的动态称量衡器，有着重要的 作用，目前已广泛用于冶金、煤炭、烟草、化工、建材等行业中，是集输送、 称量、配料于一体的设备。皮带秤仪表除了显示瞬时流量和累积流量外，还能 根据由接线盒传过来的数据与给定值的偏差来控制给料机的给料，从而保证瞬 时流量的恒定。这样就构成了一个闭环控制系统。 ２．１皮带秤配料系统组成及工作原理 ２．１．１皮带秤配料系统组成 配料皮带秤系统结构如图２．１所示，由三大部分组成，分别是料斗、给料设 备和皮带秤。 图２．１中： Ａ一称重传感器： Ｂ一测速传感器； Ｃ一称重托辊； Ｄ一接线盒： Ｅ一称重仪表。 图２．１皮带秤结构图

第二章皮带秤配料系统：Ｊ：作原理及总体设计方案 简要介绍一下各部分的功能： １、料斗 料斗主要将物料通过给料设备送至配料皮带秤。料斗一般用普通薄钢板或 镀锌薄板冲压或焊接而成。输送磨损性强的物料时料斗的边缘常用折边，卷入 钢丝和附加衬板加强，以防止快速磨损。为了防止料斗内聚集和沉附物料，前 后壁多做成圆弧连接，略带斜角。安装时，也要注意位置距离要合适，避免下 料时对皮带秤的冲力。 ．２、给料设备 皮带秤配料系统是通过给料设备把物料送入下一级的，给料速度决定了物 料流量，给料速度又是通过调速电机去控制的。在调速配料方式中由配料皮带 秤本身代替，而在恒速配料和双调速配料方式中给料设备是一个独立设备。给 料设备也是形式多样，有电磁振动给料式、圆盘给料式、密封叶轮给料式、螺 旋给料式等，对于粘性和含有少量水分的粒状物料可以选择电磁振动给料式或 者圆盘给料式：对于干燥的细粉末状物料可以选择密封叶轮给料式或者螺旋给 料式。实际当中要根据物料的特性进行选择，而且设备要可以接收上一级的 ４～２０ｍＡ（或１～５ｙ）模拟信号。在本设计中，针对物料的物理特性选择的是电 磁振动给料式给料设备。 另外，对给料设备的基本要求是： １）应能保证一定的给料量，便于随时调节其给料量； ２）给料量的准确度应能满足生产工艺的要求； ３）应满足生产过程中其它工艺要求，如自动计量、自动控制等； ４）给料设备应结构简单、紧凑、工作可靠、便于维护。 ３、配料皮带秤（机械部分和电气部分） 配料皮带秤机械部分由秤架和皮带传输组成，其中秤架是皮带秤的荷重承 受和重力传递装置，按照外部特性进行分类，秤架可以分为多托辊式、单托辊 式和悬臂式三种。 配料皮带秤电气部分由称重传感器、测速传感器、称重仪表和调速电机等 部分组成。各部分的工作情况是：当料仓中的物料由给料设备投入到配料皮带 上，物料随皮带运行到达称量点时，由称重传感器Ａ将物料的重量转化为电信 号，由测速传感器Ｂ将皮带的速度值转化为电信号，信号经过接线盒Ｄ进行汇 总后送入称重仪表Ｅ，仪表再对采集到的信号进行相应的运算、处理，最后转化 为瞬时流量和累积流量。与此同时称重仪表输出一个标准的控制信号到调速电

第二章皮带秤配料系统：Ｉ：作原理及总体设计方案 机来调节给料速度，使物料流量保持稳定，最终可以使系统的配比更为准确。 ２．１．２皮带秤工作原理 皮带秤的计量对象是连续流动的物料，可以显示物料的瞬时流量和在某一 段时间内的累计流量。皮带秤是在皮带运行中进行测量，所以测量的稳定性很 重要。当物料多少不等、皮带轻重不均匀和上下跳动以及皮带速度发生变化时， 皮带秤应有较好的适应能力。所以皮带秤的主要特点是连续、自动地称重。 如果测单位长度的瞬时流量，一段距离的物料重量，或在一段时间和一段 距离的累积重量。这些量的计算可采用积分法和累加法两种方法进行计算。在 本设计中采用积分法表示一段时间的累积流量。电子皮带秤输送物料时，物料 的瞬时流量为：ｑ×’，（ｋｇ／ｓ），其中ｇ（ｋｇ／ｍ）为皮带上单位长度的载重，ｖ（ｍ／ｓ）为 同一时刻皮带运行的速度。但是实际中，单位长度的载重与物料本身特性有关， 可能出现不均匀的情况。所以在丁时间间隔的累积流量可用以下积分式（２．１）表 示： 。Ｗ＝ｆ ｑ（ｔ）ｖ（ｔ）ｄｔ （２．１） 形一丁时间间隔的物料累积量堙或ｔ： ．丁一物料通过秤的时间Ｓ或ｈ： ｇ（ｆ）一皮带单位长度上的物料重量堙／ｍ： ．矿（ｆ）一物料在皮带上的运行速度ｍ／ｓ． 皮带秤是按照力学中的悬索原理工作的，皮带的力平衡关系介于弹性静不 定和柔性悬索之间，因为皮带的横向能力小，更接近于悬索状态，所以皮带秤 的计量是以线分布密度代替体分布，按流量进行测量的。 ２．２配料皮带秤工作方式 ．配料皮带秤是装有皮带秤整个称量装置的皮带输送机，其中给料设备是调节 物料多少的，按照给料设备调速方式的不同，配料皮带秤有以下几种工作方式： ２．２．１拖料式配料方式 拖料式配料的皮带秤指的是无专用的给料机，仅用皮带机调速方式的配料 皮带秤。所以也称作调速配料方式。配料皮带秤直接安装在进料斗的下方，以 拖料的方式从进料斗中拖出物料。这样可调速的皮带机既完成物料的称量任务， 又完成物料量多少的调节任务，所以在拖料皮带秤这种工作方式中，严格地讲， 不能称为无给料机，只是无专用的给料机，给料机的功能由配料皮带秤的皮带 ８