一种皮带机控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种皮带机控制装置，包括：用于测量皮带机上的物料的流量数据的激光皮带秤；根据所述流量数据输出控制信号的控制器，所述控制器通过4-20mA接口与所述激光皮带秤连接；根据来自所述控制器的控制信号控制皮带机的运行速度的变频器，所述变频器通过网络接口与所述控制器连接，所述变频器的电源输出端口与所述皮带机的电机连接。采用本实用新型皮带机控制装置后，不仅避免了放射源的使用、降低了成本，而且还提高了控制的精确度和实时性。
【专利说明】一种皮带机控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤矿井下运输领域，尤其是涉及一种皮带机控制装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国煤矿生产和货运能力的飞速发展，皮带机负荷越来越大，对工作安全性、可靠性和经济性要求也越来越高。实现输送带上物料的实时流量控制，是保证产量均衡、防止皮带满载的一种有效手段。
[0003]目前，在煤矿井下运输领域中应用最广泛的皮带机控制装置主要有以下两种:
[0004]第一种装置是利用电子皮带秤进行反馈控制，从而维持皮带机的流量稳定。首先对于电子皮带秤用于皮带机的反馈控制，最大的局限性在于电子皮带秤存在“皮带效应”，即在检测过程中皮带自身因素对测量结果的影响，包括:皮带张力、皮带刚度、皮带自重、皮带倾角、皮带磨损等。在煤炭行业，由于带速快、流量大、皮带张力大、现场条件复杂等原因，电子皮带秤的“皮带效应”尤其明显。其次，电子皮带秤的秤架庞大、沉重，安装时需要对输送机的支架进行加固，安装要求高。再次，电子皮带秤属于接触式测量，为保证精度，使用中需要进行皮带纠偏、托辊校准等，需要操作者精心维护并使用挂码、链码调校，维护、标定工作量极大。在实际使用中，特别是在煤矿井下这种现场环境复杂、物料流量大、皮带震动大、灰尘多、电磁干扰大的情况下应用，往往不能达到标称精度，无法实现精准的实时反馈控制。
[0005]第二种装置是利用核子皮带秤进行反馈控制。此装置的的局限性也很多。首先，放射源的使用、管理和保管制度非常严格，需要投入大量的人力和物力进行监管，不仅费用高，而且存在很大的安全隐患。其次，由于核子皮带秤的原理是利用射线穿透煤层后的强度衰减情况进行检测，所以在检测时容易产生形状误差，同样重量的煤，当截面形状、物料粒度不同时，核子皮带秤的测量结果会有很大区别。再次，由于核测量的随机性，想要获得比较稳定的测量数据，往往经过需要较长时间的平滑处理，数据的实时性较差，当用于实时反馈控制的情况下，可能会发生无法及时响应、控制滞后的情况，甚至可能导致系统发生震荡，控制失效。
实用新型内容
[0006]有鉴于此，本实用新型提供一种不含放射源、精确度高、成本低、实时性强的皮带机控制装置。
[0007]所述皮带机控制装置包括:
[0008]用于测量皮带机上的物料的流量数据的激光皮带秤；
[0009]根据所述流量数据输出控制信号的控制器，所述控制器通过4_20mA接口与所述激光皮带秤连接；
[0010]根据来自所述控制器的控制信号控制皮带机的运行速度的变频器，所述变频器通过网络接口与所述控制器连接，所述变频器的电源输出端口与所述皮带机的电机连接。[0011]进一步,所述激光皮带秤包括:
[0012]图像采集器，所述图像采集器设置在皮带机的上方；
[0013]激光器，所述激光器设置在皮带机的上方。
[0014]进一步,所述激光皮带秤还包括:
[0015]速度传感器，所述速度传感器设置在所述皮带机的下方。
[0016]进一步，所述控制器是PLC控制器，所述PLC控制器通过4_20mA接口与所述激光
皮带秤连接。
[0017]进一步，所述控制器是PID控制器，所述PID控制器通过4_20mA接口与所述激光
皮带秤连接。
[0018]进一步，所述变频器通过RJ45网络接口与所述控制器连接。
[0019]采用本实用新型皮带机控制装置后，不仅避免了放射源的使用、降低了成本，而且还提高了控制的精确度和实时性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面将通过附图详细描述本实用新型中优选实施例，将有助于理解本实用新型的目的和优点，其中:
[0021]图1是本实用新型皮带机控制装置的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型皮带机控制装置的激光皮带秤的部分部件安装位置示意图；
[0023]图3是本实用新型皮带机控制装置优选实施例进行反馈控制的系统模型。
【具体实施方式】
[0024]图1是本实用新型皮带机控制装置的结构示意图。如图1所示，所述皮带机控制装置包括激光皮带秤2、控制器3和变频器4。所述激光皮带秤2用于测量皮带机I上的物料6的流量数据，并将数据发送到所述控制器3 ;所述控制器3接收来自所述激光皮带秤2的流量数据，根据所述流量数据输出控制信号到所述变频器4 ;所述变频器4接收来自所述控制器3的所述控制信号，根据所述控制信号控制所述皮带机I的电机5运转，从而控制所述皮带机I上物料6的流量。所述控制器3通过4-20mA接口与所述激光皮带秤2连接；所述变频器4通过网络接口与所述控制器3连接，所述变频器4的电源输出端口与所述皮带机I的电机5连接。
[0025]图2是本实用新型皮带机控制装置的激光皮带秤的部分部件安装位置示意图，如图2所示，所述激光皮带秤2的图像采集器21设置在皮带机I的上方，所述激光皮带秤2的激光器22设置在皮带机I的上方。所述激光皮带秤2的速度传感器23设置在所述皮带机I的下方。
[0026]所述激光器22发出的激光射向所述皮带机I上的物料，在所述物料上形成光截面，所述图像采集器采集所述光截面数据，所述速度传感器23采集的所述皮带机I的运行速度数据。所述激光皮带秤2将所述物料的流量数据(包括:光截面数据和所述速度数据)通过4-20mA信号输出到所述控制器3。所述控制器3通过DH+接入环网，所述变频器4通过RJ45网络接口接收来自所述控制器3的数据。
[0027]优选地，所述流量数据还包括所述激光皮带秤2所标定的所述物料6的密度数据。[0028]优选地，所述控制器3可以选为PLC控制器，所述PLC控制器通过4_20mA接口与所述激光皮带秤连接。
[0029]优选地，所述控制器3可以选为PID控制器，所述PID控制器通过4_20mA接口与所述激光皮带秤连接。
[0030]在本实用新型所述皮带机控制装置进行皮带机流量控制时，整个控制系统可以看成一个由离散时间信号组成的系统。假设工艺点上某一秒内的物料重量流量为G(t)，它与该秒内通过工艺点的物料截面积平均值S(t)、该秒内物料平均堆积密度P (t)，以及该秒内的皮带机平均速度V (t)的关系如下:
[0031 ] G (t) =S (t) Xp (t) XV (t)
[0032]在所述控制器3中设置物料安全流量值，与实际流量值G(t)比较，根据比较运算结果实现对皮带机I的带速控制，从而控制皮带机I的物料流量。
[0033]在实际应用中，所述激光皮带秤2的安装测量位置与要求流量平稳的工艺点之间往往有距离，假设这段距离为L，则两位置之间存在时滞为T=L/v(v为此段时间内的平均速度)。实际上，所述皮带机I的运行速度一般不是匀速运动，而且时间段内的平均速度也不容易求出，因此可以用另一种方式进行:对于每一秒的检测结果，创建一个数组。数组的第一个元素为第一秒内的平均截面积S，数组的第二个元素为第一秒内的平均速度V，数组的第三个元素为自第一秒起，所有速度的积分。假设to秒的平均截面积为S0、速度为vO ；tl秒的平均界面剂为S1、速度为vl，以此类推。则通过数组内速度积分与L相比就可以判断出to秒物料是否到达检测位置。
[0034]根据此假设建立一个基本的离散时间下的反馈系统模型，图3是本实用新型皮带机控制装置优选实施例进行反馈控制的系统模型，其中:反馈系统输入量V (t-1)是检测时间点上一秒的平均速度；v(t)是调节后这一秒的速度；反馈系统输出量G(t)是调节后一秒的流量值；G是指定流量值；反馈通路系统函数为(G(t)-G)/S(t-x)。
[0035]根据图3所示的反馈控制模型，利用当前流量与给定流量之差与当前截面积之比作为反馈依据，进行所示皮带机运行速度的反馈控制。
[0036]虽然本实用新型是参考其优选实施例示出和描述的，但本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离附属的权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种改变。
【权利要求】
1.一种皮带机控制装置，其特征在于，包括: 用于测量皮带机上的物料的流量数据的激光皮带秤； 根据所述流量数据输出控制信号的控制器，所述控制器通过4-20mA接口与所述激光皮带秤连接； 根据来自所述控制器的控制信号控制皮带机的运行速度的变频器，所述变频器通过网络接口与所述控制器连接，所述变频器的电源输出端口与所述皮带机的电机连接。
2.根据权利要求1所述的皮带机控制装置，其特征在于，所述激光皮带秤包括: 图像采集器，所述图像采集器设置在皮带机的上方； 激光器，所述激光器设置在皮带机的上方。
3.根据权利要求2所述的皮带机控制装置，其特征在于，所述激光皮带秤还包括: 速度传感器，所述速度传感器设置在所述皮带机的下方。
4.根据权利要求1所述的皮带机控制装置，其特征在于，所述控制器是PLC控制器，所述PLC控制器通过4-20mA接口与所述激光皮带秤连接。
5.根据权利要求1所述的皮带机控制装置，其特征在于，所述控制器是PID控制器，所述PID控制器通过4-20mA接口与所述激光皮带秤连接。
6.根据权利要求1所述的皮带机控制装置，其特征在于，所述变频器通过RJ45网络接口与所述控制器连接。
【文档编号】B65G43/00GK203667488SQ201320835980
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】孟光平, 王占飞, 贺海涛, 关丙火, 李建平, 夏后强 申请人:中国神华能源股份有限公司, 神华神东煤炭集团有限责任公司, 徐州市禹发工矿设备科技有限公司, 北京辰安测控科技有限公司