内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
雨水较多，若对物料无保证措施，物料水分受天气的影响有时会粘成球团，在这种情况下，配料准确度是无法保证的，而在我国北方，冬天气温很低，若对物料无保护措施，物料可能结在一起，也同样不能保证准确度，所以，要达到控制准确度指标，物料应不结块、结球，粒度保持一致，水分适中，流动性好。因此一般都在物料仓两边加两个电机作为振动器使用，以防止物料结块。
4)机械震动的影响
配料皮带秤检测出的物料瞬时流量是要参与控制量的输出运算的，是通过瞬时物料流量求出控制量。如果瞬时物料流量不稳定，将直接影响系统的控制准确度。安装时尽量避免将周围输送设备的振动引入到配料秤中。
5)现场环境较为复杂、恶劣，其他外界干扰频繁。如:秤体排列紧凑，秤体周围常安装有大功率给料电机;仪表附近装有大功率变频器，电机经常频繁启停，电磁波干扰大。
由于以上因素的存在，系统误差往往较大，其动态特性并不理想，超调量一般较大，因为不能及时地调整流量，造成系统自身的阻力和传递距离不稳定，设备运转不稳定，系统的结构性质不稳定，最终导致控制系统无法实现理想的控制效果，并调节器的自整定功能也失效[5]。此时，通常只能由操作人员通过一定的经验方法了解系统的动态特性，人工整定出一套粗略的PID参数，使之能够在恶劣的环境条件下以适用于一个较宽的范围。但此时皮带秤的计量性能和配料精度都会受到影响。目前，该问题一直困扰着许多用户，尚没有较为成熟的方法来解决这一问题。
还有其他如：称重传感器、测速传感器的选择；电机调速方式的选择；系统抗干扰设计；动力联锁控制；系统调试；称重管理软件的设计等问题都有待于进一步改进[13]。
1.3 本设计的主要研究内容和解决的问题
本课题针对以上现有皮带配料系统中存在的问题，设计开发了一套合理高效的变频
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调速皮带称重模糊控制配料系统以解决皮带输送过程中的，系统响应速度与控制精度的问题。本设计主要研究内容是针对自动配料环节，采用模糊-PID复合控制技术、将模糊控制技术结合传统的PID控制策略应用在自动配料系统的调节中。论文详细阐述了模糊-PID复合控制系统具体的实现，即通过对自动配料系统的分析，建立合理的控制系统模型，根据模糊控制原理，提出自动配料系统的模糊控制结构和算法，以改进电子皮带秤自动配料系统的控制调节效果，解决了原系统存在的误差较大时，动态特性不理想，超调量较大的问题，从而进一步提高了系统的配料精度和配料速度[6]。
论文第二章阐述了皮带秤配料系统的总体结构设计，第三章说明了电气控制系统的配置实现，第二章和第三章属于系统的硬件设计部分；第四章对模糊-PID复合控制系统进行了详细研究以及部分仿真试验，第五章介绍了系统通信与管理软件的设计思路，第四章和第五章属于系统的软件设计部分；第六章是设计所得出的结论部分。
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第二章 自动配料系统的总体结构设计
2.1 系统总体设计方案和基本组成
以4台皮带秤组成的配料系统为例。本系统主要由配料电子皮带秤、仪表控制柜、动力控制柜、低压开关柜、变频器柜、现场操作盘、工业控制微型计算机、及监控管理软件几部分组成[7]。
1)配料电子皮带秤
配料电子皮带秤对经过皮带的散装物料进行自动地连续称量和累计，具有运输和计量两种功能。称重部分采用电阻应变式工作原理，多托辊杠杆式结构，实际工作时，皮带秤采用恒速计量方式[1]，通过调节上级给料速度来改变物料流量，本类型皮带秤多用于企业内部生产的工艺控制。
2)仪表控制柜
仪表控制柜主要包括4台皮带秤仪表。每台皮带秤仪表接受来自称重传感器的重量毫伏信号和来自测速传感器的带速脉冲信号，计算出流量和累计量，并将流量信号以4～20毫安模拟电流的形式送给工控机，工控机将流量信号与机内设定值比较后，根据一定的控制规则输出4～20毫安调节信号，控制现场给料电机的转速，从而构成单机闭环系统，达到控制某种物料流量的目的。
皮带秤仪表通过RS-485通讯接口与工控机进行通讯。 3)动力控制柜
动力控制柜是动力部分的中央控制部件，安装有电流表、控制按钮、指示灯、可编程控制器(以下称PLC)及电机保护电路，用于监控现场皮带机电流、对现场皮带机和给料设备的启停进行控制、指示电机运行状态、联锁控制及打滑跑偏报警。
PLC通过扩展EM277通讯模块，用PROFIBUS_DP的通讯接口与工控机进行通讯。
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4)低压开关柜
低压开关柜配置有刀开关、断路器、电压表、电流表、电流互感器、隔离变压器等器件为各控制柜和配煤系统动力部分提供电源，同时检测动力电源部分的相间电压和线电流。
5)变频器柜
柜中的变频器，接受来自动力控制柜的开关信号控制上级给料电机的启停，同时亦接受来自工控机的4～20毫安调节信号，来改变输出动力电源的频率，从而控制现场7台给料机的转速。如果变频器功率较大，则必须在柜体中配置散热风扇，以保证变频器能正常工作。
6)现场操作盘
配煤系统电机的现场控制部件，装有控制按钮、指示灯，可在机旁对现场皮带机和给料设备的启停进行控制、指示PLC对电机的命令状态。
7)工业控制微型计算机及软件
工控机作为上位机，通过PROFIBUS双向通讯接口与动力控制柜中的PLC联机，控制PLC 的运行方式，输出开关量量控制信号控制主皮带电机的启停，从而构成完整的配料系统。工控机另留有一个RS485双向通讯接口，以备与全厂的上位工控机通讯。监控软件的主要功能有:根据生产配方和产量目标对称重过程进行自动控制，对称重数据进行统计管理并实现打印，包括对变频器进行调节控制的运算。系统软件有多种现场监控方式和配方输入方式，以适应不同的工程要求，用户可设定报警打印时间等参数。界面采用菜单方式，使用方便，用户可通过鼠标或键盘进行操作，对整个配料系统进行控制和管理。
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2.2 系统工作原理及控制模型
系统开始工作时，工控机首先根据本次生产任务首先进行各种初始化，包括各成分的名称、仓号、产量、标准配比、标准流量等，然后按一定时序控制各给料机和皮带秤的启动，各给料机按一定流量给料，同时工控机读取皮带称重仪的重量信号和累计量数据，根据各成分的累积量值计算当前的实际配比，通过与标准配比的比较修正各给料机的给定量，使系统工作在最佳配比状态，当达到预定产量时，再按一定时序停止各给料机。
该系统的特点是由一台上位机来控制多台给料机，为了实现一定的配比，各给料机之间的工作又是相互联系的，而且给定量要随当前的实际配比进行修改，因此其控制结构是较为复杂的。第i号给料机的控制方框图模型如图2-1所示。
工业控制计算机Pgi△PiPfiFgiEiUiViFi×给定值调整×FUZZY-PID变频器皮带电机Ffi监测单元
图2-1 第i号皮带电机的控制方框图模型
从图2-1中可以看出，该系统属于一个多闭环有关联控制结构。就第i号给料仓而言，有两个闭环和一个前馈，内环是一个FUZZY-PID控制器，据给定流量Fgi去控制调速给料机，使其给料流量Fi控制在理想的给定值Fgi附近。外环根据当前的累积值和希望产量之差△P以及前馈环节的给料机当前流量来修正内环的给定值。控制器采用FUZZY-PID复合控制方式，当偏差较大时采用模糊控制，当偏差减小到较小范围时采用PID控制方式。这样就可以解决系统误差较大，其动态特性不理想，超调量较大的控制难题。具体实现见第四章。
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