摘要：通過對煤場長期堆煤形成的煤堆外形以及門式斗輪機的

取煤過程進行研究，根據(jù)自動控制原理中的記憶預測控制算法和模糊控制原理推出新型的煤流量自動控制方法和控制系統(tǒng)。該自動控制系統(tǒng)極大地減少了運行中上煤不穩(wěn)的情況，減輕了工作人員的工作強度，延長了斗輪機等設備的使用壽命，提高上煤效率，降低了能耗。

關鍵詞：煤流量 記憶預測 模糊控制 斗輪機

0 引言

門式斗輪機的取煤方式都采用司機手動操作斗輪小車，來固定平移速度進行取煤，主要依靠斗輪司機經(jīng)驗進行操作，由于斗輪司機工作經(jīng)驗的差別，在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)上煤不穩(wěn)定情況，其取煤方式存在以下問題：

①由于在煤場形成的煤堆都呈錐形，如圖1，兩側(cè)取的煤量比中間取的煤量要小，斗輪小車走完一個行程，上煤流量將會時大時小，造成流量不均，如果中間取到的煤量不超過額定流量，則兩側(cè)的煤量就大大小于額定流量，整個行程中取煤效率不高；反之就容易引起超載。

②司機無法準確判斷活動軌道梁傳輸皮帶上的煤流量，一般都通過煤倉前端的電子皮帶秤測出流量后給司機進行提醒，此時已延時幾分鐘時間，司機無法預知當前取煤流量；當發(fā)現(xiàn)明顯超載時，只能操控斗輪小車的啟停來調(diào)整取煤流量。

③斗輪小車的頻繁啟停也會影響其相關部件的使用壽命。

基于上述問題，本文設計一種可實現(xiàn)對門式斗輪機煤流量自動控制系統(tǒng)，采用記憶預測控制和模糊控制算法來自動控制出煤流量的穩(wěn)定，減輕運行人員的工作強度，延長斗輪機等設備的使用壽命，提高上煤效率，降低能耗等。

1 門式斗輪機煤流量的自動控制方案

門式斗輪機取煤一般分四層，在某一煤層取煤時，斗輪小車走完一個行程取的煤形狀俯視圖如圖2，每個行程能取到的煤是兩個平行線所包含的部分（圖2陰影部分），取煤流量即單位時間內(nèi)的上煤重量為：

其中ρ為煤密度；h為一個行程中某一位置處取煤層高；v為斗輪小車的平移速度（可由變頻器輸出頻率控制）；L為每次大車步進長度。

一個行程中L保持不變，由于煤堆成錐形，某一層取煤形狀近似梯形，h隨著斗輪小車取煤時位置的變化而發(fā)生變化，在兩側(cè)時，h較小，中部較大，因此取煤流量在兩側(cè)較小，中部較大，造成取煤流量不均，但如果控制每次大車的步進長度L保持不變，則相鄰行程之間斗輪小車的每個相同取煤位置處的煤流量具有一定的相似性，同時斗輪電流反映斗輪的取煤負載，取煤流量若超載，斗輪電流也一定超過電機的額定電流。

煤堆呈錐形，斗輪在同一層取煤形狀近似梯形，不同行程內(nèi)如果大車前進步長L相同，則取煤的區(qū)域形狀類似；由于斗輪小車的取煤點與裝置離開一段距離，并且在不斷變化，因此檢測到的煤流量相對于取煤點之間存在一變化的延時時間t，由于活動軌道梁上的傳輸皮帶速度恒定，設為V，若取煤點位置（可通過編碼器獲得）與裝置間的距離設為P，則延時時間為t=P/V，即某一固定取煤點的檢測流量延時時間是固定的。

①當斗輪小車以勻速v0完成第一取煤行程，記錄斗輪小車在該行程內(nèi)每個取煤點位置與裝置之間的距離P、當前時刻t1，并記錄流量檢測裝置檢測到的每個時刻點的流量f（t），從而得到并記錄第一行程內(nèi)每個取煤點位置的煤流量：

②在第二取煤行程中，根據(jù)斗輪小車所處的取煤點位置，將前一行程中記錄的在該位置處的煤流量f（P）作為當前的預測煤流量反饋到控制器輸入端實現(xiàn)閉環(huán)模糊控制，如圖3，模糊控制器利用預測煤流量，結(jié)合一定的模糊規(guī)則去控制斗輪機平移速度v，確保該取煤位置處上煤流量穩(wěn)定在額定流量附近，并通過斗輪電流預測超載，提高上煤系統(tǒng)的效率和安全性。同時檢測并記錄該行程內(nèi)斗輪小車在不同取煤點位置的煤流量和平移速度，以供下一取煤行程進行記憶預測。

斗輪電流的作用：實時判斷斗輪小車在取煤過程中是否有煤堆塌方現(xiàn)象的發(fā)生。雖然斗輪電流在取煤過程中時時刻刻都在發(fā)生變化，但是其變化均在額定范圍之內(nèi)。如果突然發(fā)生煤堆塌方，斗輪電流會突然猛增，所以可以將斗輪電流作為判斷是否塌方或超載的依據(jù)，結(jié)合模糊控制算法控制斗輪小車的平移速度，確保斗輪電機安全。

在之后的取煤行程中，依據(jù)斗輪小車的取煤點位置，根據(jù)該取煤點位置上一行程的煤流量與斗輪小車平移速度，使用記憶預測控制算法，實現(xiàn)斗輪小車的變速取煤。即在煤量小的位置控制斗輪小車平移速度快一點，在煤量大的位置控制斗輪小車平移速度慢一點，從而確保上煤效率與設備的安全運行。

2 門式斗輪機煤流量自動控制系統(tǒng)的實施

門式斗輪機斗輪小車行走控制電路改造前如圖4所示，小車行走為雙電機同時驅(qū)動，通過接觸器K001、K002來控制斗輪小車左右行走。保護主要通過熱繼電器F05來實現(xiàn)。

控制電路改造后如圖5所示，小車行走為雙電機同時驅(qū)動。回路中增加變頻器，通過變頻器來控制斗輪機左右行走，保護主要由變頻器不進行保護。根據(jù)變頻器使用要求驅(qū)動雙電機時，熱繼電器F05配合使用。變頻器采用安川V1000，主要是通過PLC輸出正轉(zhuǎn)運行，反轉(zhuǎn)運行指令，啟動對應的中間繼電器，再由中間繼電器常開點來控制變頻器，PLC直接發(fā)送4～20mA給變頻器，變頻器反饋調(diào)速信號形成閉環(huán)控制。

在斗輪機配電間PLC柜添置AB PLC模擬量電流輸出模塊1個，用于實現(xiàn)對變頻器的變頻調(diào)速。AB PLC數(shù)字量輸出模塊1個，用于實現(xiàn)變頻器正反轉(zhuǎn)控制。司機室安裝帶圖像采集卡的平板PC、數(shù)據(jù)交換器以及安裝在平板PC中的圖像分析軟件。取煤過程中可切換到手動取煤工作狀態(tài)（不使用煤流量自動控制系統(tǒng)），互相切換時不影響設備正常運行。斗輪機處裝有TXL-102型視頻流量檢測裝置，主要是采集視頻信號送往司機室圖像采集卡。整個流程如圖6所示。

3 煤流量自動控制系統(tǒng)的總結(jié)

門式斗輪機煤流量自動控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場試驗，可得出以下結(jié)論：

①提高了輸煤系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，為機組的安全運行打下基礎。②提高了上煤效率，降低了能耗；有效防止超載，提高系統(tǒng)的安全性。③減少了司機的勞動強度和人為事故率。④減少斗輪小車的啟停次數(shù)和運行時間，延長斗輪機等設備的使用壽命。

參考文獻：

[1]鄒世中.斗輪機自動菱形堆/取料工作原理簡介.

[2]楊珉.變頻技術在煤場斗輪堆取料機上的應用.

[3]倪君，張祥飛.堆取料機自動控制規(guī)范化探討.

[4]沈文忠，高幼年，陳剛.基于圖像分析的傳輸流量檢測.

[5]沈文忠，高幼年，陳剛.電廠燃料傳輸流量檢測裝置的研究.

[6]高幼年，沈文忠，張勇.基于視頻傳輸流量檢測的斗輪機上煤系統(tǒng)控制方法的研究.

[7]陳智勇.基于計算機視覺技術的斗輪機自動控制系統(tǒng)的研究.

[8]林凱.斗輪堆取料機全自動功能的PLC設計.

[9]張偉林，郭艷萍.三菱PLC、變頻器與觸摸屏綜合應用實訓.

[10]王建，徐洪亮，梁先霞.變頻器實用技術.

[11]翼建平.PLC原理與應用.

作者簡介：

曹峰（1982-），男，安徽合肥人，助理工程師，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于安徽淮南平圩發(fā)電有限責任公司，從事輸煤系統(tǒng)相關專業(yè)的工作。