破碎过程自动控制（一）
来源：网络 作者：网络转载 2019-10-14 阅读：340
破碎过程是把物料块度变小的工艺过程,是处理矿石物料的第一个阶段。破碎过程是一个非常复杂的物料块的尺寸变化过程,它与物料抗力强度、硬度、韧性、形状、尺寸、湿度、密度和均匀性以及物料块群在破碎瞬间相互作用及分布情况等因素有关，使破碎过程的尺寸变化复杂了。 由于破碎过程的复杂化,要对破碎过程中的工艺参数实现精确检测与控制是比较困难的。破碎过程控制主要是调节破碎机的给矿量和排矿口的大小，以保持粗碎、中碎、细碎之间的负荷均衡和生产的连续性,提高整个破碎作业的效率，降低最终产品粒度、降低能耗,提高经济效益。多级（粗碎、中碎、细碎）破碎机控制是一个复杂的控制系统，它还包括辅助设备的联锁与控制。首先采用单级破碎机组的自动控制系统,在此基础上实现整个破碎系统控制。国内外对破碎机控制虽有较多介绍,如根据用电电流或功率、单位电耗、料位等控制方式；但实际上，较多采用破碎机负荷控制。 破碎机控制系统，可以采用常规仪表控制系统，也可以采用计算机控制系统。由于破碎过程滞后大,矿石性质多变，把模糊控制器（Fyzzy Controler)引入破碎机自动控制系统中，取得了较满意的效果。 本章重点介绍破碎机负荷控制的两种系统:一种是由常规仪表组成的控制系统；另一种是有模糊控制器的控制系统。对顺序控制器只作一般介绍;对于检测、排除外界混入矿石中危及设备安全的金属物体、小车分矿等装置仅举例说明，作为应用与设计参考。 一、破碎过程的顺序控制 破碎作业的连续性要求各设备之间的启停要有一定的操作顺序，否则将会引起破碎机堵塞而中断生产,甚至引起严重的设备事故。因此，为了对破碎作业中各设备之间进行控制,设计了相应的逻辑控制系统。它可以采用继电器、磁性元件、半导体等逻辑器件构成的逻辑控制系统。但因这些逻辑器件抗干扰能力低、稳定性差、易坏等缺点，逐步被可编程控制器等更可靠的控制器取代。可编程控制器克服了上述逻辑器件的缺点,而且应用灵活方便、运行可靠。对于不同的应用，在硬件上无需大的改动，主要是修改编程软件,使用起来很方便。顺序控制器应满足如下要求： （1）各台设备必须按工艺过程规定的顺序，以一定的时间间隔相继启动,启动顺序与矿料运行方向相反,破碎机通常首先启动。 （2）各台设备既可单独启动，又可成组启动。 （3）停止破碎生产时，停车的顺序与启动的次序相反。 （4）当碎矿系统中某一台设备被迫停车时，为避免阻塞等问题出现，所有供给该设备矿料的其他设备也必须停车，但它的后续设备可以不停车。 （5）为改善现场环境，除尘设备最先启动，系统停车时，要最后停车。 例如，图1所示三段破碎工艺流程图的开机过程可依下，列顺序：细碎机→中碎机→粗碎机→5#皮带机→4#皮带机→振动筛→2# 、3#皮带机→1#皮带机→给矿机。每个环节还应提供启动所需的时间。 停机过程:给矿机→1#皮带机→2#、3#皮带机→振动筛→4#皮带机→5#皮带机→粗碎机→中碎机→细碎机。 分矿小车自动控制是把皮带机输送至磨矿粉矿仓上的合格产品用卸矿小车分配给各个矿仓。为防止矿石在矿仓内产生离析现象,确保磨矿机给矿粒度均匀，通常按粉矿仓个数定点定时和先后次序进行自动控制。此系统是顺序控制系统的组成部分。 其他设备的联锁控制，如原矿仓矿石料位到最低限时,为留存少量矿石以保护给矿机,免受矿石直接碰撞,应停止给矿机出矿。[next] 二、破碎机负荷控制系统及自组织模糊（Fuzzy）控制器 破碎过程中，破碎机负荷受着给矿量、矿石性质等因素随机变化的影响，而且滞后较大，应用PID调节系统往往不能得到好的效果。应用模糊控制理论能较好地解决上述问题，可获得较好的效果。
图1 三段破碎工艺流程图 1.自组织Fuzzy控制器及其工作原理 简单的Fuzzy控制器的结构如图2实线部分所示。它是一个普通的两输入—单输出的Fuzzy控制器,其控制规则是总结大量操作者对控制对象的认识和操作经验而得到的。图中的GE、GE和GU分别是偏差,偏差变化和控制量的比例系数。在Fuzzy计算时,偏差e和偏差变化e经Fuzzy化转换为偏差和偏差变化Fuzzy集E和E。E和E与Fuzzy关系矩阵R合成后得到控制量Fuzzy集U，经决策得到控制量U，再乘以比例系数得到确定的控制量Ui。E,E,U和U与论域中的偏差和偏差变化的不同组合相对应，从而得到控制表。 按上述方法所得的控制表，应用到该系统中，效果较差。因为本系统的随机变化的工况较多,滞后较大。为此设计一个能自动对Fuzzy控制规则进行修正和完善的自组织Fuzzy控制器。在结构上增加了性能测试、控制量校正和控制规则修正三部分,如图2虚线部分所示。本系统的硬件结构如图3所示。其中电流互感器检测出驱动电机相应负荷电流后,通过整流滤波变成对应的直流电压供给ADA转换器。经ADA输出的数字量Y送入Z-80Ⅱ型单板机。计算机将它与给定值S比较，得出偏差e送自组织Fuzzy控制器入口，经自组织Fuzzy控制查表得出给料机的可控硅触发角a值去触发给料机电源的可控硅，输出相应电压来调节给料机的给料量，达到稳定破碎机驱动电机负荷的目的。 2.通过自组织Fuzzy控制器修改控制表 本系统利用这种方法的步骤如下： （1）性能测量 取“偏差”(e(nT)=Yn-S)，“偏差变化”(e(nT)=en-en-1) 为两个参数,用以衡量输出特性与希望特性的偏离情况,如图4所示。并以这两个参数用求Fuzzy控制表一样的方法计算出对输出特性所需要的校正量P（nT）。将“偏差”e（nT），“偏差变化”e（nT），校正量P(nT)分成如下档级：[next]图2 自组织Fuzzy控制器图3 修正后的系统硬件结构图图4 性能测量曲线 e（nT）:-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,1,2,3,4,5,6; e（nT）：-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6； P（nt）：-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6； 再根据e（nT）是在给定值下或上,以及e(nt)是朝向给定值或离开给定值方向趋势来决定校正量P(nT)的大小。这样得出校正表如表1。 （2）控制量校正 系统是单输入单一输出纯滞后较大的系统，其控制量校正应为(暂不考虑滞后量的问题)表1 校正表 | e(nT) | P(nT)=r(nT) |
| e(nT) |
| 朝离开（或向）给定值变化 | 朝向（或离开）给定值变化 |
| -6 | -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 给定值以下 | -6-5-4-3-2-1-0 | 6666654 | 6666543 | 6665543 | 6665421 | 6654410 | 6654310 | 6544210 | 0333100 | 0222000 | 0211000 | 0000000 | 0000000 | 0000000 |
| 给定值以上 | +0123456 | 0000000 | 0000000 | 0000000 | 000-1-1-20 | 000-2-2-20 | 00-1-3-3-30 | 0-1-2-3-4-5-6 | 0-1-3-4-5-6-6 | 0-1-4-4-5-6-6 | -1-2-4-5-6-6-6 | -2-3-5-5-6-6-6 | -3-4-5-6-6-6-6 | -4-5-6-6-6-6-6 |
r(nT)=KP(nT) 此处由于控制量和输出量均为归一化的，则系数K=1，于是r(nT)=P(nT)
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