煤炭快速装车系统监测与控制技术研究现状.pdf

第 4 2卷 第 9期 2 0 1 6年 9月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 2 NO ． 9 S e p ． 2 0 1 6 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 9 0 0 2 7 0 6 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 6 ． 0 9 ． 0 0 7 王洋洋， 鲍久圣 ， 阴妍 ， 等． 煤炭快速装车系统监测与控制技术研究现状 [ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 6 ， 4 2 9 2 7 3 2 ． 煤炭快速装车系统监测与控制技术研究现状 王 洋 洋 ， 鲍久 圣 ， 阴妍 ， 汤林 立。 ， 张涛。 1 ． 中国矿业 大 学 机 电工 程 学 院 ， 江 苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 江 苏省矿 山 智能采 掘装 备协 同创 新 中心 ， 江 苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 ； 3 ． 徐州联硕 自动化设备有限公司 ， 江苏 徐州 2 2 1 1 4 9 摘要 在简单介绍煤炭快速装车系统的基础上 ， 从其监测与控 制技 术入手 ， 着重论述 了储煤仓、 输煤 系 统、 称重 系统、 液压 系统及车辆定位与识别 系统等子 系统的监测技术研 究现状 ， 总结了模糊控制、 神经网络控 制和 专 家控 制 等 智能控 制技 术在 快速装 车 系统 中的应 用现状 ， 指 出 了煤 炭 快速 装 车 系统 监 测控 制技 术 的发 展 趋 势 。 关键 词 煤炭 快速 装 车 系统 ；监测 技 术 ；智 能控 制 中 图分类 号 T D5 2 9 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 6 0 9 0 2 1 0 l l 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 9 0 2 ． 1 0 1 1 ． 0 0 7 ． h t mI Re s e a r c h s t a t us o f mo n i t o r i n g a n d c o nt r o l t e c h no l o g y o f r a p i d c o a l l o a d i n g s y s t e m W ANG Ya n g y a n g ， B AO J i u s h e n g 一， YI N Ya n ，TANG L i n l i 。 ， ZHANG Ta o 。 1 ． S c h o o l o f M e c h a t r o n i c En g i n e e r i n g ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f M i n i n g a n d Te c h n o l o g y ，Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 Ch i n a ；2 ． J i a n g s u Co l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n Ce n t e r o f I n t e l l i g e n t M i n i n g Eq u i p me n t ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ， Ch i n a ；3． Xu z h o u L i a n s h u o Au t o ma t i o n Eq u i p me n t Co mp a n y，Xu z h o u 2 2 1 1 4 9 ，Ch i n a Ab s t r a c t Ba s e d on a s i m pl e i nt r o du c t i on o f r a p i d c o a l l o a di n g s y s t e m ，t he p a pe r e mpha t i c a l l y di s c u s s e d r e s e a r c h s t a t u s o f mo ni t o r i ng t e c hn ol o g i e s o f i t s s u bs y s t e ms i nc l ud i ng c o a l s t o r a g e s i l o， c o a l c o nv e y i ng s ys t e m ，we i g hi ng s y s t e m ， h yd r a ul i c s y s t e m ， v e h i c l e l oc a t i on a nd i de nt i f i c a t i o n s y s t e m ． I t s u m ma r i z e d a ppl i c a t i o n s t a t us of i n t e l l i g e nt c on t r o l t e c hn ol o g i e s i n c l ud i n g f u z z y c on t r o l ， ne ur a l ne t wo r k c o nt r o l a nd e xpe r t c o nt r o l t e c hno l o gy i n t h e r a pi d c oa l l o a d i n g s ys t e m ． Fi na l l y， i t po i n t e d o ut s o m e i mpo r t a n t d e v e l o p me n t t e n d e n c i e s o f t h e mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l t e c h n o l o g i e s f o r t h e r a p i d c o a l l o a d i n g s y s t e m ． Ke y wo r d s r a p i d c o a l l o a d i n g s y s t e m ；mo n i t o r i n g t e c h n o l o g y ；i n t e l l i g e n t c o n t r o l 0 引言 随着 年产 量 突破 千万 吨 的大 型 煤矿 不 断 涌 现 ， 越来 越 多 的大 型选矿 厂 引入 了快 速装 车系 统 。快 速 装车系统是一种采用 自动控制方式将煤炭等固体物 料按照规定的重量连续地称量并将其装入到列车车 厢中的高效装 载系统口 ， 具有装车速度快、 称量精 度高 、 工作效率高等特点_ 3 ] 。煤炭快速装车系统高 效 、 稳定工作性能的实现得益 于监测控制技术的应 用 ， 监测控制技术 的逐渐成熟将会进一步促进快速 装 车 系统 的发展 。因此 ， 研 究 煤 炭 快 速装 车 系 统监 测 控 制技术 具有 重要 的意 义 。本 文在介 绍煤 炭快 速 装车系统的基础上 ， 从监测与控制技术入手 ， 论述了 储煤仓、 输煤系统、 称重系统 、 液压系统及车辆定位 与识别系统等子系统的监测技术研究现状 ， 并指出 了煤炭快速装车系统监测控制技术的发展趋势。 收稿 日期 2 0 1 6 0 4 0 6 ； 修 回日期 2 0 1 6 0 5 1 7 ； 责任编辑 张强 。 基金项 目 江苏省产学研合作前瞻性联合研究项 目 B Y 2 0 1 5 0 2 3 0 6 ； 江苏高校优势学科建设 工程资助项 目。 作 者简介 王洋洋 1 9 9 o 一 ， 男 ， 河南商丘人， 硕士研究 生， 主要研 究方 向为机械状 态监测 与故障诊断 ， E - ma i l c u mt b j s 1 2 6 ． c o r n 。通信作者 鲍 久圣 1 9 7 9 一 ， 男 ， 安徽桐城人 ， 剐教授 ， 博士 ， 主要从 事煤矿机械及摩擦学方 面的研究工作 ， E ma i l c u mt b j s 1 2 6 ． c o rn。 2 8 工矿 自动 化 2 0 1 6年 第 4 2卷 1煤炭 快 速装 车 系统 煤 炭快 速 装车 系统 的工作 流程 如 图 1 所 示 。储 煤仓的煤炭通过给煤机输送到储煤仓下部的带式输 送 机 ， 由带 式输 送 机将 煤 炭 灌 入 缓 冲 仓 、 定 量仓 ， 定 量仓 由称重传感器称重 ， 当达到火车车皮所需的设 定 吨位后 ， 装 车刮 板输 送 机 开 启 向行 进 中 的火 车 车 厢装 煤_ I ] 。 C二二二二二二二 二 输 仓由 缓 冲 仓 ＼ ’ ／ 擎 刮 火 车 车 厢 [ 二 [ 二 埔 图 1煤 炭 快 速 装 车 系 统 工 作 流 程 不 意 随着科 学 技术 的进 步 ， 大 量新 的监 测 手 段 和技 术得到应用 ， 特别是对装载精度和装 车效率有很高 要求的快速装车系统 。快速装车系统主要采用传感 器技术、 P L C控制技术、 组态软件技术、 网络通信技 术等高效 、 智能 的监测控制技术进行系统的管理、 监 测和 控制 ， 其监 控 系统结 构如 图 2所示 。首 先 ， 通 过 P L C实现 对 储 煤 仓 、 输 送 带 、 输 送 电动 机 、 定 量 仓 、 液压站等现场设备的信号采集； 然后 ， 再将采集的信 号经 逻辑 控制 、 仪 表 通信 等 传 递 到 组 态 监控 软 件 系 统 ； 最后 ， 通过 组态 软 件 实 现 人 机交 互 ， 完成 对 给 煤 机 、 给料 闸 门 、 刮板 输送 机 和液压 站等 子系 统 的控制 及 仪表 显示 等一 系列 功能 l_ 2 ] 。 图 2 快速装 车系统 的监控 系统结构 2 煤 炭快 速装 车 系统监 测技 术 煤 炭快速装车系统 的监测主要体现在对储煤 仓 、 输煤系统、 称重系统、 液压系统等子系统 的监测 上 。由于储煤仓、 输送 带存 在较多危险性 因素 ， 所 以 ， 对 其进 行监 测 是研 究 的重 点 ； 同时 ， 由于 称 重 系 统是 保证 装 车质量 与精 度 的重 要 环节 ， 所 以 ， 也有 很 多 学者对 其做 了大 量研 究 。 2 ． 1 储 煤仓 监 测技 术 储煤仓的主要作用是储存、 保护煤炭 ， 减小煤炭 在 储存 和 运 输 过 程 中对 环 境 造 成 的二 次影 响 。 另 外 ， 煤炭 长期 存放 将会 使仓 内温 度升 高 ， 存 在 自燃 的 危险。与此同时， 仓内煤易散发可燃气体 ， 当这些可 燃 气体 温度 、 浓 度超 过 一 定 数值 后 也 会 造 成 自燃 甚 至爆 炸等危 险 。因此 ， 采用 大型 筒仓 方式 储煤 ， 首 先 要建立一个完善的监测体系来保证储煤的安全。目 前 ， 对储 煤仓 的研 究 主要 以仓 内温度 、 可燃 与有 毒 气 体浓度、 烟雾浓度、 氧浓度及筒仓料位为监测对象 ， 加强 安全保 护 。 1 温 度 监测 。主 要 采 用 红外 线测 温仪 、 热 电 阻、 智能温度传 感器 如 D S 1 8 B 2 0 、 分布式光 纤传 感器和连续热电偶等进行温度监测 ， 几种温度监测 方法 的性 能 比较见 表 1 ] 。红 外测 温 仪 用 于定 期 对 煤仓 底部 和仓 壁进 行 温 度 测 量 ， 发 现 温 度异 常时 进 行分 析判 断 ， 这 种 方 法 效 率 比较 低 下 、 不 能 实 时 监 测 ， 其他 几种 测温 方法 都可 实现 实时监 测 。例 如 ， 吕 崇晓在参考文献E 3 J 中利用不 同导体对温度变化 的 导 电 系数不 同研 究 了热 电阻 实 时测 温 法 ， 该 方 法 具 有精度高、 不易受影响等特点； 白永强l 4 研究 了分布 式 光纤 测温法 ， 同样解 决 了实时 测温 的 问题 ， 但 光纤 价 格较 贵 ， 难 以成 为测 温 系统 的首选 ； 田金 云r 5 利用 DS 1 8 B 2 0数字温度传感器实现了一l O ～8 o℃范围 内的温度测量， 数据传输距离长达3 0 m， 性 能稳定 、 工作可靠 ； 黄河 基于热点效应原理研究 了连续热 电偶 实时监 测方 法 ， 实 现 了储 煤 仓 堆 煤 内部 的 温度 监 测 ， 反 映了 内部煤 层 各 处 最 高 温度 以及 最 高 温 度 升温 速率 的实 时状况 ， 较 为准确 、 全 面 。 表 1几种 温度监测方法的性能 比较 2 气体和烟雾监测。对于可燃气体和烟雾 的 监测 ， 严威 Ⅲ 指 出在 储 煤仓 顶 部 和抽 尘 风 管 处都 设 置监 测 CH 浓 度 、 C O浓 度 的传感 器 和烟雾 检测 器 ， 当 C H 浓度或 C O浓度达到危险值 时联锁充入氮 2 0 1 6年第 9期 王洋洋等 煤炭快速装车 系统监测与控制技术研究现状 2 9 气稀释浓度 ， 进 行惰性保 护。对可燃气 体 的监测 ， 许宁等 还研究 了用红外光谱分析的监测方法 。为 保 证 操 作 及检 修人 员 工 作 区域 的安 全 性 ， 方 啸I_ 9 指 出还要在储煤仓顶部通廊和底部通廊处各设置若干 氧浓 度 检 测 器 ， 以 保 证 工 作 人 员 的 安 全 。此 外 ， 刘会敏等[ 1 0 ] 在研究储煤仓储煤保 护时设 置了消防 设备 当 C O浓度上升到危险值且储煤温度在 7 O ～ 1 0 0 o C时 ， 应 紧急 出煤 ， 并 在储 煤仓 出煤 口对 煤 流 喷 水降温， 确保输送带及其他设备的安全； 还要对储煤 仓顶部 的可燃 气体 喷撒水 雾 以稀 释其浓 度 ， 降低 危 险 。 3 料位监测。为 了防止满仓或者空仓 ， 保证 筒仓中储煤 的合理调配和连续装载， 储煤仓中还要 配 置料 位计 进 行煤位 监 测 。 目前 最 常见 的料位 计 主 要有重锤式 、 超声波式、 核辐射式 、 电容式 、 雷达式等 几 种 。例 如 ， 王 央 波n 1 l 改 进 重 锤 式 料 位 计 ， 减 小 了 重 锤质 量 ， 解 决 了系 统 阻 力 大 等 问题 ； 郎 永 平口 研 究 了超声波式料位计 ， 安装使用方便 ； 邓勇刚_ 1 胡研 究 了 NAKe 一 系列无放射源核子料位计 ， 通过检测天 然 7射线的变化来判断物料的位置 ， 寿命长 、 抗粉尘 效果明显 ； 苏东海l_ 1 ] 针对一般料位计误报虚假信号 问题 ， 研 究 了 电容式 料位 计 ， 克服 了空仓 误 报信 号 的 问题 ， 运行稳定 ； 为提高料位测量精度 ， 曾志伟等口 研究 了雷达 式料 位计 ， 误 差小 、 连续 性较 好 。几种 料 位 监测 方式 的性 能 比较 见表 2 [ a 6 3 。此 外 ， 为 了保 证 筒仓 内储 煤 高度 的绝 对 安 全 可靠 ， 防 止 出 现 冒仓 现 象 ， 一些 学 者也 在储 煤 仓 顶 部 设 置 了 高料 位 辅 助 开 关 。例如， 孙立 伟I 】 ] 研究 了高料 位倾斜 式水 银开 关 ， 为储 煤仓 安全 设 置 了第 2道保 护措 施 。 表 2 几种料位 监测方式的性能 比较 2 ． 2输 煤 系统监 测技 术 输送机的主要作用是利用输送带将储煤仓里的 煤炭输送到缓冲仓 ， 其核心部位是输送带， 它直接决 定了装车的速度和连续性 ， 因此 ， 要对输送带和输送 电动机 进行 监测保 护 。 1 输 送带 监测 。最 常见 的输 送 带保 护措 施 主 要是利用跑偏传感器 、 撕裂传感器、 拉绳传感器及温 度传感器等对其运行状况进行实时监测 ， 以保障其 安全运行 。例如 ， 吴丽等口 。 指出， 当输送带跑偏 2 O 。 时报警并 自动停车， 并采用速度打滑检测器 YHS J I 进行打滑监测， 提 高了输送 系统的安全性 和可靠 性 ； 赵博 妇采用 了 GS H4转速传感器 和 GE J 3 0跑 偏传感器分别 对输送带的速度和跑偏角度进 行监 测 ， 并采 用 了 KH1 O 5 ／ 1 2拉绳 传 感 器 对带 式 输 送 机 进行 拉绳 监测 ， 安装 简单 、 精度 高 。 2 输送电动机监测 。除了对输送带的监测保 护外 ， 还要 对 输送 电动 机进行 温度 监测 ， 以防止温度 过 高带来 的安 全 隐患 。对输送 电动机 的监测 主要是 监测其转子、 绕组 、 轴承等部件的温度和振动情况 。 目前 ， 利 用智 能多 路 巡 检 仪 XMD5 0 0 0对 温度 检 测 点进 行温 度采 样 ， 是 一 种 比较 经济 实用 的监测 方法 。 2 ． 3称 重 系统监 测技 术 称重 系统 用 于对 煤 炭 快 速 、 准 确 的称 量 。最 常 见的是定量仓称重系统 ， 其工作原理 称重料斗坐落 在 4个称重传感器上， 4个称重传感器按 9 o 。 均匀安 装 在 料斗 的 4个支撑 腿 上 。称 重传 感器 是整个 称重 系统 的核 心部 件之 一 ， 输 出与 料 斗 内 的煤 炭 质量 成 线性 比例的电信号。称重系统直接决定了煤炭装车 的精度 ， 因此 ， 有 大量 文献 对其 进行研 究 。例如 ， 张泽 江_ 2 。 。 采 用 AR C HTE CH 8 0 2 1 0 1 2 5 K型称 重传 感器对定量仓进行称重 ， 该传感器具有 自我纠偏 的 功能 ， 提高 了称 重 的精度 ； 李茂 刚等l_ 2 利用 4个 R a c e L a k e负载传感器称重的同时， 又对缓冲仓设置 了 4个料位传感器 ， 用来监测筒仓内物料的高度 ， 防 止 满仓 、 欠 仓 ， 保 证正 常装 车时 有足 够的煤 量 。 需 要 指 出 的是 ， 除 了上述 基 于 定量 仓 的称 重 方 式 外 ， 还 有 基 于 胶 带 轮 、 轨 道 衡 等 的称 重 方 法 。例 如 ， 张 荣轩 _ 2 。 ] 针对 目前 大多 数老 矿 区原 有 储煤 仓 因 结构和空间限制而无法安装大型计量控制设备的现 状 ， 提 出 了基 于定 量 控 制 胶带 称 重 式 给 料机 的快 速 装车系统 ， 得到了应用和推广， 实现了装车效率、 经 济效益和环境治理三提高 ； 孙丙科等_ 2 3 ] 研究了基于 轨道衡的称重方法， 根据轨道衡质量的反馈信息来 调节给煤量 ， 以达到 自动装车的目的 ， 这种称重方式 同样具有 很好 的称 重效 果 。 3 0 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 2 ． 4车辆 定位 与识 别 系统 监测技 术 1 车 辆定 位监 测 。煤炭 快速 装 车是 一 个动 态 的装载 过程 ， 当列 车进 入装 车站 之后 ， 如何 准确 无误 地将各节车厢定位在给料漏斗下 十分重要 。例如 ， 周谷鸣等[ 2 以山东高庄煤矿装车系统为背景， 采用 1 O对对射 式 光 电传 感器 监测 车 厢 行进 位 置 当火 车 车厢 经过 发射器 和 接 收器 之 间且 阻 断 光 线 时 ， 光 电 开关就 产生 0和 1的 信号 ， 利 用该 信 号 来 控 制 牵 引 机车的停止， 实现了对煤炭装车过程 中车厢位置的 实时定位 ； 王莉L 2 研究 了将超声波位置传感器安装 在列 车轨 道上 对火 车 进 行定 位 ， 同样 达 到 了很 好 的 定位 效果 。 2 车辆 识别 监测 。由于火 车 车辆 存 在 多种 型 号 ， 其运输量也不尽相 同。为 了让每节 车厢都实现 最 大 的安全装 载 量 ， 快 速装 车 系统 通 常要 配备 车 辆 识别 装 置 ， 用 来 识 别 不 同 的车 皮 型 号 ， 以调 整 装 载 量 。 目前 ， 最 常用 的是基 于微 波 射 频识 别 技 术 的车 辆 自动识别系统。例如 ， 郭欣L 2 将无线射频技术引 入 到运 输管 理 中 ， 设计 了车 辆 自动识别 和装 车 系统 ， 实 现 了运输 车 辆 的 监 测 管 理 、 自动 识 别 、 连 续 装 车 等 ， 缩短 了车辆作业时间 ， 提高了煤炭的运输效率和 安 全度 ； 王 正书等 [ 2 又将 雷 达扫 描 技术 和 车 辆识 别 系统结 合应 用到 安 太堡 快 速 装 车 系统 中 ， 有效 地 防 止 了车 皮偏 载 偏 重 、 超 亏 吨 位 ， 大 大 减 少 了企 业 的 损 失 。 2 ． 5液 压 系统 监 测技 术 液压系统由液压泵站、 控制阀、 蓄能器 、 液压油 缸 、 加 热制 冷装 置 组 成 。液 压 系 统被 誉 为 快 速 装 车 站 的“ 四肢 和肌 肉” ， 它 的主要 作用是 为缓 冲仓 闸门 、 定量 仓 闸门 、 装 车 刮板 输 送 机 的 垂直 提 升 和 横 向移 动等部 件 提供稳 定 的液压 力 。液压 系统 的好 坏将影 响到装载效率和装载精度的高低 ， 进而影响整个装 车效率。液压站的油温 、 油位的过高或过低都会直 接影响液压站的正 常运行 ， 对装车的精确度和安全 生产 带来 隐 患 。因此 ， 有 很 多学者 对其 进行 了研 究 。 例 如 ， 刘 永光 _ 2 。 利用 精密 的温 度 变送 器 进行 温度 数 据 采集 ， 进行 温 度 监 测 ； 宋 志光 _ 2 9 ] 指 出 可 用 油 位 开 关进行低油位保护 ， 将 油位开关放在工作油位 中部 进行 油位 监测 。 3 煤炭 快速 装车 系统 智能 控制 技术 煤炭快速装车系统是一种非线性 、 强耦合、 强干 扰的系统 ， 采用传统的 P I D控制势必造成参数设计 困难 、 系统 不稳 定等 问题 。因此 ， 大 量 的智 能控 制技 术 被 应用 到快 速装 车 系统 之 中 ， 大大 提 高 了快 速装 车系 统 的 自动 化 程度 。 目前 ， 在快 速 装 车 系 统 中应 用较 多 的智能 控制 技 术 主 要有 模 糊 控 制 、 神 经 网络 控制 和专 家控 制等 。 3 ． 1 模 糊控 制技 术 模糊 控制 理论 主要 用于解 决工 程 中难 以建立 精 确数 学模 型 的非线性 问题 。模 糊控 制规 则是 模糊 控 制 的核 心 ， 它是 根据 经验 和知 觉推 理 ， 将 人 的大量 成 功 的控制 策 略经 整理 、 加 工 提炼 后 ， 用 输 入 、 输 出 的 模糊 状 态加 以描述 ， 就 得 到 了控制 规 则 _ 3 。模 糊 控 制具 有 动态 响应 速度快 、 鲁棒 性强 等特 点l 3 。 模 糊 控制 理 论 经过 半 个 多世 纪 的发 展 ， 逐渐 成 熟 、 稳 定 ， 在 快速 装车 系统 中得 到了 大量 的应用 。例 如 ， 针对 加料 阀 门关 闭时机不 易选 择 ， 操 作 人员难 以 把握 ， 存在装车精度与装车效率矛盾的问题 ， 李佛壶 等_ 3 。 提 出 了运 用模 糊 控 制 技 术 控 制 定 量 仓 加 料 闸 门 的方 法 工控 机根据 称重 传感 器采 集 的信 号 ， 经控 制规则 处理 、 比较 ， 判 断下 料 的速 度 和 空 间 ， 进 而控 制加料 闸门的开度 ， 最终实现了在满足精度要求下 的最快 装 车 ， 系 统结 构如 图 3 所 示 。 同样 地 ， 张世懂 等_ 3 胡 分析现有装车过程 中刮板输送机升 降的控制 方式 ， 利 用 模 糊 控 制 理 论 的优 势 ， 提 出 了采 用 P L C 和模糊 控 制 实 现 刮 板 输 送 机 升 降控 制 的理 论 及 方 式 ， 满 足 了装车 系 统 的均 匀 化 、 高 效 化 ， 提 高 了装 车 的智 能化 程度 ， 得 到 了实 际应 用 。 设定值 加料闸门位移传感器 加料闸门H 液压泵站H P L C 控制器 图 3 定量仓加料 闸门模糊控制 系统结构 3 ． 2 神 经 网络控 制技 术 神 经 网络控 制技 术是 2 0世 纪 8 0年代 将人 工神 经 网络 与控 制理 论相结 合 而发展 起来 的 自动控 制技 术 ， 它经 历 了缓 慢 的发 展 过 程 之 后 现 已 慢 慢 成 熟 。 神经网络以其非线性、 自适应 和 自学习功能等优势 在 自动 控制 领域 得 到了较 为广泛 的应用 。 随着智能控制技术的发展 ， 神经网络控制技术 2 0 1 6 年 第 9期 王 洋 洋等 煤 炭 快速装 车 系统监 测 与控 制技 术研 究现状 3 1 同样被应用到快速装车系统 中。例如 ， 高雄雄_ 3 ] 指 出 ， 带 式输 送 机系 统 具 有 明 显 的 纯滞 性 、 非线 性 、 参 数时 变特性 ， 而神 经 网 络 控制 算 法 具 有 很 强 的 自主 学 习能力 、 逼 近任 意 非 线 性 表 达 能力 和 概 括 推 广 能 力 ， 能够很好地解决这一问题 ， 故可将神经网络控制 技术应用到带式输送机上 。神经 网络控制器结构如 图 4所示 。由图 4可知 ， 神经 网络控制器 由常规的 P I D控制 器和 神经 网络 2个 部分 组成 ， 其 中常规 P I D控制器能直接根据输送机输出与预设值之 间的 误 差进 行 闭环 控制 ， 并 且 控 制 的 3个 控 制 参 数 可 根 据输送机系统 的运行状况进行在线调整 ； 同时， 神经 网络也会不断地调节 、 修正 P I D控制器 的参数 ， 从 而达到精确控制输送机转速的效果 ； 董修 明等[ 3 ] 针 对装车系统中定量仓易受物料装载冲击噪声的影响 和出现单个传感 器故障时严重影 响系统运行等 问 题 ， 设 计 了小 波变 换和 径 向基神 经 网络结 合 的算法 ， 对称量信号进行有效 的去 噪， 并 给出有效值代替故 障传感器信号 ， 保障了系统的正常称量。 图 4神 经 网络 控 制 器 结 构 3 ． 3 专 家控 制技 术 专家控制的实质是使系统的构造和运行都基于 控 制对 象及 控 制规 律 的各 种 专 家 知识 ， 而 且 要 以智 能 控 制 的方 式 来利 用 这 些 知 识 ， 使 得 受 控 系 统尽 可 能地优化和实用化。知识库是专家控制 的核心 ， 知 识 库 中包 含 了该控 制 系统 的结构 、 性 能 、 工 作原 理 等 一 系列事实和大量规则 ， 专家水平 的知识和经验及 专家控制所需要的一般 常识性知识 。并且 ， 专家控 制 系 统 有 自动 归 纳 新 知 识 和 剔 除 旧 知 识 的 自学 能 力 。 专家控制技术作为智能控制技术的一个重要分 支 ， 在快 速装 车 也有 相应 的应 用 。例如 ， 为 了实 现输 送带启动张紧力和正常运行张紧力之 间的安全、 平 稳 、 连续 的变换 ， 褚衍坤等c 3 。 在常规 P I D控制算法 基础之上提出来 了专家 P I D控制策略 专家控制过 程中是根据拉力传感器输入值来调节不同阶段液压 系统的压力大小 ， 进而精确控制了输送带的张力 ， 控 制结构如图 5 所示 。既实现了在较短时间内完成输 送 带从 停机 到启 动 的过 程 ， 而 且 能 快 速平 稳 地 实 现 启 动 时张 紧力 的连 续 切 换 ， 响应 速度 快 ； 张 愉 ” 以 给煤机为研究对象 ， 分析其给煤特性 ， 设计 了一种基 于 给煤 量反 馈 的变 频 控制 系统 ， 采 用 专 家算 法 实 现 了给煤 量 的精确 调节 。 图 5 基 于专家 P I D算 法的带式输送 机张紧装置控制结构 4结 论与展 望 近年来 ， 煤炭快速装车系统监测 与控制技术取 得 了长足的发展 ， 现 已达 到单 车装载速 度不超 过 4 0 s 、 装载 精 度 为 0 ． 0 5 ， 极 大 地 提 高 了装 车 效 率 。在诸多监测环节中， 储煤仓 以存在较多危险因 素 而研 究最 多 。在智 能 控 制 系统 上 ， 模糊 控 制 以适 应性好 、 鲁棒性较强等特点在快速装车系统中的应 用 最为 广泛 ， 如 给料 闸 门的开 闭 、 装 车刮板 输送机 的 升降、 给煤机的给煤控制等都较多地应用了模糊控 制技 术。然而， 从监测控制技术 的角度来看 ，仍有 很多问题需要解 决， 比如传感 器的布置 、 数据的采 集 、 信号在传输过程 中易受干扰及监测手段 的单一 性 等 。 由于研 究煤 炭快 速装 车监 测控制 技术 就是 实 现煤炭装载 的高效 与智能化 ， 因此， 从这个角度 来 看 ， 未来 的发 展趋 势 和 研 究重 点 将 主 要 集 中在 以下 几个 方 向 1 融合监测技术。针对某些高危对象， 从 产 生机 理 出发 ， 将多 种 监测 技 术 融 合 在 一起 形 成 融 合 监测 方法 ， 并 且在 一 定规 则下 将 采 集 的信 号 综 合 处 理和协调优化 ， 以获得被测对象 的一致性解释或描 述。这样 ， 监 测 的精 度、 可信 度 均会 得 到 大 幅 度 提高 。 2 无线传感器监测技术 。现有装车系统主要 采用有线监测方法 ， 而无线传感器监 测方法相 比有 线监 测方 法 ， 具 有 组 网方 便 、 简单 易 行 的优 点 ， 同 时 还可 以实 现远 程 控 制 。因 此 ， 无 线传 感 器 与 智 能技 术相结合发展 ， 向网络化方向发展 ， 也是未来的发展 方 向 。 3 智能混合控制技术 。快速装车系统现有智 能控制技术 中以模糊控制应用最多 ， 要继续发挥模 糊 控 制 的优 势 ， 兼 以神 经 网 络 控 制 、 专 家 控 制 等 为 辅， 采取并行控制和知识共享的策略， 形成智能混合 控制技术 ， 并融合简洁有效的优化算法 ， 从而实现更 3 2 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 加 高效 、 智能 的控 制 。 参 考文献 [ 1] 马永华． 基于 S I MAT I C的煤矿装 车站 自控 系统 的设 计 I- J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 0 ， 3 2 2 8 4 8 6 ． [ 2] 王怀江． 自动化系统在鑫珠春选煤厂 的应用[ J ] ． 数字 技术与应 用 ， 2 0 1 2 ， 3 0 8 8 9 - 9 1 ． [ 3] 吕崇晓． 储煤筒仓安全监测技术研究 与应用[ J ] ． 中国 港湾建设 ， 2 0 1 3 ， 3 2 增刊 1 1 5 1 7 ． [ 4] 白永强． 分布式光纤测温技术在煤仓温度监测 系统 的 应用[ J ] ． 煤矿现代化 ， 2 0 1 3 ， 2 1 5 8 5 8 6 ． [5 ] 田金云 ， 朱清 慧． 储 煤仓温 度无 线监控 系统 设计 [ J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 1 5 ， 3 4 1 1 2 7 4 2 7 9 ． [ 6] 黄河 ， 唐光 明， 王剑 星 ， 等． 连续 热 电偶测温 系统 在 圆 筒储煤 仓 中的 应 用 [ J ] ． 传 感 器世 界 ， 2 0 1 5 ， 2 1 7 1 3 1 8． [7 ] 严威． 浅析 万 吨储煤 筒 仓主要 安全 监测 元 件 的设置 F J ] ． 硫磷设计与粉体工程 ， 2 0 1 3 ， 2 3 4 1 8 2 O ． [8] 许宁 ， 宋桂 江 ， 汪 大春 ， 等． 港 口超 大型储 煤筒仓 的安 全监测I- j ] ． 设备管理与维修 ， 2 0 1 2 ， 3 3 5 5 1 5 2 ． [9] 方啸． 输煤系统储煤筒仓的优化设计I- J ] ． 硫磷设计 与 粉体工程 ， 2 0 1 4 ， 2 4 1 1 5 1 9 ． [ 1 o ] 刘会敏 ， 宁环波 ， 许宁． 储煤筒仓在煤炭装卸港 口中的 创新 应 用 [ J ] ．中小 企业 管 理 与 科 技 ， 2 0 1 2 ， 2 1 2 23 8 2 39 ． [ 1 1 ] 王 央波． F MM5 0重锤 式料位 计的改造 及应 用I- J ] ． 湖 南 电力 ， 2 O 1 5 ， 3 5 1 6 5 6 7 ． [ 1 2 ] 郎永平 ． 东欢坨矿煤仓煤位监控系统 的应用实践 [ J ] ． 水利采煤与管道运输 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 4 0 4 2 ． [ 1 3 ] 邓 勇刚． 布袋 电除尘器灰斗料位计测 量技术探讨 [ J ] ． 能源 电力 ， 2 0 1 5 ， 4 l 3 1 6 8 6 9 ． [ 1 4 ] 苏东海． 料位计在干法 除尘 系统 中的研究与应 用[ J ] ． 山 西 冶 金 ， 2 0 1 2 ， 3 9 6 4 8 4 9 ． [- i S ] 曾志 伟 ， 邓 超艳． 基于 新 型煤 位 计 的监 控 系 统 设计 [ J ] ． 山东工业技术 ， 2 0 1 4 ， 3 3 1 9 6 3 6 4 ． 1, 1 6 ] 张焕强． 翟镇 煤矿 煤仓 煤位监 测 系统 的研究 [ D ] ． 阜 新 辽宁工程技术大学 ， 2 0 1 2 ． [, 1 7 1 孙立伟． 黄骅港煤炭筒仓储存监测系统 的研究[ J ] ． 港 口装 卸 ， 2 O 1 3， 3 5 4 3 7 3 9 ． [- 1 8 ] 吴 丽 ， 何瑞． P L C在煤炭洗 选运输 控制 系统 中的应 用 [ J ] ． 煤 矿机电 ， 2 0 0 8 ， 2 9 3 1 1 3 1 1 4 ． [ 1 9 ] 赵博 ． 煤炭转运站 自控 系统设计 [ D] ． 成都 太原 理工 [ 2 O ] [ 2 1 ] [- 2 2 ] [- 2 3 ] [ 2 4 ] [- 2 5 ] 1- 2 6 ] 1- 2 7 ] 1- 2 8 ] [ 2 9 ] [ 3 O ] [ 3 1 ] [ 3 2 ] [- 3 3 ] [ 3 4 ] 1- 3 5 ] [- 3 6 ] [- 3