基于多目標(biāo)優(yōu)化的堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

史可心+胡建軍

【摘 要】隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自控理論等高科技產(chǎn)業(yè)也快速發(fā)展，臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)也日漸完善。為了使控制系統(tǒng)更具穩(wěn)定性，安全性，設(shè)備的操作和維護(hù)自然就會有更高的要求，本文筆者在介紹了堆取料機作業(yè)控制要求。及系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，。主要探討了堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方法。

【關(guān)鍵詞】臂式斗輪堆取料機；控制系統(tǒng)?？刂埔?；優(yōu)化方法

1.堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)要求

通過對堆取料作業(yè)特性的分析，結(jié)合現(xiàn)場工藝需求，確定。了堆取料機作業(yè)優(yōu)化與控制要求，分別如下所述：

1.1對堆取料機作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，減少設(shè)備運行成本和維修成本。

1.2通過確定最優(yōu)堆取料模式，實現(xiàn)自動堆取料。

1.3實現(xiàn)料場圖自動繪制，建立堆取料報警機制，同時實時監(jiān)控料場作業(yè)情況。根據(jù)述作業(yè)優(yōu)化與控制要求，需要建立堆取料機作業(yè)優(yōu)化模型和優(yōu)化算法，設(shè)計堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)對堆取料作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化與控制，同時實現(xiàn)自動堆取料、料場圖自動繪制、堆取料報警，以及料場實時監(jiān)控等功能。

2.堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)功能

根據(jù)堆取料控制要求，應(yīng)用本文提。出的優(yōu)化方法建立堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)，共包含5大功能，分別如下：

2.1堆取料優(yōu)化

通過將本文提出的堆取料機優(yōu)化算法編寫成堆取料優(yōu)化模塊，作為一個單獨的功能模塊嵌入在堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)。中。同時，控制系統(tǒng)與L。I～HL2層工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)是共享的，因此該程序所需的堆取作業(yè)計劃、料場信息及堆取料機在料場中所在位置等數(shù)據(jù)，町從數(shù)據(jù)庫中獲得。程序運行結(jié)果也保存在服務(wù)器中，以指導(dǎo)料場作業(yè)。當(dāng)系統(tǒng)下達(dá)作業(yè)指令時，管理員只需點擊。“堆取料優(yōu)化。”按鈕，就可以得到最適合本次作業(yè)的堆取料機編號。

除此之外，系統(tǒng)在堆取料過程中根據(jù)堆取料機的走行位置、作業(yè)料堆的邊界地址與作業(yè)結(jié)束地址之間的距離來控制堆取料過程。如果已接近作業(yè)結(jié)束地址，系統(tǒng)會提示警示信息。目前。已完成作業(yè)量和剩余堆積地址，內(nèi)可堆取的最大量都會在監(jiān)控畫面上顯示。

這樣，管理人員呵以直觀地判斷，目前剩余地址內(nèi)是否能完成本次堆取料作業(yè)，如果滿足，則在完成剩余作業(yè)量堆取之后提示作業(yè)結(jié)束；否則，管理人員通知堆取料機停止作業(yè)。當(dāng)剩余在地面皮帶的原料傳送完畢時，自動結(jié)束本次堆取料作業(yè)，同時將備用地址作為新作業(yè)指令下發(fā)給對應(yīng)堆取料機，重新開始作業(yè)。

2.2料場圖繪制

現(xiàn)場原有的料場圖繪制完全是人完成，不僅更新慢，而且精度低，因此，需采用自動繪制的料場圖替代原先的手繪料場圖基于堆取料機回轉(zhuǎn)角度、俯仰角度、懸臂長度、出料。口高度、料堆的堆積半徑等參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，采用討算機繪圖技術(shù)。自動生成料場圖，為現(xiàn)場操作人員的決策制定提供詳細(xì)信息。

2.3機械控制

收到包含作業(yè)貨種、計劃作業(yè)量的堆取料計劃后，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)貨種在基礎(chǔ)信息庫中查出對應(yīng)堆比重、堆積角度信息確定堆積模式然后通過PLC控制堆取料機的懸臂回轉(zhuǎn)、斗輪機構(gòu)、物料流、俯仰機構(gòu)、尾車、機電保護(hù)和大車行走等部件實現(xiàn)堆取料自動作業(yè)，該模塊是堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)中不可缺少的部分。

2.4集中監(jiān)控

系統(tǒng)選用WinCC在主控室上位機上開發(fā)流程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個堆取料作業(yè)的監(jiān)視與控制。同時，在堆取料機上安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，然后將信號通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳送到主控室，以實時顯示堆取料機作業(yè)時各機構(gòu)的運動、料堆形狀的變化以及物料流動的情況。

3.臂式斗輪堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化方法

3.1臂式斗輪堆取料機的硬件系統(tǒng)設(shè)計

臂式斗輪堆取料機的電氣控制系統(tǒng)由電源部分、電動機控制中心（MCC）、變頻調(diào)速系統(tǒng)、操作臺、PLC。及觸摸屏等組成。PLC。是系統(tǒng)的控制核心，采用。SIEMENS公司的S7300系列可編程序控制器，主機采用CPU315-2DP，提供一個。PROFIBUSDP接口。

變頻器采用施耐德公司的ATV7。變頻器。

軟起動器采用西門子公司的3RW44。

變頻器、人機界面等現(xiàn)場裝置，通過獨立的Profibus-DP接口直接連接到現(xiàn)場總線上PLC通過邏輯運算處理發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信息，從而控制現(xiàn)場裝置的工作運行。

3.2臂式斗輪堆取料機軟件控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)控制系統(tǒng)的硬件，選擇相應(yīng)的編程軟件對系統(tǒng)的控制流程進(jìn)行開發(fā)。西門子專門為客戶提供了程序開發(fā)軟件STEP7，STE7是用于SIMATIC可編程序控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。

3.2.1堆料程序控制任務(wù)。

在斗輪堆取料機堆料PLC控制程序中，斷續(xù)回轉(zhuǎn)+斷續(xù)行走定點堆料是經(jīng)常采用的一種工作方式。首先將大車行走到預(yù)定料場位置，啟動堆料程序，給系統(tǒng)發(fā)出堆料作業(yè)信號并實現(xiàn)與系統(tǒng)膠帶工況聯(lián)鎖。通過編碼器和物位計的采樣、傳送、邏輯運算，做出判斷進(jìn)行懸臂回轉(zhuǎn)和大車行走動作，實現(xiàn)斗輪堆取料機的堆料作業(yè)。

3.2.2取料程序控制任務(wù)。

在斗輪堆取料機取料PLC控制程序中，采用旋轉(zhuǎn)分層不分段取料。首先將大車開至預(yù)定取料位置，當(dāng)接到系統(tǒng)取料指令后，啟動取料程序，斗輪在程序控制下順序啟動，通過編碼器分別進(jìn)行取料初始角和取料終止角的角度采集、傳送和存貯，確定懸臂回轉(zhuǎn)的取料范圍，實現(xiàn)斗輪堆取料機的取料作業(yè)。

3.3臂式斗輪堆取料機軟件控制系統(tǒng)的解決方案

3.3.1創(chuàng)建并編輯項目。

項目可用來存儲為自動化任務(wù)解決方案而生成的數(shù)據(jù)和程序。這些數(shù)據(jù)被收集在一個項目下，包括：硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)，以及為可編程序模板編制的程序。生成一個項目的主要任務(wù)就是為編程準(zhǔn)備這些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在一個項目中以對象的形式存儲。

3.3.2項目硬件組態(tài)。

通過STEP7編程軟件對臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的硬件配置進(jìn)行組態(tài)。在項目中插入相應(yīng)的可編程序控制器的硬件結(jié)構(gòu)。

3.3.3項目程序開發(fā)。

一旦完成了硬件組態(tài)，就可以為可編程模板生成軟件，選擇編程語言，完成程序邏輯STEP7。軟件為客戶提供多種編程語言，包括語句表，STL、梯形邏輯。LAD、功能塊圖FBD、SCL結(jié)構(gòu)控制語言等等。本設(shè)計采用語句表、STL和梯形圖LAD進(jìn)行設(shè)計。

3.4臂式斗輪堆取料機軟件控制系統(tǒng)的編程實例

斗輪堆取料機自動堆料程序，采用LAD梯形圖編制。程序塊中包含了堆料聯(lián)鎖工藝流程，只有滿足各種工作條件，才能激活輸出點，斗輪堆取料機各個機構(gòu)才能互相配合順序運行。

為了方便閱讀和編程，通常要將。I/O.點進(jìn)行定義，通過。Step.7。軟件提供的符號編輯表就可以輕而易舉地完成。I代表數(shù)字輸入；Q代表數(shù)字輸出；M代表中間變量；PIW代表輸入字；PQW代表輸出字。

4.結(jié)束語

本文在深入研究堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)功能上，重點探討了臂式斗輪堆取料機的硬件、軟件控制系統(tǒng)設(shè)計。并對臂式斗輪堆取料機軟件控制系統(tǒng)的編程實例進(jìn)行了深入分析，以其更好地指導(dǎo)企業(yè)優(yōu)化管理，為解決堆取料機作業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用問題提供。了有效幫助。

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