面向连续生产场景下矿石粉料定量悬挂输送控制系统的制作方法

本发明涉及矿石粉料连续输送控制，具体为面向连续生产场景下矿石粉料定量悬挂输送控制系统。

背景技术：

1、在连续生产场景下，矿石粉料常通过悬挂输送链进行转运和定量卸载。为保证批次卸载质量，现有系统一般依据传送链平均运行速度和卸料口阀门开启时长对卸料过程进行控制，通过预设阀门启闭时刻或固定时序实现定量给料。悬挂输送链在运行过程中，主动链轮多边形效应、轨道接头冲击、吊挂载荷摆动等因素会使链节瞬时速度、悬挂点角位移和吊挂载荷张力产生周期性波动。卸料口打开时，吊挂物料的晃动状态和载荷张力变化会造成落料流量不稳定，使相同阀门开启时长对应的实际卸载质量出现偏差。现有固定时序控制方式仅使用平均速度参数，未考虑链节速度波动和悬挂点摆动对吊挂载荷张力波动相位的影响，难以在合适相位执行卸料动作，批次定量误差较大。当上一批次实际卸载质量与目标质量存在偏差时，现有系统缺乏根据已形成的批次质量偏差对当前批次输送速度或卸料条件进行动态修正的闭环手段，误差容易在连续生产中逐批次累积。连续生产过程中需要解决利用链节速度波动和悬挂点摆动角位移判断吊挂载荷张力波动相位并在张力波动谷值附近开启卸料口的问题，还需要解决根据上一批次实际卸载质量偏差调节当前批次悬挂输送速度以减少批次间误差累积的问题。

技术实现思路

1、针对现有矿石粉料悬挂输送定量控制中固定时序无法匹配张力波动相位、批次偏差无法闭环修正的问题，本发明提供一种面向连续生产场景下矿石粉料定量悬挂输送控制系统。该系统通过实时采集悬挂输送链的链节速度波动序列、悬挂点摆动角位移序列及吊挂载荷张力变化序列，计算吊挂物料在输送方向上的惯性晃动幅值，并生成吊挂载荷张力变化序列的波动相位标识；根据波动相位标识修正卸料口启动阀门的目标开启时刻，使卸料动作在张力波动谷值相位执行；根据实际开启时刻和上一批次物料的实际卸载质量偏差计算当前批次物料的悬挂输送速度调节量，并输出变频驱动器的频率调节指令，以此减少吊挂晃动和张力波动对卸料定量的干扰，降低连续生产过程中的批次质量偏差累积。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明公开了一种面向连续生产场景下矿石粉料定量悬挂输送控制系统，所述系统包括：链参采集模块，用于在连续生产过程中实时采集悬挂输送链的链节速度波动序列、悬挂点摆动角位移序列及吊挂载荷张力变化序列；幅值预测模块，用于根据所述链节速度波动序列和所述悬挂点摆动角位移序列，计算吊挂物料在输送方向上的惯性晃动幅值，并依据所述惯性晃动幅值生成所述吊挂载荷张力变化序列的波动相位标识；给料修正模块，用于根据所述波动相位标识和所述吊挂载荷张力变化序列，修正卸料口启动阀门的目标开启时刻，获得实际开启时刻；质量补偿模块，用于根据所述实际开启时刻和上一批次物料的实际卸载质量偏差，计算当前批次物料的悬挂输送速度调节量；速度调控模块，用于根据所述悬挂输送速度调节量，输出变频驱动器的频率调节指令。

3、作为本发明的一个技术方案，所述链参采集模块在悬挂输送链的主动链轮轴端安装增量式编码器，按固定采样周期读取所述增量式编码器的脉冲计数值，计算相邻采样时刻的瞬时线速度，生成所述链节速度波动序列；在悬挂输送链的吊挂横梁上安装双轴倾角传感器，按所述固定采样周期读取所述双轴倾角传感器的横滚角数据和俯仰角数据，生成所述悬挂点摆动角位移序列；在吊挂载荷的吊钩根部贴附应变式测力传感器，按所述固定采样周期读取所述应变式测力传感器的电桥输出电压值，经标定换算后生成所述吊挂载荷张力变化序列。上述采集方式使得链节速度、悬挂点摆动角位移和吊挂载荷张力能够同步获取，提高后续相位对齐和幅值计算的准确性。

4、作为本发明的一个技术方案，所述幅值预测模块提取所述链节速度波动序列中当前采样时刻的瞬时加速度值，并根据所述瞬时加速度值和吊挂绳索的有效长度，计算吊挂物料在输送方向上的惯性力水平分量；提取所述悬挂点摆动角位移序列中当前采样时刻的角位移值，根据所述角位移值和吊挂绳索的有效长度，计算吊挂物料的重力恢复力水平分量；将所述惯性力水平分量和所述重力恢复力水平分量代入吊挂物料的水平方向动力学方程，求解所述吊挂物料在输送方向上的位移响应幅值，作为所述惯性晃动幅值。所述幅值预测模块还将所述吊挂载荷张力变化序列在时间轴上进行波峰位置检测，获得张力波峰时间戳集合，并提取所述张力波峰时间戳集合中相邻波峰之间的时间间隔；将所述惯性晃动幅值在时间轴上进行极值点检测，获得幅值极值时间戳集合；计算所述张力波峰时间戳集合和所述幅值极值时间戳集合中对应时间戳的差值，获得相位差序列；统计所述相位差序列中出现次数最多的相位差值，作为所述波动相位标识。通过上述处理，能够识别张力波动与惯性晃动之间的主导相位关系，为卸料阀门的相位修正提供依据。

5、作为本发明的一个技术方案，所述给料修正模块根据所述波动相位标识和所述吊挂载荷张力变化序列的当前采样值，确定当前吊挂载荷的张力波动周期中的谷值相位时间点；计算所述谷值相位时间点与所述卸料口启动阀门的目标开启时刻的时间偏移量；判断所述时间偏移量的绝对值是否大于预设的相位容差阈值，当所述时间偏移量的绝对值大于所述相位容差阈值时，将所述谷值相位时间点作为所述实际开启时刻；当所述时间偏移量的绝对值小于等于所述相位容差阈值时，保持所述目标开启时刻作为所述实际开启时刻。这样能够使卸料口开启动作与吊挂载荷张力波动谷值相位对齐，减少卸料冲击引起的悬挂系统晃动和计量误差。

6、作为本发明的一个技术方案，所述质量补偿模块获取所述实际开启时刻下卸料口的单位时间流量值，并根据所述单位时间流量值计算当前批次的当前卸载质量预测值；读取称重传感器在上一批次卸料完成后采集的上一批次实际卸载质量值，并计算所述上一批次实际卸载质量值与预设批次质量目标值的差值，作为所述实际卸载质量偏差；根据所述当前卸载质量预测值和所述实际卸载质量偏差，计算当前批次卸料完成后的质量累计偏差预估值；根据所述质量累计偏差预估值和当前输送链的额定输送速度，计算速度补偿系数，将所述额定输送速度与所述速度补偿系数的乘积作为所述悬挂输送速度调节量。该过程将历史批次质量偏差和当前批次流量预测相结合，使悬挂输送速度调节量能够补偿连续生产中的累计质量偏差。

7、优选的，获取所述实际开启时刻下卸料口的单位时间流量值包括：在卸料口处安装连续式流量计，读取所述连续式流量计在所述实际开启时刻的瞬时流量读数；采集所述卸料口处安装的料位计在所述实际开启时刻的料位高度值；根据所述瞬时流量读数和所述料位高度值，计算单位时间流量修正系数，将所述瞬时流量读数与所述单位时间流量修正系数的乘积作为所述单位时间流量值。这样能根据卸料口料位变化修正流量，提高单位时间流量值的准确度。

8、作为本发明的一个技术方案，所述速度调控模块读取变频驱动器的当前运行频率，并根据所述悬挂输送速度调节量与当前输送速度的比值，计算频率调节比例系数；将所述当前运行频率与所述频率调节比例系数的乘积作为目标运行频率；读取所述变频驱动器的最大允许频率和最小允许频率，判断所述目标运行频率是否介于所述最大允许频率和所述最小允许频率之间；当所述目标运行频率介于所述最大允许频率和所述最小允许频率之间时，将所述目标运行频率作为所述频率调节指令的输出值，当所述目标运行频率超出所述最大允许频率或所述最小允许频率时，将所述最大允许频率或所述最小允许频率作为所述频率调节指令的输出值。通过对变频驱动器输出频率进行限幅，能够保证悬挂输送链在安全运行范围内调节速度。

9、作为本发明的一个技术方案，所述系统还包括吊挂载荷偏移量检测模块和转弯段速度预调节模块。所述吊挂载荷偏移量检测模块用于在悬挂输送链的转弯区段安装激光测距传感器，采集吊挂物料在转弯区段的径向偏移距离序列和轴向偏移距离序列；所述转弯段速度预调节模块用于根据所述径向偏移距离序列和所述轴向偏移距离序列，计算转弯区段的离心力补偿系数，并根据所述离心力补偿系数生成转弯段速度预调节值；所述速度调控模块还用于根据所述转弯段速度预调节值，在吊挂物料进入所述转弯区段之前输出转弯段频率调节指令。这样可以提前对转弯段速度进行预调节，减少吊挂物料在转弯段因离心力作用产生的径向和轴向偏移。

10、优选的，所述转弯段速度预调节模块计算转弯区段的离心力补偿系数具体包括：提取所述径向偏移距离序列中的最大径向偏移值和所述轴向偏移距离序列中的最大轴向偏移值；根据所述最大径向偏移值和转弯区段的轨道曲率半径，计算吊挂物料在转弯区段受到的离心力与重力的比值，作为基础离心力系数；根据所述最大轴向偏移值和吊挂绳索的有效长度，计算吊挂物料在转弯区段的轴向摆动角度，并根据所述轴向摆动角度修正所述基础离心力系数，生成所述离心力补偿系数。通过考虑轴向摆动角度对离心力方向的影响，能够获得更符合实际转弯工况的离心力补偿系数，提高转弯段速度预调节的准确性。

11、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

12、通过链参采集模块实时同步采集悬挂输送链的链节速度波动序列和悬挂点摆动角位移序列，幅值预测模块提取当前采样时刻的瞬时加速度值和角位移值，结合吊挂绳索有效长度计算惯性力水平分量和重力恢复力水平分量，求解吊挂物料水平方向动力学方程得到惯性晃动幅值，并对吊挂载荷张力变化序列进行波峰位置检测和幅值极值点检测，统计相位差序列中出现次数最多的相位差值作为波动相位标识。给料修正模块根据该波动相位标识确定吊挂载荷张力波动周期中的谷值相位时间点，修正卸料口启动阀门的目标开启时刻，使卸料口开启动作与张力波动谷值相位对齐。该方式将链节速度波动、悬挂点摆动与吊挂载荷张力变化纳入同一相位判断过程，避免仅依据平均速度或固定时序控制时卸料动作落在张力波动峰谷随机相位的问题，降低因吊挂物料晃动和张力变化引起的落料流量离散性，使单批次卸料质量更接近目标值，减少后续质量补偿的调节幅度。质量补偿模块获取实际开启时刻下卸料口的单位时间流量值并计算当前批次卸载质量预测值，读取上一批次卸料完成后称重传感器采集的实际卸载质量值，与预设批次质量目标值求差得到实际卸载质量偏差，结合当前卸载质量预测值计算质量累计偏差预估值，再根据该质量累计偏差预估值和额定输送速度计算速度补偿系数，将额定输送速度与速度补偿系数的乘积作为悬挂输送速度调节量；速度调控模块读取变频驱动器当前运行频率，根据悬挂输送速度调节量与当前输送速度的比值计算频率调节比例系数，并对目标运行频率进行最大允许频率和最小允许频率限幅后输出频率调节指令。该方式在批次间引入实际卸载质量偏差的闭环补偿，动态调整悬挂输送链运行速度，使后续批次的卸料时间或物料流量适应已发生的质量偏差，减少连续生产过程中的批次质量误差累积，改善矿石粉料定量悬挂输送的稳定性。