散货码头物料的计量与控制

    以前的散货码头对干散货作业常采用的计量手段有两种[1]:一是水尺,二是电子秤.前者受风浪、水文等因素的影响,精度不能保证;后者使用压力传感器,结构复杂、难调整、易变形,难以适应散货码头干散货作业的恶劣环境,更有安全和经济方面的问题.散料码头干散货作业量往往很大,每小时可高达上百甚至上千吨,容易造成装货过多,使船舶超载,可能造成严重的沉船、翻船事故;如果装载过少,又增加了运输成本.因此,散货码头干散货作业的准确计量是非常重要的.

    1  系统的结构

    针对散货码头干散货作业的现场环境极其恶劣的情况,开发出散货码头物料计量与控制系统.该微机核子秤系统由称体部分与主机部分组成.如图1所示,两者之间通过七芯屏蔽电缆相连.

    2　计量原理^[2]

    以干散货煤炭为例.核子秤利用物质对γ射线的衰减原理制成,放射源射出的γ射线,在称体支架构成的平面内呈扇形照射,物料从称体支架中间穿过,放射源射出γ射线,一部分被煤炭衰减,其余部分穿透煤炭,照射到γ射线探测器上.因此,γ射线探测器输出信号的大小,可反映出输送机上的物料的多少.

    秤重传感器的输出信号I与γ射线强度成正比,因此有

式中:I为有物料时的输出信号;I0为无物料时的输出信号;μm为质量衰减系数;ρ为物质的密度;b为物料的宽度;d为物料的厚度.由式(1)得

F=K·l_n(I/I₀)           (2)

式中:K= -b/μm.通过测定I,I0,并通过标定确定K值,即可得输送机物料负荷F.输送机的流量P可由下式计算出

P=F·V          (3)

    由此可计算出物料的累计量W

式中:Fi为输送机的瞬时物料负荷;Vi为输送机的瞬时速度;T为步长;N为数据长度.

    3　计量及控制的软件设计

    该系统采用80C196单片机作为主控设备,统一实现了计量和控制功能,其中控制部分采用模糊控制,具有高度的智能化.

    传感器包括两种传感器,分别是称量传感器和速度传感器,称量传感器是电离室,它将被测物质的γ射线转换为一定的脉冲信号.速度传感器对皮带机进行实时速度检测,输入输出信号的调整部分将信号进行必要的滤波、整形、放大、电平转换等处理.模糊控制器通过一个经验知识库来控制整个系统的运行,不需要建立复杂的数学模型,能很好地适应非线性.

　　模糊控制器如图2所示.

    输入有两个变量:I是电离室输出信号,V是皮带机的速度信号,模糊控制器的输出为输送机的速度调节量ΔV.根据经验,得到模糊控制规则表(表1),规则共15条.其中,I论域{NB(负大),NS(负小),ZE(零),PS(正小),PB(正大)};V的论域{S(小),M(中),B(大)};输出ΔV的论域{NB(负大),NS(负小),ZE(零),PS(正小),PB(正大)}.