黃琦

（海南八所港務有限責任公司，東方 572600）

引言

現階段大部分港口全部采用皮帶運輸系統(tǒng)進行裝船作業(yè)，主要裝卸貨種為鐵礦石，基本裝卸流程為：火車—火車棧橋—坑道堆場—坑道斗口—坑道皮帶運輸系統(tǒng)—斜橋皮帶運輸系統(tǒng)—高架皮帶運輸系統(tǒng)—裝船機皮帶運輸系統(tǒng)—船舶[1,2]。在裝卸作業(yè)的過程中，皮帶運輸系統(tǒng)斗口是十分重要的，它是貨物進入皮帶的入口，對整個系統(tǒng)的運行起到十分重要的作用。整個系統(tǒng)主要由三個起點和五個終點組成，通過不同點之間的組合，能夠實現不同方式的交叉?zhèn)魉汀＝Y合上述分析，相關專家重點皮帶運輸系統(tǒng)斗口進行改進以及研究，雖然取得了十分顯著的研究成果，但是仍然無法滿足現階段的發(fā)展需求，為此本文提出皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法，通過具體的仿真實驗數據全面驗證了所提方法的綜合有效性。

1 方法

1.1 皮帶運輸系統(tǒng)運輸作業(yè)計劃的形成

整個系統(tǒng)的運行全部選用計算式進行控制，在實際運行的過程中，設定運輸作業(yè)的運輸單位為JOB，運輸系統(tǒng)中的各個JOB分別要進行啟動、切換等相關操作。

為了確保皮帶運輸系統(tǒng)中各個終端設備的加料工作順利完成，在具體的過程中，需要設定JOB的數量，同時設定對應的起點以及終點槽[3]，以方便完成運輸作業(yè)總量的統(tǒng)計以及各個設備的運行。

皮帶運輸系統(tǒng)在工作的過程中，確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的核心單位即為JOB。各個計算中的JOB能夠處于多種不同的運轉階段，即為：

1）預定中；

2）準備中；

3）執(zhí)行中；

4）順停中。

隨著整個運輸計算的執(zhí)行，需要對JOB進行相應的處理，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

皮帶運輸系統(tǒng)相關作業(yè)計劃的完成主要依賴于OPS，通過OPS上的相關畫面完成對應的操作作業(yè)計算；也可以通過正在運轉過程中的最后一個預備執(zhí)行計劃自動完成[4]。皮帶運輸系統(tǒng)中任意起點作業(yè)的形成，全部依賴于最優(yōu)先目標槽的形成，在實際應用的過程中，需要對皮帶運輸系統(tǒng)中的全部參數進行檢測。

運輸作業(yè)計劃的形成主要操作步驟如下所示：

1）相關設備運行狀態(tài)檢測

針對皮帶運輸系統(tǒng)中運輸作業(yè)計劃中全部的起點狀態(tài)進行檢測，如果系統(tǒng)中起點的運行狀態(tài)是正常的，則繼續(xù)進行檢測；假設檢測過程中發(fā)現設備存在異常，則說明運輸計劃無法完成，需要啟動延時處理，直至系統(tǒng)的關聯設備恢復正常后，再對其進行相關操作。

完成上述操作以后，需要檢測系統(tǒng)中各個終點槽上的小車運行狀態(tài)，根據對應的起點以及終點信息，確定對應的皮帶系統(tǒng)，同時需要檢查對應皮帶系統(tǒng)的檢修標志。如果皮帶系統(tǒng)一直處于正常運行的狀態(tài)，則能夠獲取終點槽對應的小車狀態(tài)信息，同時得到各個終點所對應的入槽信息。

最后需要檢測各個皮帶系統(tǒng)的運行狀態(tài)、終點槽運行狀態(tài)信息以及故障信息等。

經過上述操作后，將可入槽的信息進行統(tǒng)計，當發(fā)現有可入槽的終點時，則說明該計劃可行，反之，則說明當前槽點無可入槽終點，需要對其進行延時啟動處理。

2）終點運輸計劃表的形成

對皮帶運輸系統(tǒng)中不同任務計劃的運行狀態(tài)進行分析，同時組建對應的終點參數表格以及終點槽參數表。

3）終點槽在庫量更新

將皮帶運輸系統(tǒng)中正在執(zhí)行計劃的終點槽進行庫量更新[5]，則有：

其中切出任務中的終點槽庫量更新計算式為：

式中：

Q0—庫量；

Q1—當前在庫量；

QS—輸送任務量；

V—切出速度；

TS—運行時間。

在系統(tǒng)實際運行的過程中，需要實時掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時確定系統(tǒng)的初始運行時間，將其設定為狀態(tài)參數，以實現相關計算的優(yōu)先計算[6]。

4）終點最優(yōu)方案的選取

主要包含以下三個方案，分別為：

①通過不同終點最小切出時間確定最優(yōu)終點，以下給出具體的計算式：

式中：

Tout-max—終點的最大切出時間；

Tout-min—終點最小切出時間；

Ts-min—切出時間對比最小基準。

當系統(tǒng)滿足公式（3）中的相關需求時，需要優(yōu)先選取切出時間最小的終點。

②最優(yōu)先終點的選取

③通過優(yōu)先信息選取最優(yōu)先終點

作業(yè)間優(yōu)先信息為操作人員強制指定的起點—終點優(yōu)先關系，它的優(yōu)先關系大于終點順序常數表中的終點優(yōu)先選擇關系。

④終點槽最優(yōu)選取

通過作業(yè)指定順序選擇最優(yōu)終點槽，以下給出具體的計算式：

1.2 皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法研究

編碼脈沖調制（PCM）是概念上最簡單，理論上最為完整的編碼系統(tǒng)，也是目前使用范圍最廣的編碼系統(tǒng)，同時它也是數據量最大的編碼系統(tǒng)。

脈沖編碼調制實際上就是將任意一種虛擬信號轉換為數字信號的特殊形式。首先需要將虛擬信號采用時域上離散時間點的振幅表示，即通過樣值表示；然后將連續(xù)取值的樣值利用離散的幅值近似表示；最后將離散的幅度值轉換為不易受到外界干擾的二進制編碼。以下給出具體的操作過程：

1）抽樣；

2）量化；

3）編碼。

皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制主要采用的是恒壓控制脈沖編碼調制技術，也就是將皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量轉換為二進制的形式進行輸出[7,8]，對系統(tǒng)中的一組流量進行控制，將系統(tǒng)中各個控制閥的開口面積調整為相應的比例，同時計算全部控制閥的總開口面積，則有：

結合上述分析可知，當輸出的二進制信號發(fā)生變化時，就能夠獲取和二進制信號對應的開口度，同時獲取信號以及流量之間的比例關系，則有：

PCM皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制技術能夠將影響流量的一個量進行固定。同時情況下皮帶運輸系統(tǒng)中含有較大的穩(wěn)壓包，它能夠促使p1保持穩(wěn)定不變，其中：

PCM皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制需要在一定誤差范圍內滿足精度需求，則有：

為了有效避免計算過程中產生的誤差，需要使Δp保持恒定的狀態(tài)，同時確保實際流量的輸出值和理論值兩者是十分接近的。

當皮帶運輸系統(tǒng)斗口有流量流出時[9]，其中系統(tǒng)受力平衡方程能夠表示為以下的形式：

式中：

D—皮帶運輸系統(tǒng)的控制閥閥芯半徑長度；

k—彈簧剛度；

x0—彈簧的預壓縮比；

x—控制閥閥芯的移動量。

將公式（9）進行簡化處理，則能夠獲取以下計算式：

以下對Δp求偏導，則有：

式中：

Kp—比例系數；

Ti—積分時間；

Td—微分時間；

x(t)—皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸入量；

dx(t)—皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸出量[10]。

為了方便計算機進行計算，能夠將以上公式改寫為以下的形式：

式中：

n—調節(jié)時間；

Kd—微分系數。

結合上述分析，需要對皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量進行優(yōu)化，則有：

圖1 不同皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸入量下各種方法的響應時間對比結果

將二進制編碼的不同數值轉換為脈沖信號，通過脈沖信號完成皮帶系統(tǒng)斗口流量控制，即：

2 仿真實驗

為了驗證所提皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法的綜合有效性，需要進行仿真實驗，實驗環(huán)境為：Anaconda3.5，Python3.5 以及 Tensor Flow(1.4.0)。

1）響應時間/（min）：

實驗選取兩種傳統(tǒng)控制方法作為對比方法進行實驗測試，以下分別給出三種控制方法的響應時間變化情況，具體如圖1所示。

分析圖1可知，隨著皮帶運輸系統(tǒng)斗口輸入量的不斷增加，各種控制方法的響應時間也在不斷發(fā)生變化。相比其它兩種方法，所提方法的響應時間明顯較低，這說明所提方法能夠以最快的速度實現皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制。

2）運行效率/（%）：

為了更近一步驗證所提控制方法的有效性，以下選取運行效率作為評價指標，其中運行效率的取值越高，則說明控制方法的控制時間越短，以下詳細給出三種方法的對比結果，如表1～表3所示。

表1 所提方法的運行效率變化情況

表2 文獻[7]方法的運行效率變化情況

綜合分析表1～表3的實驗數據可知，所提方法的運行效率在三種控制方法中為最高；文獻[7]方法的運行效率次之；文獻[8]方法的運行效率最低。以上實驗的對比全面驗證了所提方法的優(yōu)越性，同時說明所提方法能夠利用最短的時間完成皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制。

3）控制誤差/（%）：

為了更進一步驗證所提方法控制效果的好壞，以下選取控制誤差作為衡量指標，其中控制誤差越低，則說明控制效果越理想，以下具體給出三種控制方法的控制誤差對比結果，如表4～表6所示。

分析表4～表6實驗數據可知，相比傳統(tǒng)的控制方法，所提方法的控制誤差明顯較低，這說明所提方法相比傳統(tǒng)方法控制效果有了一定程度的改善。

表3 文獻[8]方法的運行效率變化情況

表4 所提方法的控制誤差變化情況

表5 文獻[7]方法的控制誤差變化情況

表6 文獻[8]方法的控制誤差變化情況

3 結束語

為了有效解決傳統(tǒng)流量控制方法存在的運行效率較低，響應時間較長等無問題，設計并提出皮帶運輸系統(tǒng)斗口流量控制方法。仿真實驗結果表明，所提方法能夠有效提升控制精度，同時降低響應時間，使其滿足現階段的發(fā)展需求。