基于自律逻辑的皮带机群控制方法

摘要

本发明公开了一种基于自律逻辑的皮带机群控制方法，针对由皮带机群、中心控制设备，以及连接它们的现场总线构成的皮带机群控制系统，定义皮带机状态属性和虚拟设备，依此设计出基于自律思想的控制逻辑，以虚拟设备状态属性或者故障皮带机状态属性变化事件，作为皮带机群控制系统开机或者停机操作的联锁控制指令，并借助地址转换方法，实现控制逻辑中皮带机逻辑地址对物理地址的取代，从而使得皮带机群中所有皮带机具有统一的控制逻辑，最终目的是实现在任何情况下皮带机群正确、合理的开机或者停机操作。

说明书

技术领域

本发明涉及皮带机控制方法领域，具体为一种基于自律逻辑的皮带机群控制方法。

背景技术

皮带机是现今最重要的散状物料运输设备，主要可以输送煤、矿石、砂石、粮食等散状物料，因其具有长时间连续稳定输送物料、安装维护方便、经济性好等特点，被广泛地应用于国民经济的各个行业。对于矿井和地面等需要长距离运输物料的场合，通常采用以多台皮带机串联构成的皮带机群来实现物料的运输。如何保证在串联结构下，皮带机群中每台皮带机都能以联锁的方式，正确、合理地进行开机或者停机操作，是决定皮带机群整体性能优劣的关键问题之一。

皮带机群传统的开机操作采用逆物流开机，它是一种下游皮带机向上游皮带机发送开机指令，实现逆物流方向逐一启动各台皮带机。这种开机操作会造成多台皮带机长时间的空转，不仅耗费大量的电能，还会大大减少皮带机的有效工作时间。

皮带机群传统的正常停机操作是指将皮带机群中所有皮带机上的物料全部卸空后，对皮带机群中的全体皮带机执行同时刻停机操作，使所有皮带机均处于空载停机，保证重新启动时电机的正常工作。但是，这种正常停机操作同样会造成多台皮带机长时间空转，存在与逆物流开机同样的缺点。

皮带机传统的故障停机操作是皮带机群中任何一台或者多台皮带机发生故障后，所有的皮带机执行同时刻停机操作。这种故障停机操作会造成所有的皮带机处于重载停机，这使得故障恢复后皮带机重新启动时，电机的启动电流非常大，严重影响电机的正常工作，甚至会损坏电机，因此在每次重新启动时，还需人工逐一清理每台皮带机上的物料，不仅造成人力和物力的浪费，还大大延长了故障的恢复时间。

针对皮带机群传统的开机、正常停机和故障停机操作的种种弊端，人们提出了顺物流开机、顺物流停机和逆物流紧急停机等多种新型的开机或者停机操作。

皮带机群顺物流开机操作是指顺物流方向逐一启动各台皮带机。其开机过程为上游皮带机向下游皮带机发送开机指令，实现皮带机群顺物流开机操作。这种开机操作不会造成多台皮带机长时间的空转，有效地降低了电能消耗，同时延长了皮带机的使用寿命。

皮带机群顺物流停机操作是指顺物流方向逐一停止各台皮带机。其停机过程为上游皮带机向下游皮带机发送停机指令，实现皮带机群顺物流停机。这种停机操作与顺物流开机具有同样的优点。

皮带机群逆物流紧急停机操作是指皮带机群中任何一台或者多台皮带机发生故障后，发生故障的皮带机上游全体皮带机执行同时刻停机操作。该停机操作方式与顺物流停机操作结合，可实现故障情况下的最优停机操作，即故障皮带机的上游皮带机均采用逆物流紧急停机，以防止堆料等异常情况的发生，而故障皮带机的下游皮带机，因其都处于正常状况，故采用顺物流停机，以实现故障情况下，有尽量多的皮带机处于空载停机。

以上所述的新型开停机操作与传统开停机操作相比，不但节省了大量的资源，而且提高了皮带机群的整体性能。     

针对新型开停机操作，目前常见的控制逻辑的实现方法是由中心控制设备或者皮带机群中的皮带机通过发送专门设计的联锁控制指令，来实现与其他皮带机的协同工作，从而完成开停机操作，并由每台皮带机向中心控制设备报告自身状态，以实现中心控制设备对所有皮带机的监测。但是，随着长距离物料运输的应用需求越多越多，受限于单台皮带机的有效运输距离，皮带机群的规模正变得越来越大，这意味着群中皮带机的数量也越来越多。而现有对新型开停机操作的控制逻辑的实现方法，主要从系统整体角度出发，由上而下地设计控制逻辑，并借助专门设计的联锁控制指令，由中心控制设备或一台皮带机，主动地命令其他皮带机执行某一操作。这种直接命令其他皮带机执行某一操作的他律控制思想，在皮带机数量较多时，因皮带机之间的控制逻辑变得更加复杂，会加大系统控制逻辑的设计难度，甚至会导致冲突逻辑的存在，给皮带机群的安全可靠运行带来了不确定因素。并且，当用户需求发生变化时，该方法所设计的控制逻辑由于关联性强，是一种紧耦合的关联方式，因此修改难度大且花费时间长。有鉴于此，急需找到一种新的实现方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自律逻辑的皮带机群控制方法，针对由皮带机群、中心控制设备，以及连接它们的现场总线构成的皮带机群控制系统，引入自律思想，通过皮带机的状态属性变化事件作为上下游相邻皮带机的联锁控制指令，以实现皮带机群中所有皮带机能够正确的执行、合理的开机或者停机操作。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于自律逻辑的皮带机群控制方法，所述皮带机群由多台结构和功能相同且彼此之间具有严格联锁关系的皮带机串联构成，其特征在于：构建基于自律思想的控制逻辑以控制皮带机群，定义每台皮带机多种状态属性，以每台皮带机的状态属性发生变化这一事件作为该皮带机上下游相邻皮带机的联锁控制指令，每台皮带机根据自身前一时刻状态属性以及该皮带机上下游相邻皮带机当前时刻的状态属性，决定自身当前时刻的状态。

所述的基于自律逻辑的皮带机群控制方法，其特征在于：在首位的皮带机前定义有首虚拟皮带机，在末位的皮带机后定位有尾虚拟皮带机，借助地址转换方法，在控制逻辑中用包括首尾虚拟皮带机的多个皮带机的逻辑地址代替各个皮带机的物理地址，使得皮带机群中各个皮带机具有统一的控制逻辑。

所述的基于自律逻辑的皮带机群控制方法，其特征在于：每台皮带机的状态属性定义如下：在重载停机时定义为逆停状态，在轻载停机时定义为顺停状态，在开机就绪时定义为虚运行状态，在运行时定义为运行状态。

本发明基于自律思想的控制逻辑，以皮带机的状态属性变化事件作为上下游相邻皮带机的联锁控制指令，无需设置专门的联锁控制指令，也无需依赖中心控制设备发出联锁控制指令；每台皮带机当前时刻的状态属性取决于上下游相邻皮带机当前时刻的状态属性与自身前一时刻状态属性的综合，通过区分皮带机的重载停机、轻载停机、开机就绪和运行等工况，并分别将其定义为逆停、顺停、虚运行和运行四种状态属性，实现任意情况下皮带机群的联锁开机和停机操作；本发明中定义首虚拟设备和尾虚拟设备，并借助地址转换方法，实现控制逻辑中皮带机逻辑地址对物理地址的取代，从而使得皮带机群中所有皮带机具有统一的控制逻辑；本发明通过重新定义设备的状态属性和设备间的联锁关系，该方法同样适用于具有类似特点的其他设备群的控制。

本发明中，将传统皮带机的停机和开机状态区分为皮带机的重载停机、轻载停机、开机就绪和正常运行等工况，并分别将其定义为逆停、顺停、虚运行和运行四种状态属性，这样，在任何情况下，皮带机群中每台皮带机都会具有某种状态属性。在此基础上，针对由多台结构和功能相同且彼此之间具有严格联锁关系的皮带机串联构成的皮带机群，设计出基于自律逻辑的皮带机群控制方法。其自律逻辑表现在，无需设置专门的联锁控制指令，也无需依赖中心控制设备发出联锁控制指令，而是以皮带机的状态属性变化事件作为上下游相邻皮带机的联锁控制指令，并根据上下游相邻皮带机当前时刻的状态属性以及自身前一时刻状态属性，来决定自身当前时刻的状态。

为实现皮带机群中每台皮带机均具有统一的基于自律思想的控制逻辑，本发明在首皮带机之前和尾皮带机之后分别定义了首虚拟设备和尾虚拟设备。首虚拟设备的定义使首皮带机具有上游相邻皮带机，尾虚拟设备的定义使尾皮带机具有下游相邻皮带机，这使得皮带机群中每台皮带机都具有上下游相邻皮带机，因此可将统一的基于自律思想的控制逻辑，应用于皮带机群中每台皮带机。此外，虚拟设备的作用还表现在，承担了皮带机群联锁开机操作和联锁停机操作触发者的角色，即正常情况下的开机或停机操作，总是通过中心控制设备或皮带机通过向总线发送尾虚拟设备虚运行状态消息或首虚拟设备逆停状态消息来实现的。

传统控制方法直接使用皮带机的物理地址设计控制逻辑，导致每台皮带机内与地址相关的控制逻辑都不相同，一旦发生需求改变，则需对每台皮带机的控制逻辑都进行修改，并按地址写入指定的皮带机，不能有丝毫差错。本发明给出的基于自律逻辑的皮带机群控制方法，在设计与皮带机地址相关的控制逻辑时，使用皮带机的逻辑地址取代物理地址，规定皮带机自身的逻辑地址是i，上游相邻皮带机的逻辑地址是i-1，下游相邻皮带机的逻辑地址是i+1，并借助专门的地址转换策略，根据皮带机中安装的地址拨码开关设定的物理地址，以及皮带机状态消息中携带的物理地址信息，实现消息在总线发送和总线接收时两种地址的相互转换，由此确保了皮带机群中所有皮带机均具有一模一样的控制逻辑。一旦发生需求改变，则仅需任意选取一台皮带机修改其控制逻辑，即可将修改后的逻辑写入皮带机群中所有的皮带机，无须将控制逻辑与具体皮带机物理地址对应，从而实现了皮带机群中所有的皮带机具有统一的控制逻辑。

鉴于本发明中所述的基于自律逻辑的皮带机群控制方法同样适用于其他具有类似结构特征的设备群，因此，上述发明技术方案中，均可以用“设备”一词代替“皮带机”，从而实现将该方法应用于更多领域。

本发明的优点为：（1）虚拟设备状态属性或者故障皮带机自身状态属性变化事件，作为皮带机群开机或者停机操作触发控制指令，运用基于自律思想的控制逻辑，可实现在任何复杂情况下皮带机群都能执行正确、合理的开机或者停机操作，有效地提高了系统的可靠性和稳定性；（2）运用皮带机的状态属性变化事件作为上下游相邻皮带机的联锁控制指令，而不直接向上下游相邻皮带机发出联锁控制指令，简化了控制逻辑的复杂程度；（3）该控制方法无需依赖中心控制设备，也可实现皮带机群中每台皮带机进行控制，既可适用于集中控制，又可适用于现场控制；（4）通过添加虚拟设备，使皮带机群中每台皮带机都具有上下游相邻皮带机，可将统一的基于自律思想的控制逻辑，应用于皮带机群中每台皮带机；（5）借助地址转换方法，实现控制逻辑中皮带机逻辑地址对物理地址的取代，不仅有利于用户需求变化时控制逻辑的快速修改，而且避免了传统控制方法中需针对具体设备地址专门设计对应的控制逻辑；（6）该控制方法适应性强，只需重新定义设备的状态属性和设备间的联锁关系，即可适用于具有类似特点的其他设备群。

附图说明

图1是本发明实施对象皮带机群控制系统结构框图。

图2是本发明实施例一提供皮带机群正常停机到开机状态属性变化示意图。

图3是本发明实施例二提供皮带机群故障停机到开机状态属性变化示意图。

图4是本发明实施例三提供皮带机群停机过程中发生故障到开机状态属性变化示意图。

图5是本发明实施例四提供皮带机群运行中停机状态属性变化示意图。

图6是本发明实施例五提供皮带机群运行中发生故障并停机状态属性变化示意图。

具体实施方式

本发明中，中心控制设备通过CAN总线连接到皮带机群中，皮带机群中各台皮带机的控制装置也都通过CAN总线相互连接。当皮带机群初始安装运行以及复位重新运行时，除虚拟设备以外的所有皮带机被设定为顺停，首虚拟设备被设定为逆停，尾虚拟设备被设定为虚运行，这些初始状态属设定参数被保存在各台皮带机控制装置的ROM中。当皮带机群断电重新上电时，各台皮带机的初始状态属性以上次保存在各自控制装置ROM中的参数为准。至于各台皮带机的后续状态属性，针对不同情况下皮带机群的开停机操作，都会依次通过基于自律思想的控制逻辑推理得到，该基于自律思想的控制逻辑是以编码的形式保存在各台皮带机控制装置的ROM中。皮带机群中皮带机的状态属性变化过程如下：

当皮带机群进行正常状况下的开机或停机操作时，由中心控制设备分别向总线发出首尾虚拟设备的逆停或虚运行状态消息；当皮带机群进行故障状况下停机操作时，由故障设备发出当前皮带机的故障状况信息，经过控制逻辑的推理，得出当前皮带机的逆停状态属性并将其发至总线，其中故障状况消息来源于皮带机上依据各种具体要求而设置的各类传感器，例如跑偏、裂带、转速、温度等传感器。接下来，任何一台皮带机一旦从总线上的获得自身设备的相关消息后，都会按自身控制装置中保存的控制逻辑进行推理，得到自身的推理结果并将其发至总线，如此反复，可使皮带机群中各台皮带机都能依据基于自律思想的控制逻辑获得自身新的状态属性。当皮带机控制逻辑推理结果是运行时，皮带机控制装置将发出相应控制指令来驱动皮带机的电机，使其作出开机操作；当皮带机控制逻辑推理结果是顺停或逆停时，皮带机控制装置将发出相应控制指令来驱动皮带机的电机，使其作出停机操作。 

如图1所示。皮带机群控制系统主要由皮带机群（包括N台结构和功能相同且彼此之间具有严格联锁关系的皮带机）、中心控制设备，以及连接它们的现场总线构成。为实现首皮带机和尾皮带机能够运用基于自律思想的控制逻辑进行统一控制，定义了首虚拟设备和尾虚拟设备。首虚拟设备的定义使首皮带机具有上游相邻皮带机，首虚拟设备的状态属性固定设置为逆停；尾虚拟设备的定义使尾皮带机具有下游相邻皮带机，尾虚拟设备的状态属性固定设置为虚运行。为了设定皮带机的物理地址，皮带机群中每台皮带机都安装了地址拨码开关。

如图2所示。初始状态时，首虚拟设备状态属性固定设置为逆停，1~N号皮带机状态属性为顺停，尾虚拟设备状态属性固定设置为虚运行，这是皮带机群正常顺物流停机后的状态。对于这种情况下皮带机群的开机操作，开机操作启动时，中心控制设备向尾虚拟设备发出虚运行状态消息，并将尾虚拟设备状态属性变化事件作为开机联锁控制指令；N号皮带机收到尾虚拟设备虚运行状态，判断自身处于顺停状态，且N-1号皮带机处于顺停状态，自身进入虚运行状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到2号皮带机进入虚运行状态，并发出该状态消息；1号皮带机收到2号皮带机发出的虚运行状态，判断自身处于顺停状态，且首虚拟设备固定设置为逆停状态，自身开机，进入运行状态，并发出该状态消息；2号皮带机收到1号皮带机运行状态属性，判断自身处于虚运行状态，延迟1号皮带机的走带时间，然后自身开机，进入运行状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到N号皮带机进入运行状态，并发出该状态消息；最终实现了1~N号皮带机的顺物流开机，皮带机群完成开机操作。

如图3所示。初始状态时，首虚拟设备状态属性固定设置为逆停，1~j号皮带机状态属性为逆停，j+1号皮带机状态属性为顺停，尾虚拟设备状态属性固定设置为虚运行，这是皮带机群运行时，j号皮带机发生故障后的状态。对于这种情况下皮带机群的开机操作，开机操作启动时，中心控制设备向尾虚拟设备发出虚运行状态消息，作为开机联锁控制指令；N号皮带机收到尾设备虚运行状态消息，判断自身处于顺停状态，且N-1号皮带机处于顺停状态，自身进入虚运行状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到j+2号皮带机进入虚运行状态，并发出该状态消息；j+1号皮带机收到j+2号皮带机虚运行状态消息，判断自身处于顺停状态，且j号皮带机处于逆停状态，自身开机，进入运行状态，并发出该状态消息；考虑到该状态消息，对于上游相邻皮带机和下游相邻皮带机是不同的联锁控制指令，为防止走带时间和防电网冲击缓冲时间，对系统状态描述带来不便，此处将皮带机群控制系统分为由首虚拟设备到j+1号皮带机组成的段Ⅰ和由j+1号皮带机到尾虚拟设备组成的段Ⅱ，下面分别对段Ⅰ和段Ⅱ的状态进行描述。

在段Ⅰ中，j号皮带机收到j+1号皮带机运行状态消息，判断自身处于逆停状态，延迟一个防电网冲击缓冲时间，然后自身开机，进入运行状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到首设备转为运行状态，并发出该状态消息，但首设备为虚拟设备，无响应。

在段Ⅱ中，j+2号皮带机收到j+1号皮带机运行状态消息，判断自身处于虚运行状态，延迟j+1号皮带机走带时间，然后自身开机，进入运行状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到N号皮带机进入运行状态，并发出该状态消息。

最终实现了1~j号皮带机逆物流开机，j +1~N号皮带机的顺物流开机，皮带机群完成开机操作。

如图4所示。初始状态时，首虚拟设备状态属性固定设置为逆停，1~i号皮带机状态属性为顺停，i+1~j号皮带机状态属性为逆停，j+1~N号皮带机为顺停，尾虚拟设备状态固定设置为虚运行，这是皮带机群正常的顺物流停机从1号皮带机开始到达i号皮带机时，j号皮带机发生故障后的状态。对于这种情况下皮带机群得开机操作，为了描述方便，此处将皮带机群控制系统分为由首虚拟设备到i+1号皮带机组成的段Ⅱ和由i+1号皮带机到尾虚拟设备组成的段Ⅰ，下面分别对段Ⅰ和段Ⅱ的状态进行描述。

对于段Ⅰ的开机操作，我们可以参照 图3情况下的开机操作 ，最终完成了i+1~j号皮带机逆物流开机，j+1~N号皮带机的顺物流开机。

对于段Ⅱ的开机操作，开机操作启动时，i号皮带机收到i+1号皮带机运行状态消息，判断自身处于顺停状态，且i-1号皮带机处于顺停状态，自身进入虚运行状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到2号皮带机进入虚运行状态，并发出该状态消息；1号皮带机收到2号皮带机虚运行状态消息，判断自身处于顺停状态，且首设备被固定设置为逆停状态，自身开机，进入运行状态，并发出该状态消息；2号皮带机收到1号皮带机运行状态消息，判断自身处于虚运行状态，延迟1号皮带机的走带时间后自身开机，进入运行状态并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到i号皮带机进入运行状态，并发出该状态消息；最终实现了1~i皮带机的顺物流开机。

两段的最终状态相结合就是皮带机群最终状态，皮带机群完成开机操作。

如图5所示。首虚拟设备状态属性被设置为逆停，1~N号皮带机状态属性为运行，尾虚拟设备状态属性被设置为虚运行，这是皮带机群正常运行中的状态。对于这种情况下皮带机群的停机操作，停机操作启动时，中心控制设备向首虚拟设备发出逆停状态消息，并将首虚拟设备状态属性变化事件作为停机联锁控制指令；1号皮带机收到首虚拟设备逆停状态消息，延迟1号皮带机的走带时间，然后自身停机，进入顺停状态，并发出该状态消息；2号皮带机收到1号皮带机顺停状态消息，延迟2号皮带机的走带时间，然后自身停机，进入顺停状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到N号皮带机进入顺停状态，并发出该状态消息。最终实现了1~ N号皮带机的顺物流停机，皮带机群完成停机。

如图6所示。初始状态时，首虚拟设备状态属性固定设置为逆停，1~N号皮带机状态属性为运行，尾虚拟设备状态属性固定设置为虚运行，这是皮带机群正常运行中，j号皮带机发生故障后的状态。对于这种情况下皮带机群得停机操作，停机操作启动时，j号皮带机发生故障，立即停机，进入逆停状态，并发出该状态消息系统。考虑到该状态消息，对于上游相邻皮带机和下游相邻皮带机是不同的联锁控制指令，为防止走带时间和防电网冲击缓冲时间，对于系统状态描述带来不便，此处将皮带机群控制系统分为由首虚拟设备到j号皮带机组成的段Ⅰ和由j号皮带机到尾虚拟设备组成的段Ⅱ，下面分别对段Ⅰ和段Ⅱ的状态进行描述。

在段Ⅰ中，j-1号皮带机收到j号皮带机逆停状态消息，自身停机，进入逆停状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到1号皮带机进入逆停状态，并发出该状态消息。

在段Ⅱ中，j+1号皮带机收到j号皮带机逆停状态消息，延迟j+1号皮带机的走带时间，然后自身停机，进入顺停状态，并发出该状态消息；如前条响应过程传递，直到N号皮带机进入顺停状态，并发出该状态消息。

最终实现了1~j号皮带机逆物流紧急停机，j号皮带机故障立即停机，j+1~N号皮带机顺物流停机，皮带机群完成停机操作。