帶式輸送機(jī)能效在線監(jiān)測(cè)方法及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶式輸送機(jī)能效在線監(jiān)測(cè)方法及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]帶式輸送機(jī)是當(dāng)代散料輸送與裝卸最高效的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤炭、礦石、水泥和糧食等散貨碼頭。
[0003]據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有帶式輸送機(jī)500萬(wàn)臺(tái)以上，其中用于散貨碼頭已超過(guò)3萬(wàn)臺(tái)。目前帶式輸送機(jī)的性能要求往往局限于距離、速度、運(yùn)量、功率等方面，選配電動(dòng)機(jī)時(shí)優(yōu)先考慮設(shè)備最大負(fù)載、過(guò)載能力和可靠性，方案比較保守，所選設(shè)備存在較大裕量。因此，帶式輸送機(jī)效率的提高，對(duì)散貨碼頭節(jié)能減排意義十分重大。
[0004]隨著帶式輸送機(jī)系統(tǒng)向長(zhǎng)距離、高帶速、大運(yùn)量發(fā)展，其節(jié)電潛力巨大。為此，交通部《“十二五”水運(yùn)節(jié)能減排總體推進(jìn)實(shí)施方案》(
[2011]474號(hào)文件)提出要重點(diǎn)研發(fā)和推廣帶式輸送機(jī)節(jié)能運(yùn)行控制技術(shù)?！白冾l調(diào)速帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試及節(jié)能量計(jì)算方法”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，規(guī)定了變頻調(diào)速帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)條件、項(xiàng)目及儀表要求、測(cè)試方法、系統(tǒng)運(yùn)行效率的計(jì)算方法、調(diào)速節(jié)能及節(jié)能量計(jì)算的原則、節(jié)能量計(jì)算的方法，為我國(guó)帶式輸送機(jī)節(jié)能運(yùn)行控制技術(shù)應(yīng)用與推廣提供了依據(jù)，也標(biāo)志著我國(guó)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)及能效在線監(jiān)測(cè)工作的開始。2014年5月26日帶式輸送機(jī)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)將正式列入2014-2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動(dòng)方案，并已開始著手實(shí)施。
[0005]帶式輸送機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在散料裝卸生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，其能效易受物料瞬時(shí)流量、帶速、工況等多參數(shù)影響。如當(dāng)輸送帶運(yùn)量發(fā)生變化時(shí)(物料不均、斷續(xù)等)，恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式使系統(tǒng)了出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象；帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)；傳動(dòng)滾筒和輸送帶間產(chǎn)生相對(duì)滑移；滾筒直徑差異、滾筒和輸送帶間摩擦系數(shù)、圍包角變化、電源電壓的波動(dòng)等引起的多個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同步；此外，托輥、輸送帶等慣性設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行所需功率、機(jī)械傳動(dòng)效率、電壓降對(duì)電動(dòng)機(jī)功率影響及多級(jí)驅(qū)動(dòng)功率不平衡對(duì)電動(dòng)機(jī)效率的影響等都會(huì)造成帶式輸送機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中能耗及能效難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。這些影響參數(shù)，普遍會(huì)造成電機(jī)損耗及輸送帶張力和拉緊力增加，從而降低帶式輸送機(jī)系統(tǒng)效率，增大系統(tǒng)能耗。因此，各種影響參數(shù)與帶式輸送機(jī)能效值變化間(降低、升高)存在因果關(guān)系，挖掘各種影響參數(shù)與能效變化間變化規(guī)律，建立帶式輸送機(jī)真實(shí)功耗數(shù)學(xué)模型，可作為能耗監(jiān)測(cè)的依據(jù)。對(duì)于企業(yè)能效管理，及時(shí)淘汰和更換高耗能設(shè)備，有針對(duì)性實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)最優(yōu)調(diào)速控制具有重要意義。
[0006]變頻調(diào)速帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率定義為帶式輸送機(jī)末端輸出的有效功率與電源開關(guān)輸出端的有效功率的百分比。現(xiàn)在使用于質(zhì)檢部門等其他機(jī)構(gòu)的帶式輸送機(jī)能效檢測(cè)系統(tǒng)，采用JT/T 326-2009《港口帶式輸送機(jī)能源利用效率檢測(cè)方法》及JB/T 11704-2013《變頻調(diào)速帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能效測(cè)試及節(jié)能量計(jì)算方法》國(guó)標(biāo)中有關(guān)帶式輸送機(jī)的試驗(yàn)方法構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，需對(duì)同一工況下電壓、電流、功率因素、轉(zhuǎn)速、功率及電能等被測(cè)參數(shù)同時(shí)測(cè)量I小時(shí)以上。且現(xiàn)有檢測(cè)需要對(duì)帶式輸送機(jī)在變頻調(diào)速下同一工況點(diǎn)間隔重復(fù)測(cè)量三次(每次測(cè)量間隔10min~15min)后，以測(cè)量平均值作為系統(tǒng)運(yùn)行效率，因此造成現(xiàn)有設(shè)備不適合于帶式輸送機(jī)應(yīng)用企業(yè)進(jìn)行能效在線監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有的能效檢測(cè)手段更不適于為帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速實(shí)施最優(yōu)控制決策。
[0007]隨著節(jié)能減排基本國(guó)策的推進(jìn)，帶式輸送機(jī)各種工況參數(shù)變化引起的效率降低及能耗增加需引起各帶式輸送機(jī)應(yīng)用企業(yè)的重視。隨著帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)應(yīng)用，更需要為每一臺(tái)帶式輸送機(jī)配備監(jiān)測(cè)精度高、數(shù)據(jù)采集量大、可視性強(qiáng)的能效在線監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)能效長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、根據(jù)輸送帶上物料瞬時(shí)流量變化及時(shí)準(zhǔn)確實(shí)施帶速最優(yōu)控制決策，對(duì)于企業(yè)能效管理、及時(shí)更新和改造高耗能設(shè)備、推廣帶式輸送機(jī)節(jié)能控制運(yùn)行技術(shù)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種利于企業(yè)能效管理、及時(shí)更新和改造高耗能設(shè)備、推廣帶式輸送機(jī)節(jié)能控制運(yùn)行技術(shù)的帶式輸送機(jī)能效在線監(jiān)測(cè)方法與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種帶式輸送機(jī)能效在線監(jiān)測(cè)方法，其特征是:包括下列步驟:
(O首先進(jìn)行離線訓(xùn)練樣本采集:
O離線訓(xùn)練樣本采集系統(tǒng)構(gòu)建
構(gòu)建能耗測(cè)試系統(tǒng)，采用包括高精度功率儀、動(dòng)態(tài)扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、物料流狀態(tài)激光采集裝置的傳感檢測(cè)模塊，檢測(cè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)輸入功率、輸出機(jī)械功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、物料瞬時(shí)流量，最終得帶式輸送機(jī)系統(tǒng)效率，從而得知帶式輸送機(jī)能耗大小和能效比；采用三個(gè)光電編碼器，分別置于驅(qū)動(dòng)滾筒中心軸、輸送機(jī)中間段下方緊貼輸送帶、改向滾動(dòng)中心軸處，獲取三個(gè)測(cè)試點(diǎn)的輸送帶帶速信號(hào)，通過(guò)采集帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)、制動(dòng)、勻速、變速時(shí)三個(gè)位置帶速變化軌跡，采用函數(shù)內(nèi)插法計(jì)算出同一時(shí)刻整條帶式輸送機(jī)輸送帶帶速變化規(guī)律；
2)帶式輸送機(jī)無(wú)物料時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取
采用“信息處理及特征提取”模塊進(jìn)行特征提取，經(jīng)過(guò)低速、中速和高速多次測(cè)量，分別獲得三種帶速下多組無(wú)物料時(shí)輸入功率、輸出機(jī)械功率和電機(jī)轉(zhuǎn)速的特征樣本；將無(wú)物料時(shí)的三種帶速下的特征樣本對(duì)應(yīng)能耗值定義為“帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗”；
3)帶式輸送機(jī)有物料時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取
分別在低速、中速和高速三種帶速下人為上料，制造物料分布均勻及不均勻的多種工況組合，采用物料流狀態(tài)激光采集裝置采集物料流瞬時(shí)流量及物料流分布狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用“信息處理及特征提取”模塊進(jìn)行特征提取，對(duì)每一種工況進(jìn)行多次測(cè)量，獲得每一種工況下輸入功率、輸出機(jī)械功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、物料瞬時(shí)流量和物料流分布狀態(tài)等特征樣本；將不同工況情況下的的能耗值與無(wú)物料情況時(shí)相應(yīng)帶速下帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗值相減，其差值可與相對(duì)應(yīng)的特征樣本進(jìn)行組合，得到帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗與輸入功率、輸出機(jī)械功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、物料瞬時(shí)流量和物料流分布狀態(tài)對(duì)應(yīng)表格；
(2)在線能耗監(jiān)測(cè)
采用三個(gè)光電編碼器檢測(cè)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒中心軸、輸送機(jī)中間段下方緊貼輸送帶、改向滾動(dòng)中心軸處輸送帶帶速值，采用物料流狀態(tài)激光采集裝置檢測(cè)物料流瞬時(shí)流量和物料流分布狀態(tài)，采用“信息融合及特征提取”模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取，得到被測(cè)樣本；，采用“能耗檢測(cè)用訓(xùn)練樣本離線獲取模塊”獲取的訓(xùn)練樣本構(gòu)造高維特征空間，建立高維特征空間的線性回歸函數(shù)；采用“基于支持向量機(jī)的回歸擬合預(yù)測(cè)”獲得帶式輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能耗預(yù)測(cè)值，并將帶式輸送機(jī)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)能耗作為支持向量機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸出。
[0010]帶式輸送機(jī)無(wú)物料時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取的具體方法是:
將無(wú)物料時(shí)分別置于驅(qū)動(dòng)滾筒中心軸、輸送機(jī)中間段下方緊貼輸送帶、改向滾動(dòng)中心軸處的三個(gè)光電編碼器輸出的帶速信號(hào)進(jìn)行去噪，通過(guò)采集帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)、制動(dòng)、勻速、變速時(shí)三個(gè)位置帶速變化軌跡，分析輸送帶在啟動(dòng)、制動(dòng)、勻速、變速下的相關(guān)性，采用函數(shù)內(nèi)插法計(jì)算出同一時(shí)刻整條帶式輸送機(jī)輸送帶帶速變化規(guī)律，提取無(wú)物料下帶式輸送機(jī)輸送帶帶速變化特征向量；
帶式輸送機(jī)無(wú)物料運(yùn)行時(shí)，采用高精度功率儀采集帶式輸送機(jī)輸入功率，動(dòng)態(tài)扭矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量帶式輸送機(jī)輸出機(jī)械功率，將同一時(shí)刻帶式輸送機(jī)輸入功率與輸出機(jī)械功率相減，便得到“帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗”，提取帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)、制動(dòng)、勻速、變速下帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗，并與帶速傳感器獲取的特征向量結(jié)合，得到帶式輸送機(jī)無(wú)物料運(yùn)行時(shí)樣本；采用上述方法，進(jìn)行多次測(cè)量，獲取多組無(wú)物料運(yùn)行時(shí)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)能耗與帶速特征向量樣本。
[0011]—種帶式輸送機(jī)能效在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是:包括三個(gè)分別置于驅(qū)動(dòng)滾筒中心軸、輸送機(jī)中間段下方緊貼輸送帶、改向滾動(dòng)中心軸處的光電編碼器以及物料流狀態(tài)激光采集裝置；三個(gè)光電編碼器及物料流狀態(tài)激光采集裝置與信號(hào)處理及特征提取模塊連接，信號(hào)處理及特征提取模塊和基于支持向量機(jī)的回歸擬合預(yù)測(cè)模塊連接。
[0012]本發(fā)明提出基于帶速信號(hào)及物料流輸送狀態(tài)信號(hào)分析的帶式輸送機(jī)能耗在線監(jiān)測(cè)方法。該方法只需在離線情況下獲取帶速、物料流輸送狀態(tài)、帶式輸送機(jī)系統(tǒng)功耗等大量訓(xùn)練樣本后，得到帶式輸送機(jī)能耗與輸送帶帶速、物料流瞬時(shí)流量、物料流分布狀態(tài)之間的關(guān)系。之后在應(yīng)用中無(wú)需額外加裝帶式輸送機(jī)功耗采集裝置，采用三個(gè)光電編碼器檢測(cè)輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒中心軸、輸送機(jī)中間段、改向滾動(dòng)中心軸處的帶速值，采用函數(shù)內(nèi)插法計(jì)算出同一時(shí)刻整條帶式輸送機(jī)輸送帶帶速變化規(guī)律，提取無(wú)物料下帶式輸送機(jī)輸送帶帶速變化特征向量，再結(jié)合物料流狀態(tài)激光檢測(cè)裝置獲取的物料流瞬時(shí)流量、物料流分布狀態(tài)等特征參數(shù)，通過(guò)基于支持向量機(jī)的回歸擬合預(yù)測(cè)得到帶式輸送機(jī)功耗預(yù)測(cè)值。
[0013]本發(fā)明提供了一種新型的帶式輸送機(jī)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，僅僅采用三個(gè)光電編碼器、物料流輸送狀態(tài)激光采集裝置，即可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)能耗在線監(jiān)測(cè)，避免了現(xiàn)有能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本高，現(xiàn)有的能耗監(jiān)測(cè)手段繁瑣及缺乏實(shí)用性等問題，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)能效長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、根據(jù)輸送帶上物料瞬時(shí)流量變化及時(shí)準(zhǔn)確實(shí)施帶速最優(yōu)控制決策，對(duì)于企業(yè)能效管理、及時(shí)更新和改造高耗能設(shè)備、推廣帶式輸送機(jī)節(jié)能控制運(yùn)行技術(shù)具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]圖1是本發(fā)明的帶式輸送機(jī)能耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中有光電編碼器、物料流狀態(tài)激光采集裝置、能耗檢測(cè)用訓(xùn)練樣本離線獲取模塊、信號(hào)處理及特征提取模塊、帶式輸送機(jī)能耗在線預(yù)測(cè)模塊?！靶盘?hào)處理及特征提取模塊”包括去噪、函數(shù)內(nèi)插擬合、物料流輸送狀態(tài)特征提取(物料瞬時(shí)流量、物料流分布、物料流總流量)?！皫捷斔蜋C(jī)能耗在線預(yù)測(cè)模塊”由基于支持向量機(jī)的回歸擬合預(yù)測(cè)方法實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)能耗在線監(jiān)測(cè)。
[0016]圖2是本發(fā)明的帶式輸送機(jī)無(wú)物料和有物料時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取方法示意圖。
[0017]圖3是帶式輸送機(jī)無(wú)物料和有物料時(shí)訓(xùn)練樣本離線獲取的實(shí)驗(yàn)方法示意圖。
[0018