發(fā)布時(shí)間:2011-09-10 08:43:29
雷蒙磨機(jī)在滑石等粉體行業(yè)將主要向高可靠性、節(jié)能、精確、自動工況監(jiān)視和自動控制等方向發(fā)展。其可以采用可控硅供電、交流變頻調(diào)速、油脂集中潤滑、減震等措施，并有工況監(jiān)測和微機(jī)自動控制雷蒙磨粉機(jī)等裝置。本文從實(shí)際項(xiàng)目中為保證滑石磨粉的質(zhì)量與提高生產(chǎn)效益出發(fā)設(shè)計(jì)了一款基于PID算法的自動給料控制系統(tǒng)；該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)對物料的均勻供給從而使磨機(jī)處于合理負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，防止了堵機(jī)和空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，其在減小磨機(jī)故障和提高磨粉質(zhì)量、節(jié)能增產(chǎn)方面效果顯著，文中主要介紹了雷蒙磨機(jī)的工作原理以及討論了在雷蒙磨機(jī)自動給料控制設(shè)計(jì)過程中的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法以及實(shí)際設(shè)計(jì)需要考慮的注意事項(xiàng)：改產(chǎn)品研制成果已投入使用，操作簡便、功能齊全、性能可靠，得到了用戶的普遍好評。
雷蒙磨機(jī)由主機(jī)、分級機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、斗式提升機(jī)、電磁振動給料機(jī)、儲料斗、鄂式破碎機(jī)、管道系統(tǒng)、電控柜等組成。工作原理框圖如圖1所示。
雷蒙磨機(jī)起動時(shí)必須按下列步驟進(jìn)行：
(1)起動提升機(jī)；
(2)起動破碎機(jī)，起動完畢后即可加物料破碎，使儲料斗有一定的物料儲備；
(3)起動分級機(jī)，并按產(chǎn)品細(xì)度調(diào)到所需轉(zhuǎn)速；
(4)起動鼓風(fēng)機(jī)，起動完畢后打開進(jìn)風(fēng)管閥門；
(5)起運(yùn)主機(jī)，為使磨輥、磨環(huán)不過多磨損及避免機(jī)器振動過大，主機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間不宜過長即不超過2分鐘。為不使主機(jī)起運(yùn)負(fù)荷過大，起動時(shí)主機(jī)內(nèi)不允許有過多的物料；
(6)起動振動給料機(jī)，并將振幅按要求調(diào)整好；
關(guān)機(jī)的順序?yàn)橥Ｖ菇o料然后停主機(jī)、停風(fēng)機(jī)、最后停分級機(jī)。為了保證雷蒙磨機(jī)正常的工作、減小磨機(jī)故障和提高磨粉質(zhì)量，雷蒙磨機(jī)開機(jī)必須按照以上的開關(guān)機(jī)順序，并且要隨時(shí)監(jiān)測磨機(jī)負(fù)荷情況，防止出現(xiàn)堵機(jī)和空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
2．1 設(shè)計(jì)方案
要實(shí)現(xiàn)雷蒙磨機(jī)自動給料，首先要完成的工作就是實(shí)時(shí)檢測磨機(jī)的工作負(fù)荷情況，根據(jù)負(fù)荷的情況通過微機(jī)處理分析控制給料機(jī)實(shí)現(xiàn)自動增加或減少給料?？梢酝ㄟ^雷蒙磨機(jī)的主機(jī)電流或者風(fēng)機(jī)電流來反應(yīng)磨機(jī)的負(fù)荷情況，經(jīng)過實(shí)際考察所得：①主機(jī)電流的變換范圍很大，并且在工作點(diǎn)處的電流抖動的很大，無法很準(zhǔn)確的反應(yīng)磨機(jī)的工作負(fù)荷情況。②風(fēng)機(jī)電流變換范圍也比較大，但是當(dāng)時(shí)風(fēng)機(jī)電流當(dāng)主機(jī)負(fù)荷化時(shí)反應(yīng)很靈敏，一旦主機(jī)超負(fù)荷，風(fēng)機(jī)電流就很快的降下來(注：風(fēng)機(jī)電流隨著負(fù)荷的情況向相反方向變化)。因此為了更準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)自動給料，本設(shè)計(jì)采用風(fēng)機(jī)電流作為輸入信號，運(yùn)用現(xiàn)在比較成熟的PID控制算法，驅(qū)動給料機(jī)，構(gòu)成了一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示。
2．2 風(fēng)機(jī)電流采樣
雷蒙機(jī)風(fēng)機(jī)電流動態(tài)范圍為0-150A，風(fēng)機(jī)的變化間接的反應(yīng)了主機(jī)負(fù)荷情況。要保證準(zhǔn)確的反應(yīng)主機(jī)的負(fù)荷情況，對于風(fēng)機(jī)電流的采樣要保證采樣電路可以識別2A的電流，因此設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)電流既要保證大的電流動態(tài)范圍同時(shí)由于保證較高的檢測靈敏度。鑒于以上要求采用交流采樣方法，取風(fēng)機(jī)電流2次線圈的電流(0-5A)再經(jīng)緊密電流互感器取樣電流值。為了方便單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電流的采集將電流互感器的輸出雙極性交流信號加一定的偏置，然后由AD采集到單片機(jī)內(nèi)部。為了檢測電流的有效值，本設(shè)計(jì)在單片機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件的峰值保值器，采集大于一個(gè)周期的信號，在一次采集后找出最大值，在將最大值換算成有效值，最后按照一定比例轉(zhuǎn)換成風(fēng)機(jī)電流值。前端采集電路如圖3所示。該采集方案在實(shí)際的產(chǎn)品上測試驗(yàn)證檢測可以識別1A的電流，滿足設(shè)計(jì)要求。
2．3 輸出執(zhí)行單元設(shè)計(jì)
(1)振動給料機(jī)原理
給料機(jī)電磁線圈的電流是經(jīng)過單相半波整流的，當(dāng)線圈接通后在正半周內(nèi)有電流通過，銜鐵與鐵芯之間便產(chǎn)生了一脈沖電磁力互相吸引，這時(shí)槽體向后運(yùn)動，激振器的主彈簧發(fā)生變形儲存了一定的勢能，在負(fù)半周線圈中無電流通過，電磁力消失，主彈簧釋放能量，使銜鐵和鐵芯朝反方向離槽體向前運(yùn)動，于是電磁振動給料機(jī)以交流電源的頻率作每分鐘3000次的往復(fù)振動，由于槽體的底平面與激振力作用線有一定的夾角，因此槽體中的物料沿拋物線的軌跡連續(xù)不斷地向前運(yùn)動。調(diào)節(jié)整流電壓的高低，即可控制電磁振動給料機(jī)的送料量。給料機(jī)采用可控硅整流供電。改變可控硅的導(dǎo)通角，即可控制輸出電壓的高低。根據(jù)使用條件，可取不同信號來控制可控硅導(dǎo)通角的大小以達(dá)到自動定量送料的目的。
(2)振動給料機(jī)驅(qū)動設(shè)計(jì)
本部分設(shè)計(jì)主要是利用單片機(jī)資源實(shí)現(xiàn)調(diào)相功能，從而驅(qū)動單向可控硅實(shí)現(xiàn)可控整流電壓來控制振動給料機(jī)。設(shè)計(jì)中利用單片外部中斷口捕捉交流過零點(diǎn)，然后開啟移相定時(shí)器，該定時(shí)器的初值是換算成可控硅的移相角，改變定時(shí)器初值并可實(shí)現(xiàn)任意值的移相。輸出的控制器信號通過光耦隔離后加到可控硅的控制極上。
(3)控制器軟件的設(shè)計(jì)
軟件部分包括AD采集控制、輸出控制單元、顯示單元、用戶按鍵控制單元和PID控制算法?？刂破鬈浖\(yùn)行流程圖如圖4所示，上電后程序檢測按鍵有無按下，用戶可以設(shè)定工作電流值，然后采集一次電流值，當(dāng)PID控制時(shí)間到后執(zhí)行PID算法，更新輸出值。外部中斷服務(wù)程序主要是用于檢測交流過零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)調(diào)相功能。
本文分析了雷蒙磨機(jī)以及振動給料機(jī)工作原理，并且詳細(xì)闡述了自動給料機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方案，對控制器的關(guān)鍵技術(shù)也進(jìn)行詳細(xì)闡述。本文所設(shè)計(jì)的自動給料控制器成果群星機(jī)器目前已投入生產(chǎn)使用，其操作簡便、功能齊全、性能穩(wěn)定，得到了用戶的普遍好評。
雷蒙磨機(jī)在滑石等粉體行業(yè)將主要向高可靠性、節(jié)能、精確、自動工況監(jiān)視和自動控制等方向發(fā)展。其可以采用可控硅供電、交流變頻調(diào)速、油脂集中潤滑、減震等措施，并有工況監(jiān)測和微機(jī)自動控制雷蒙磨粉機(jī)等裝置。本文從實(shí)際項(xiàng)目中為保證滑石磨粉的質(zhì)量與提高生產(chǎn)效益出發(fā)設(shè)計(jì)了一款基于PID算法的自動給料控制系統(tǒng)；該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)對物料的均勻供給從而使磨機(jī)處于合理負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，防止了堵機(jī)和空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，其在減小磨機(jī)故障和提高磨粉質(zhì)量、節(jié)能增產(chǎn)方面效果顯著，文中主要介紹了雷蒙磨機(jī)的工作原理以及討論了在雷蒙磨機(jī)自動給料控制設(shè)計(jì)過程中的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法以及實(shí)際設(shè)計(jì)需要考慮的注意事項(xiàng)：改產(chǎn)品研制成果已投入使用，操作簡便、功能齊全、性能可靠，得到了用戶的普遍好評。
雷蒙磨機(jī)由主機(jī)、分級機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、斗式提升機(jī)、電磁振動給料機(jī)、儲料斗、鄂式破碎機(jī)、管道系統(tǒng)、電控柜等組成。工作原理框圖如圖1所示。
雷蒙磨機(jī)起動時(shí)必須按下列步驟進(jìn)行：
(1)起動提升機(jī)；
(2)起動破碎機(jī)，起動完畢后即可加物料破碎，使儲料斗有一定的物料儲備；
(3)起動分級機(jī)，并按產(chǎn)品細(xì)度調(diào)到所需轉(zhuǎn)速；
(4)起動鼓風(fēng)機(jī)，起動完畢后打開進(jìn)風(fēng)管閥門；
(5)起運(yùn)主機(jī)，為使磨輥、磨環(huán)不過多磨損及避免機(jī)器振動過大，主機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間不宜過長即不超過2分鐘。為不使主機(jī)起運(yùn)負(fù)荷過大，起動時(shí)主機(jī)內(nèi)不允許有過多的物料；
(6)起動振動給料機(jī)，并將振幅按要求調(diào)整好；
關(guān)機(jī)的順序?yàn)橥Ｖ菇o料然后停主機(jī)、停風(fēng)機(jī)、最后停分級機(jī)。為了保證雷蒙磨機(jī)正常的工作、減小磨機(jī)故障和提高磨粉質(zhì)量，雷蒙磨機(jī)開機(jī)必須按照以上的開關(guān)機(jī)順序，并且要隨時(shí)監(jiān)測磨機(jī)負(fù)荷情況，防止出現(xiàn)堵機(jī)和空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
2．1 設(shè)計(jì)方案
要實(shí)現(xiàn)雷蒙磨機(jī)自動給料，首先要完成的工作就是實(shí)時(shí)檢測磨機(jī)的工作負(fù)荷情況，根據(jù)負(fù)荷的情況通過微機(jī)處理分析控制給料機(jī)實(shí)現(xiàn)自動增加或減少給料?？梢酝ㄟ^雷蒙磨機(jī)的主機(jī)電流或者風(fēng)機(jī)電流來反應(yīng)磨機(jī)的負(fù)荷情況，經(jīng)過實(shí)際考察所得：①主機(jī)電流的變換范圍很大，并且在工作點(diǎn)處的電流抖動的很大，無法很準(zhǔn)確的反應(yīng)磨機(jī)的工作負(fù)荷情況。②風(fēng)機(jī)電流變換范圍也比較大，但是當(dāng)時(shí)風(fēng)機(jī)電流當(dāng)主機(jī)負(fù)荷化時(shí)反應(yīng)很靈敏，一旦主機(jī)超負(fù)荷，風(fēng)機(jī)電流就很快的降下來(注：風(fēng)機(jī)電流隨著負(fù)荷的情況向相反方向變化)。因此為了更準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)自動給料，本設(shè)計(jì)采用風(fēng)機(jī)電流作為輸入信號，運(yùn)用現(xiàn)在比較成熟的PID控制算法，驅(qū)動給料機(jī)，構(gòu)成了一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖2所示。
2．2 風(fēng)機(jī)電流采樣
雷蒙機(jī)風(fēng)機(jī)電流動態(tài)范圍為0-150A，風(fēng)機(jī)的變化間接的反應(yīng)了主機(jī)負(fù)荷情況。要保證準(zhǔn)確的反應(yīng)主機(jī)的負(fù)荷情況，對于風(fēng)機(jī)電流的采樣要保證采樣電路可以識別2A的電流，因此設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)電流既要保證大的電流動態(tài)范圍同時(shí)由于保證較高的檢測靈敏度。鑒于以上要求采用交流采樣方法，取風(fēng)機(jī)電流2次線圈的電流(0-5A)再經(jīng)緊密電流互感器取樣電流值。為了方便單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電流的采集將電流互感器的輸出雙極性交流信號加一定的偏置，然后由AD采集到單片機(jī)內(nèi)部。為了檢測電流的有效值，本設(shè)計(jì)在單片機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件的峰值保值器，采集大于一個(gè)周期的信號，在一次采集后找出最大值，在將最大值換算成有效值，最后按照一定比例轉(zhuǎn)換成風(fēng)機(jī)電流值。前端采集電路如圖3所示。該采集方案在實(shí)際的產(chǎn)品上測試驗(yàn)證檢測可以識別1A的電流，滿足設(shè)計(jì)要求。
2．3 輸出執(zhí)行單元設(shè)計(jì)
(1)振動給料機(jī)原理
給料機(jī)電磁線圈的電流是經(jīng)過單相半波整流的，當(dāng)線圈接通后在正半周內(nèi)有電流通過，銜鐵與鐵芯之間便產(chǎn)生了一脈沖電磁力互相吸引，這時(shí)槽體向后運(yùn)動，激振器的主彈簧發(fā)生變形儲存了一定的勢能，在負(fù)半周線圈中無電流通過，電磁力消失，主彈簧釋放能量，使銜鐵和鐵芯朝反方向離槽體向前運(yùn)動，于是電磁振動給料機(jī)以交流電源的頻率作每分鐘3000次的往復(fù)振動，由于槽體的底平面與激振力作用線有一定的夾角，因此槽體中的物料沿拋物線的軌跡連續(xù)不斷地向前運(yùn)動。調(diào)節(jié)整流電壓的高低，即可控制電磁振動給料機(jī)的送料量。給料機(jī)采用可控硅整流供電。改變可控硅的導(dǎo)通角，即可控制輸出電壓的高低。根據(jù)使用條件，可取不同信號來控制可控硅導(dǎo)通角的大小以達(dá)到自動定量送料的目的。
(2)振動給料機(jī)驅(qū)動設(shè)計(jì)
本部分設(shè)計(jì)主要是利用單片機(jī)資源實(shí)現(xiàn)調(diào)相功能，從而驅(qū)動單向可控硅實(shí)現(xiàn)可控整流電壓來控制振動給料機(jī)。設(shè)計(jì)中利用單片外部中斷口捕捉交流過零點(diǎn)，然后開啟移相定時(shí)器，該定時(shí)器的初值是換算成可控硅的移相角，改變定時(shí)器初值并可實(shí)現(xiàn)任意值的移相。輸出的控制器信號通過光耦隔離后加到可控硅的控制極上。
(3)控制器軟件的設(shè)計(jì)
軟件部分包括AD采集控制、輸出控制單元、顯示單元、用戶按鍵控制單元和PID控制算法?？刂破鬈浖\(yùn)行流程圖如圖4所示，上電后程序檢測按鍵有無按下，用戶可以設(shè)定工作電流值，然后采集一次電流值，當(dāng)PID控制時(shí)間到后執(zhí)行PID算法，更新輸出值。外部中斷服務(wù)程序主要是用于檢測交流過零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)調(diào)相功能。
本文分析了雷蒙磨機(jī)以及振動給料機(jī)工作原理，并且詳細(xì)闡述了自動給料機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方案，對控制器的關(guān)鍵技術(shù)也進(jìn)行詳細(xì)闡述。本文所設(shè)計(jì)的自動給料控制器成果群星機(jī)器目前已投入生產(chǎn)使用，其操作簡便、功能齊全、性能穩(wěn)定，得到了用戶的普遍好評。