雷蒙磨機自動配料秤稱重控製器的設計與實現

本文從實際項目中為保證滑石磨粉的質量與提高生產效益出發設計了一款基於 PID 算法的自動給料控製係統； 該產品實現對物料的均勻供給從而使磨機處於最佳負荷運轉， 防止了堵機和空轉的現象， 其在減小磨機故障和提高磨粉質量、 節能增產方麵效果顯著，文中主要介紹了雷蒙磨機的工作原理以及討論了在雷蒙磨機自動給料控製設計過程中的詳細設計方法以及實際設計需要考慮的注意事項； 改產品研製成果已投入使用， 操作簡便、 功能齊全、 性能可靠， 得到了用戶的普遍好評。

1 雷蒙磨機工作原理

雷蒙磨機由主機、 分級機、 鼓風機、 鬥式提升機、 電磁振動給料機、 儲料鬥、 鄂式破碎機、管道係統、 電控櫃等組成。 

雷蒙磨機起動時必須按下列步驟進行：

(1) 起動提升機；

(2) 起動破碎機， 起動完畢後即可加物料破碎， 使儲料鬥有一定的物料儲備；

(3) 起動分級機， 並按產品細度調到所需轉速；

(4) 起動鼓風機， 起動完畢後打開進風管閥門；

(5) 起運主機， 為使磨輥、 磨環不過多磨損及避免機器振動過大， 主機空轉時間不宜過長即不超過 2 分鍾。 為不使主機起運負荷過大， 起動時主機內不允許有過多的物料；

(6) 起動振動給料機， 並將振幅按要求調整好；

關機的順序為停止給料然後停主機、 停風機、最後停分級機。 為了保證雷蒙磨機正常的工作、減小磨機故障和提高磨粉質量， 雷蒙磨機開機必須按照以上的開關機順序， 並且要隨時監測磨機負荷情況， 防止出現堵機和空轉的現象。

2 自動給料控製的設計實現

2.1 設計方案

要實現雷蒙磨機自動給料， 首先要完成的工作就是實時檢測磨機的工作負荷情況， 根據負荷的情況通過微機處理分析控製給料機實現自動增加或減少給料。 可以通過雷蒙磨機的主機電流或者風機電流來反應磨機的負荷情況， 經過實際考察所得： ① 主機電流的變換範圍很大， 並且在工作點處的電流抖動的很大， 無法很準確的反應磨機的工作負荷情況。 ② 風機電流變換範圍也比較大， 但是當時風機電流當主機負荷化時反應很靈敏， 一旦主機超負荷， 風機電流就很快的降下來( 注： 風機電流隨著負荷的情況向相反方向變化 ) 。因此為了更準確實現自動給料， 本設計采用風機電流作為輸入信號， 運用現在比較成熟的 PID 控製算法， 驅動給料機， 構成了一個完整的閉環係統。

2.2 風機電流采樣

雷蒙機風機電流動態範圍為 0-150A ， 風機的變化間接的反應了主機負荷情況。 要保證準確的反應主機的負荷情況， 對於風機電流的采樣要保證采樣電路可以識別 2A 的電流， 因此設計的風機電流既要保證大的電流動態範圍同時由於保證較高的檢測靈敏度。 鑒於以上要求采用交流采樣方法， 取風機電流 2 次線圈的電流 (0-5A) 再經緊密電流互感器取樣電流值。 為了方便單片機實現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， 然後由 AD 采集到單片機內部。 為了檢測電流的有效值， 本設計在單片機內部實現一個軟件的峰值保值器， 采集大於一個周期的信號，在一次采集後找出最大值， 在將最大值換算成有效值， 最後按照一定比例轉換成風機電流值。 前端采集電路如圖 3 所示。 該采集方案在實際的產品上測試驗證檢測可以識別 1A 的電流， 滿足設計要求。

2.3 輸出執行單元設計

(1) 振動給料機原理

給料機電磁線圈的電流是經過單相半波整流的， 當線圈接通後在正半周內有電流通過， 銜鐵與鐵芯之間便產生了一脈衝電磁力互相吸引， 這時槽體向後運動， 激振器的主彈簧發生變形儲存了一定的勢能， 在負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動， 於是電磁振動給料機以交流電源的頻率作每分鍾 3000 次的往複振動， 由於槽體的底平麵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不斷地向前運動。 調節整流電壓的高低， 即可控製電磁振動給料機的送料量。 給料機采用可控矽整流供電。改變可控矽的導通角， 即可控製輸出電壓的高低。根據使用條件， 可取不同信號來控製可控矽導通角的大小以達到自動定量送料的目的。

(2) 振動給料機驅動設計

本部分設計主要是利用單片機資源實現調相功能， 從而驅動單向可控矽實現可控整流電壓來控製振動給料機。 設計中利用單片外部中斷口捕捉交流過零點， 然後開啟移相定時器， 該定時器的初值是換算成可控矽的移相角， 改變定時器初值並可實現任意值的移相。 輸出的控製器信號通過光耦隔離後加到可控矽的控製極上。

(3) 控製器軟件的設計

軟件部分包括 AD 采集控製、 輸出控製單元、顯示單元、 用戶按鍵控製單元和 PID 控製算法。  上電後程序檢測按鍵有無按下， 用戶可以設定工作電流值， 然後采集一次電流值， 當 PID 控製時間到後執行 PID 算法， 更新輸出值。 外部中斷服務程序主要是用於檢測交流過零點， 實現調相功能。

3 結束語

本文分析了雷蒙磨機以及振動給料機工作原理， 並且詳細闡述了自動給料機控製器的設計方案， 對控製器的關鍵技術也進行詳細闡述。 本文所設計的自動給料控製器成果已投入生產使用，其操作簡便、 功能齊全、 性能穩定， 得到了用戶的普遍好評。

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