雷蒙磨机自动配料秤称重控制器的设计与实现

本文从实际项目中为保证滑石磨粉的质量与提高生产效益出发设计了一款基于 PID 算法的自动给料控制系统； 该产品实现对物料的均匀供给从而使磨机处于最佳负荷运转， 防止了堵机和空转的现象， 其在减小磨机故障和提高磨粉质量、 节能增产方面效果显著，文中主要介绍了雷蒙磨机的工作原理以及讨论了在雷蒙磨机自动给料控制设计过程中的详细设计方法以及实际设计需要考虑的注意事项； 改产品研制成果已投入使用， 操作简便、 功能齐全、 性能可靠， 得到了用户的普遍好评。

1 雷蒙磨机工作原理

雷蒙磨机由主机、 分级机、 鼓风机、 斗式提升机、 电磁振动给料机、 储料斗、 鄂式破碎机、管道系统、 电控柜等组成。 

雷蒙磨机起动时必须按下列步骤进行：

(1) 起动提升机；

(2) 起动破碎机， 起动完毕后即可加物料破碎， 使储料斗有一定的物料储备；

(3) 起动分级机， 并按产品细度调到所需转速；

(4) 起动鼓风机， 起动完毕后打开进风管阀门；

(5) 起运主机， 为使磨辊、 磨环不过多磨损及避免机器振动过大， 主机空转时间不宜过长即不超过 2 分钟。 为不使主机起运负荷过大， 起动时主机内不允许有过多的物料；

(6) 起动振动给料机， 并将振幅按要求调整好；

关机的顺序为停止给料然后停主机、 停风机、最后停分级机。 为了保证雷蒙磨机正常的工作、减小磨机故障和提高磨粉质量， 雷蒙磨机开机必须按照以上的开关机顺序， 并且要随时监测磨机负荷情况， 防止出现堵机和空转的现象。

2 自动给料控制的设计实现

2.1 设计方案

要实现雷蒙磨机自动给料， 首先要完成的工作就是实时检测磨机的工作负荷情况， 根据负荷的情况通过微机处理分析控制给料机实现自动增加或减少给料。 可以通过雷蒙磨机的主机电流或者风机电流来反应磨机的负荷情况， 经过实际考察所得： ① 主机电流的变换范围很大， 并且在工作点处的电流抖动的很大， 无法很准确的反应磨机的工作负荷情况。 ② 风机电流变换范围也比较大， 但是当时风机电流当主机负荷化时反应很灵敏， 一旦主机超负荷， 风机电流就很快的降下来( 注： 风机电流随着负荷的情况向相反方向变化 ) 。因此为了更准确实现自动给料， 本设计采用风机电流作为输入信号， 运用现在比较成熟的 PID 控制算法， 驱动给料机， 构成了一个完整的闭环系统。

2.2 风机电流采样

雷蒙机风机电流动态范围为 0-150A ， 风机的变化间接的反应了主机负荷情况。 要保证准确的反应主机的负荷情况， 对于风机电流的采样要保证采样电路可以识别 2A 的电流， 因此设计的风机电流既要保证大的电流动态范围同时由于保证较高的检测灵敏度。 鉴于以上要求采用交流采样方法， 取风机电流 2 次线圈的电流 (0-5A) 再经紧密电流互感器取样电流值。 为了方便单片机实现电流的采集将电流互感器的输出双极性交流信号加一定的偏置， 然后由 AD 采集到单片机内部。 为了检测电流的有效值， 本设计在单片机内部实现一个软件的峰值保值器， 采集大于一个周期的信号，在一次采集后找出最大值， 在将最大值换算成有效值， 最后按照一定比例转换成风机电流值。 前端采集电路如图 3 所示。 该采集方案在实际的产品上测试验证检测可以识别 1A 的电流， 满足设计要求。

2.3 输出执行单元设计

(1) 振动给料机原理

给料机电磁线圈的电流是经过单相半波整流的， 当线圈接通后在正半周内有电流通过， 衔铁与铁芯之间便产生了一脉冲电磁力互相吸引， 这时槽体向后运动， 激振器的主弹簧发生变形储存了一定的势能， 在负半周线圈中无电流通过， 电磁力消失， 主弹簧释放能量， 使衔铁和铁芯朝反方向离槽体向前运动， 于是电磁振动给料机以交流电源的频率作每分钟 3000 次的往复振动， 由于槽体的底平面与激振力作用线有一定的夹角， 因此槽体中的物料沿抛物线的轨迹连续不断地向前运动。 调节整流电压的高低， 即可控制电磁振动给料机的送料量。 给料机采用可控硅整流供电。改变可控硅的导通角， 即可控制输出电压的高低。根据使用条件， 可取不同信号来控制可控硅导通角的大小以达到自动定量送料的目的。

(2) 振动给料机驱动设计

本部分设计主要是利用单片机资源实现调相功能， 从而驱动单向可控硅实现可控整流电压来控制振动给料机。 设计中利用单片外部中断口捕捉交流过零点， 然后开启移相定时器， 该定时器的初值是换算成可控硅的移相角， 改变定时器初值并可实现任意值的移相。 输出的控制器信号通过光耦隔离后加到可控硅的控制极上。

(3) 控制器软件的设计

软件部分包括 AD 采集控制、 输出控制单元、显示单元、 用户按键控制单元和 PID 控制算法。  上电后程序检测按键有无按下， 用户可以设定工作电流值， 然后采集一次电流值， 当 PID 控制时间到后执行 PID 算法， 更新输出值。 外部中断服务程序主要是用于检测交流过零点， 实现调相功能。

3 结束语

本文分析了雷蒙磨机以及振动给料机工作原理， 并且详细阐述了自动给料机控制器的设计方案， 对控制器的关键技术也进行详细阐述。 本文所设计的自动给料控制器成果已投入生产使用，其操作简便、 功能齐全、 性能稳定， 得到了用户的普遍好评。

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