电磁振动定量给料机控制系统设计

机械种类繁多，功能各异，不论哪一种机械，从诞生以来都经历了使用—改进—再使用—再改进，不断革新和逐步完善的过程。

随着科学技术的发展，电子技术信息技术正在蓬勃发展，大规模甚至超大规模集成电路和计算机的产生使电子技术与计算机技术同机械技术想到交叉，相互渗透，使古老的机械技术焕发了青春。单片机把我们带入了智能化的电子领域，许多繁琐的系统若采用单片机进行设计，便能收到电路更简单功能更齐全的良好效果。

单片机系统的硬件结构给予了定量给料控制系统坚强的“身躯”，而单片机的应用程序则赋予了其鲜活的“生命”，使其具有电路简单成本低可靠性高等一系列优点，这是传统机械技术所不能比拟的！．电振机的发展概况及相关介绍振动给料机始于上个世纪初，八十年代进入高速发展阶段。我国振动给料设备的发展开始于二十世纪六十年代，随着生产技术的发展，出现了电磁振动给料机，并迅速得到广泛应用。进入八十年代后，随着制造工业的发展，我国振动给料机产品的开发与生产也在自力更生和消化吸收的基础上进行了探索和创新，在设计制造及技术性能等方面都取得了长足发展。

控制设计

各大振动机械生产企业和各振动研究机构除按美国日本德国引进消化和制造外，电磁振动定量给料机控制系统设计还积极研制开发新一代的振动机械产品。

九十年代以来，国内已有太行公司鞍山矿山机械股份有限公司上海冶金矿山机械厂等少数几家企业开始大型振动给料机的研制开发与生产，并基本占领了国内市场。但由于振动机械的工业环境复杂条件恶劣生产企业小，致使我国振动机械理论研究难以取得突破，加上我国振动机械行业起步晚等原因，导致我国振动机械产品多为技术含量不高的中小型号，与国外产品相比使用性能产品寿命等方面差距较大，尤其是在大型智能机电一体化方面电磁振动定量给料机控制系统设计还存在十分落后的局面。

目前，国内电磁振动给料机的电磁激振器(由电磁铁衔铁组成)主要采用斜向配置，主振板弹簧使用环氧树脂复合板，制作较为粗放，生产率的调节尤为不便费时费力，无级调速的范围窄精度不高。国外的电磁振动给料机制作精巧美观，其电磁激振器主要采用上下配置等方式，主振板弹簧主要采用弹簧钢板或环氧树脂复合板，电磁激振器的激振间隙小，激振力大，生产率高，可方便的进行无级调速。从给料机的发展历程可以看出，我国振动给料机顺应国外给料机的发展模式：振动给料机可靠耐用，维护量少，生产效率高，便于自动化管理；大型化可提高处理能力，适应高产高效集约化生产需要，实现微机自动化控制动态分析与监控技术相结合；拓展各机型的电磁振动定量给料机控制系统设计适用范围，以满足不同物料运输的需要，降低动力消耗和噪声，更加环保和人性化设计。但电振机也有以下缺点：不适于处理黏性较大或带有点油污水的轻薄片状物料；设计或调整不恰当时会产生较大振动和噪声。

控制系统设计

由于我国各地经济发展不平衡，先进技术应用电磁振动定量给料机控制系统设计还要经过一个艰苦的认识过程，传统观念的封闭与经济欠发达地区的财力都会影响我国振动给料设备的发展。目前，世界上振动给料机产品处于领先地位的公司主要有德国SCHENCK公司美国的ALIS-CHALMERS公司日本的HITACHI公司等，他们的产品具有大型化智能化高效集中使用寿命长等特点，代表着当今世界振动机械的发展方向。

近年来，日本在振动供料技术的理论和实用技术方面研究颇多，也推出许多异形结构料斗，但生产实际中依旧以基本正弦振动的整体料斗为主，而且着眼于实用可靠及配套技术，形成了完整的系列产品占领市场，这正是我们应以努力的方向。目前，市场上重要的电磁振动给料机主要有以下几种系列：市场上常用的两种电磁振动给料机GZ系列电磁振动给料机是一种新型给料设备，用于把块状颗粒状粉状物料从贮料仓或漏斗中定量均匀连续地给到受料装置中去。并是实现生产自动化最为理想设备，该系列电磁振动给料机具有体积小噪音低重量轻工作频率高耗电少可用于自动控制的流程中实现生产流程自动化。其型号意义如图．各派生型代号中：S—上振型F—封闭型Q—轻槽型P—平槽型K—宽槽型基本型无代号GZXX各派生型代号规格代号电磁振动给料机图．GZ系列电磁振动给料机型号及意义图．GZ系列电磁振动给料机DZ系列振动给料机是一种新型节能通用给料设备。电磁振动定量给料机控制系统设计采用新型振动电机做激振源，具有结构简单紧凑，使用及维修方便，给料连续均匀，料槽磨损小，使用寿命长等优点，常与振动输送机振动筛斗式提升机破碎机等配套使用，用于自动配称定量包装自动控制的工艺流程中，用于冶金煤炭化工建材陶瓷磨料磨具粮食等待业中。

其工作原理及结构特点：DZ系列振动给料机是利用新型振动电机驱动，使机体沿槽体方向作周期直线往复振动来实现均匀定量给料。

其结构原理图如图．图．DZ系列电机振动给料机结构原理图GZV系列微型电磁振动给料机GZV微型电磁振动给料机广泛应用于轻工化工粮食加工商业等行业，用于粉状颗粒状物料的给料配料及定量自动包装等生产流程中，并可实现集中控制和自动控制。其结构原理图如下：图．GZV系列微型电磁振动给料机结构简图DMA系列电磁振动给料机DMA系列电磁振动给料机广泛应用于矿山冶金煤炭建材化工电力机械粮食等各行各业中，用于把颗粒状及粉状物料从贮仓或漏斗中均匀连续定量地给到受料装置中去。图．DMA系列电磁振动给料机结构简图TZG系列电磁振动给料机结构TZG系列电磁振动给料机结构为折弯成型轻钢补强结构合理造型美观。该产品有两种激振形式，一种是振动电机直接驱动，无皮带等传动装置，节能无故障，振幅稳定，利用变频器调节给料量极为简便；一种是普通Y系列电机直接驱动激振器带动给料机工作结构紧凑，设计合理，使用寿命长。

图．TZG系列电磁振动给料机随着市场竞争日益激烈，商务环境持续多变，消费者需求日趋多元化，且变化节奏不断加快。

根据其应用的广泛性和工作环境恶劣程度因此开发和研制定量给料机的自动控制系统，提高配料精度和设备的自动化水平，具有重要的实际意义。近几年传统的机械系统各计算机控制相结合，已成为一个新的研究领域，电磁振动定量给料机控制系统设计能极大的提高工业生产效益与质量，减轻劳动强度，改善劳动环境。在这些研究中，计算机已广泛用于振动给料机的设计仿真与控制，从而大大提高了振动给料机的柔性，使其能快速适应产品变化的需求。电振定量给料系统有很广泛的应用范围，电磁振动定量给料机控制系统设计有许多优点：体积小，重量轻，结构简单，成本低，密封容易，且较易控制。本课题介绍了基于单片机的振动定量给料机控制系统设计，以电磁振动给料机给料精度控制的自动循环系统来实现生产要求。流量定量控制系统很多，但是使用溜槽式固体流量计作测量装置的定量给料系统，资料显示，国内除唐山钢铁公司进口有为类系统，大连科隆自动化仪表公司冲击式固体流量计，基本上是空白的。MCS-单片机的内部结构和指令系统都是面向工业过程控制而设计的，设计人员可以根据不同的应用场合，以单片机为核心设计出各种应用系统，如监控系统机电一体化产品以及智能仪器仪表等。

．单片机控制系统的基本结构一个单典型单片机监控系统通常由单片机主机人机接口输入通道输出通道等部分组成，其结构如图．所示。人机接口用于信息输出的装置包括指示灯数码显示器打印机；用于信息输入的装置包括键盘乒乓开关拨码盘等。工业现场设备常用的开关信号电平有VVV等直流量，以及VV等交流量，这些信号一般要先电平变换隔离整形等环节的处理，再送入单片机系统的数字量输入接口。

常见的现场传感器和变送器传送的标准模拟信号有~1mA~2mA~1V±1V热电偶毫伏信号热电阻毫伏信号等几种形式，这些信号经过信号变换放大滤波隔离之后，变成标准电压信号，送入单片机系统的A/D转换接口电路。单片机控制系统送到现场设备的通断信号是通过数字量输出接口输出的，这些TTL电平的低电压信号经隔离放大后形成能驱动高电压电气器件的开关信号。常见的开关量输出方式有继电器触点大功率晶体管双向晶闸管等，可用于控制现场设备上的接触器阀门等执行机构的启停动作。常见的模拟量输出信号有~1mA~2mA~1V±1V等几种形式，用于控制现场执行器的开度转速位置等。单片机系统对生产过程的某些参数进行反复地采样，采集的数据经数字滤波和标度变换等加工处理后，变成以工程量纲为单位的实际参数值，在人机接口设备上显示出来，或者传送给其他控制系统使用。单片机系统周期性地采集过程信号，将被控制参数的当前值与给定值进行比较，根据偏差量，按照预定的控制规律做出控制决策，自动调节被控系统的执行机构，使被控参数给定值趋近。单片机带有内置的串行通讯接口，可以在完成对现场局部单机设备进行实时监控的同时，将设备的运行状态通过通讯接口传送到上位机，以保证整个生产过程的协调稳定运行。

．生产过程对微机控制系统的要求作为生产监控的同时，设备的单片机系统应具备如下要求：可靠性高。

单片机系统实时性不仅取决于CPU的工作频率，而且与系统的组成和程序结构有关在系统设计时，应合理的分配系统资源，合理利用单片机的中断系统，兼顾实时控制和一般事务处理两方面的要求。单片机控制系统一般都作为现场控制设备在线运行，作为人机接口的操作面板应设计得布局合理，标识清楚而准确，易于现场操作人员掌握和使用。在系统的软件设计中，应设置自诊断程序，该程序能够自动判断程序和数据的完整性，在检查I/O通道的工作状态是否正常在硬件设计时，应尽量采用插件式或积木式结构，这将有利于维护人员在系统发生故障时，能够准确判定故障点，方便地更换出故障的部件，使系统能够迅速地恢复允许。在设计单片机系统时，应根据系统的应用场合和被控参数的性质，选用合适的芯片和硬件结构，在不影响控制精度和实时性指标的前提下，尽量采用精度高较低，速度较慢的器件，同时尽可能减少系统的硬件开销，如用软件来实现硬件的功能，以降低系统的成本。在控制系统设计时，首先要对被控制过程进行深入的调查和分析，根据系统的控制要求和国内外同类设备的性能，确定系统开发的总体目标在此基础上，综合考虑产品的功能，成本，可靠性，可维护性等方面的数因素，提出系统的功能要求和技术指标。围绕系统功能要求和技术指标，设计系统的总体方案，并根据现场信号的性质，规定接口的物理特性参数，输入和输出量的数目等，在此基础上，划分系统硬件和软件的功能，对于既可以用硬件完成也可以用软件完成的功能，则应考虑系统运行的实时性，可靠性以及成本等因素，在软件实现与硬件实现之间作出权衡和取舍，在系统软硬件都留有余地的前提下，最终确定系统的结构形式。单片机系统的硬件设计包括逻辑设计，元器件的选择，人机接口面板设计以及印刷电路版的布线和生产等方面的内容。根据系统的总体结构和技术指标，在选用合适的硬件电路，特别是要优先选用那些标准化，模块化的成熟电路，以简化电路的结构，降低成本，提高系统的灵活性与通用性在选用元器件时，应选择集成高度，性能价格比高，易于采购的元器件要当时整机功能消耗较低时，应考虑尽量多采用CMOS工艺的集成电路。

在进行电路设计时，应充分考虑系统各部分的启动能力，当负载较重时，应考虑增加总线驱动器为提高系统的干扰能力，在印刷电路板布线时，应在电源进线端和集成电路的电源和地线之间并联滤波电容;避免大功率信号线和逻辑信号线平行走线;接地线应尽可能的粗，器件上没有的输入端应视为情况接地或接高电平。

在设计系统软件时，首先要根据系统的功能要求，确定控制系统的数学模型，将软件分成若干个相对独立的功能模块，并根据各模块间的相互关系确定软件的总体结构在此基础上画出程序流程图采用编辑软件编写汇编语言源程序，然后用汇编程序对源程序进行汇编，生成目标代码。单片机系统的调试包括硬件调试和软件调试，在硬件调试时，首先进行电路板的静态调试在通电前，应检查印刷电路板有无开路和断路现象，然后进行通电实验，在检查各电路的引脚电平正确无误后，再进行离线调试工作。在系统的离线调试完成后，可将系统放到生产现场进行实际运行试验如果所有的系统功能经验证正确无误，可将目标程序固定下来，从而结束整个系统的开发研制工作。本课题所要实现的目标是：工作系统在工作时，电磁振动给料机按控制给定量，将贮料器中的物料送给固体流量计，流量计将实际给料量检测出来，反馈给控制系统，调节电磁振动给料机，使给料量达到系统高定值。．基本结构设计．电磁振动定量给料控制系统图．为一研究电磁振动给料机给料精度控制的自动循环系统，该系统由电磁振动给料机溜槽式固体流量计水平振动输送机垂直螺旋振动输送机和贮料器五部分组成。图．电磁振动给料机自动控制系统—引流槽；—流量计弧形板；—测力杆；—支撑点；—测力传感器；—水平振动输送机；—水平振动电机（个）；—振动料斗；—电磁振动器；0—垂直振动电机（个）；—垂直螺旋振动给料机；—贮料斗0根据现在的设备情况，该控制系统在设计过程中有电磁振动给料机，垂直振动输送机和水平振动输送机。