金屬材料加工設(shè)備的單片機(jī)雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王東波

（新疆神火炭素制品有限公司，新疆 昌吉 831500）

雷蒙磨是指雷蒙磨粉機(jī)，是礦山、水泥廠及鋁電解用炭陽(yáng)極行業(yè)主要的粉磨設(shè)備，負(fù)責(zé)深加工礦物、煅后金屬材料等物料。雷蒙磨工作性能具有穩(wěn)定性，當(dāng)前在金屬鋁電解炭陽(yáng)極行業(yè)中普遍利用雷蒙磨。近些年我國(guó)生產(chǎn)的鋁電解炭陽(yáng)極行業(yè)都要制作為超細(xì)粉體，許多小型企業(yè)對(duì)鋁電解炭陽(yáng)極產(chǎn)品也提出更高的要求，利用雷蒙磨粉機(jī)生產(chǎn)粉料產(chǎn)品，也可以用于加工處理粉料半成品，企業(yè)不斷發(fā)展，也更加重視產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)前雷蒙磨自動(dòng)化水平有待提高，整體控制效果有待增強(qiáng)，保障實(shí)現(xiàn)規(guī)?；饘俨牧系纳a(chǎn)質(zhì)量。

1 概述單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)

圖1 雷蒙磨機(jī)配套設(shè)施

雷蒙磨屬于一種制粉磨機(jī)，在雷蒙磨工作過(guò)程中，礦石材料、煅后石油焦、金屬材料等原料首先需要經(jīng)過(guò)鄂式破碎機(jī)，在進(jìn)行簡(jiǎn)單粗破處理后，利用斗式提升機(jī)向粗料倉(cāng)輸送礦石、煅后石油焦、金屬等原料，然后利用螺旋輸送給料機(jī)向磨機(jī)主磨室輸送物料，利用磨室磨輥和磨環(huán)的淹沒處理之后，形成半成品的細(xì)粉，利用風(fēng)機(jī)向分析機(jī)中帶入細(xì)粉，利用分析機(jī)的篩選分析工作[1]。

在雷蒙磨工作過(guò)程中，需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員操作處理設(shè)備，測(cè)量工作比較簡(jiǎn)單，但是缺乏控制效果，產(chǎn)能與智能加相互融合，并將能耗等方面進(jìn)行進(jìn)一步提高。合理利用設(shè)備，可以發(fā)揮出生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。工作人員需要嚴(yán)格執(zhí)行雷蒙磨設(shè)備的工作順序。檢測(cè)主軸電機(jī)和分級(jí)機(jī)的故障之后，需要停止磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。采集主機(jī)電流和風(fēng)機(jī)電流，可以自動(dòng)化調(diào)節(jié)金屬材料的給料量，保障雷蒙磨生產(chǎn)工作的穩(wěn)定性，保障金屬材料加工設(shè)備的整體工作產(chǎn)量。在雷蒙磨運(yùn)行過(guò)程中，需要維持分級(jí)機(jī)速度的恒定性，提升金屬粉料工作過(guò)程的穩(wěn)定性。

2 單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，單片機(jī)芯片具有穩(wěn)定的工作性能，同時(shí)具有抗干擾能力，再融合外圍功能芯片和嵌入式軟件，形成智能控制儀。智能控制儀可以采集雷蒙磨的機(jī)械設(shè)備參數(shù)，通過(guò)計(jì)算分析綜合控制磨機(jī)[2]。

2.1 工作原理

單片機(jī)上電復(fù)位之后，可以自檢芯片和傳感器，自動(dòng)校正誤差，利用顯示屏將雷蒙磨的運(yùn)行時(shí)間顯示出來(lái)，控制鼓風(fēng)電機(jī)和主軸電機(jī)運(yùn)行過(guò)程，吸合給料機(jī)的繼電器，斷開常閉觸點(diǎn)，根據(jù)正常的順序啟動(dòng)雷蒙磨。雷蒙磨在進(jìn)行金屬材料生產(chǎn)過(guò)程中，如果發(fā)生異常數(shù)據(jù)，不能啟動(dòng)下一個(gè)設(shè)備，并且顯示出設(shè)備代碼和數(shù)據(jù)，避免工作人員啟動(dòng)順序不符合規(guī)定[3]。

表1 對(duì)比系統(tǒng)改造前后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 只能控制儀結(jié)構(gòu)流程圖

2.2 硬件電路

單片機(jī)總包括在線可編程ISP閃存和定時(shí)器以及中斷源等，同時(shí)具有雙數(shù)據(jù)指針，利用UART串行通道，在線編程工作比較靈活，外接芯片之后，可以在惡劣的工作中穩(wěn)定的運(yùn)行：

（1）A/D轉(zhuǎn)換芯片：A/D轉(zhuǎn)換芯片的速度比較快，不僅可以發(fā)揮A/D轉(zhuǎn)化功能，還包括放大器和三態(tài)輸出鎖存器等，形成了單片小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在工作過(guò)程中，無(wú)需調(diào)節(jié)零點(diǎn)和滿刻度。

（2）光耦I(lǐng)/O接口電路：光電耦合器的體積比較小，使用壽命比較長(zhǎng)，其中沒有任何觸點(diǎn)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)可以快速的響應(yīng)工作指令，保障輸出和輸入之間的絕緣性，利用單向信號(hào)傳輸方式。

（3）LED數(shù)碼管：LED數(shù)碼管負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，利用雙色LED數(shù)碼管顯示屏，保證影像穩(wěn)定性，具有較大的可視面積，可以保障畫面效果，此外具有較強(qiáng)的抗干擾能力，顯示工作具有靈活性優(yōu)勢(shì)。

（4）溫度采集DS18B20：可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，控制進(jìn)度在0.5左右，利用一線總線和數(shù)字方式傳輸現(xiàn)場(chǎng)溫度，使系統(tǒng)抗干擾性因此提升，再加上體積比較小，可以擴(kuò)寬應(yīng)用電壓的實(shí)際范圍。

（5）24c16存儲(chǔ)器：串行16K存儲(chǔ)器，利用IC總線接口方式，利用8腳封裝方式，數(shù)據(jù)保存時(shí)間比較長(zhǎng)，可以存儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)整的參數(shù)，方便金屬材料加工人員在后續(xù)工作中查看歷史數(shù)據(jù)，確定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

在單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)中利用模塊化程序設(shè)計(jì)方式，根據(jù)軟件功能，主要?jiǎng)澐殖芍鞒绦蚝妥映绦騼纱蟛糠?。整個(gè)控制系統(tǒng)的核心是主程序，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的關(guān)系。利用不同子程序完成不同的工作功能，每個(gè)子系統(tǒng)都可以單獨(dú)執(zhí)行某個(gè)工作功能。

單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)的難點(diǎn)是自適應(yīng)PID控制給料模塊產(chǎn)需，因?yàn)槁菪斔徒o料機(jī)具有非線性特征，信號(hào)變化也具有遲滯性，在各種外界因素的影響下，將會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)的特征，系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性因此受到影響。

自適應(yīng)PID控制模型包括PID模型和反饋控制器以及自適應(yīng)回路等，自適應(yīng)PID模型工作當(dāng)中，結(jié)合金屬加工設(shè)備主軸電機(jī)電流和風(fēng)機(jī)電流，不斷估計(jì)控制對(duì)象的比例和積分等參數(shù)，結(jié)合參數(shù)估計(jì)值，計(jì)算自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)器控制參數(shù)，以給料速度為基礎(chǔ)，確定給料速度，嚴(yán)格控制給料速度，計(jì)算下一步工作中的給料速度，保障主軸電機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)。利用自適應(yīng)PID控制，可在生產(chǎn)過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)自我校正調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)不斷的采樣和修正以及控制工作，保障控制系統(tǒng)最優(yōu)效果。

3 單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制效果和發(fā)展前景

安裝了單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)之后，可以金屬加工設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)電磁振動(dòng)給料機(jī)的喂料工作，精確控制分析機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，保障雷蒙磨的工作狀態(tài)。利用電機(jī)高溫報(bào)警和數(shù)據(jù)超限自動(dòng)停車等作用，可以有效降低系統(tǒng)的故障率，有效保護(hù)各個(gè)金屬材料生產(chǎn)設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)變成存儲(chǔ)不同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，檢測(cè)雷蒙機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，避免發(fā)生設(shè)備故障和失誤操作，使整體生產(chǎn)效率因此提高，保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

雷蒙磨系統(tǒng)自動(dòng)化改造完成后，不僅提高了金屬材料磨粉純度的穩(wěn)定性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，如表1所示。雷蒙磨工由原來(lái)的時(shí)時(shí)刻刻盯著設(shè)備儀表，調(diào)整給料螺旋轉(zhuǎn)速，到現(xiàn)在只要做好現(xiàn)場(chǎng)巡檢及設(shè)備加油工作，雷蒙磨工勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，避免了因工作量過(guò)大造成的設(shè)備操作失誤及點(diǎn)巡檢不到位問(wèn)題，使設(shè)備得到更好的巡檢及維護(hù)，降低設(shè)備故障率。

單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)中預(yù)留485通訊接口，遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)機(jī)器。當(dāng)前我國(guó)很多金屬礦企業(yè)特別是鋁電解用炭陽(yáng)極制造行業(yè)廣泛利用雷蒙磨，但是生產(chǎn)工藝水平有待提升，需要自動(dòng)化改造生產(chǎn)線，使生產(chǎn)效率大幅度提升，保障金屬材料企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了金屬材料加工設(shè)備單片機(jī)的雷蒙磨自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，提高磨粉純度的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量，也大大降低雷蒙磨工勞動(dòng)強(qiáng)度，提升金屬企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。