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振动给料机的变频速度调节精准化速度控制

[发布日期:2018-06-05 09:34:00 浏览量:565 ]
 

     为提高振动给料机的工作性能,采用变频速度调节技术针对其给料系统进行精准化速度控制研究。通过深入理解振动给料机的组成机构及给料机理,在满足自动给料性能及工作要求的基础上,着重针对给料环节进行变频速度控制研究,经过控制部件硬件选型、电路设计测试、软件控制程序优化及组态功能布置等具体实施,实现振动给料机的变频速度均匀性调节和状态实时监控,并进行模拟试验验证,结果表明:将给料频率与机器工作频率合理控制,在47.5~50.5Hz工作频率范围内振动给料机可发挥最大性能,变频速度调节控制与预期理论效果一致,误差控制在6%之内,验证了基于自动给料变频PID速度调节控制的合理性与可行性,可为振动给料机更深一步智能改进优化提供参考依据。

振动给料机

0、引言

    随着自动化控制技术的深入应用,农业、畜牧业及工业等行业对于供应给料的精量化与效率化要求亦不断提高。给料机作为应用广泛的机械装置之一,其功能表现为用于输送有用原材料,是一种中间物料传递装置。目前,市场的振动给料机根据应用场合的不同主要有输送给料、振动给料及气动给料等。近年来,国内外学者以给料机为研究对象,相继从各个方向做出了研制与开发,包括从优化给料机给料口尺,度出发,对振动给料机的给料速度的变频调节和控制算法展开讨论。

1、振动给料机结构及工作原理

    振动给料机主要由电机、激振装置、给料机机体及过滤芘条装置及弹簧组成,如图1所示。工作原理可简要概述为:自动给料装置在电机提供动力源的前提条件下,通过弹簧装置和激振装置的相互协调配合,进行自动给料作业。一方面,电机作为给料装置实现自动控制的核心,针对振动给料机变频速度调节,很大程度取决于电机的性能及实现电机相关连锁作业及速度调节的智能化装置;另一方面,工作过程的振动性能是决定给料效率的关键,为实现均匀、快速自动给料,需对给料关键机构的振动结构进行了解设计。

动力学振动理论模型可描述为:

1)振动给料机构水平方向为
振动给料机构水平方向1

2)振动给料机构垂直方向为
振动给料机构垂直方向

    振动给料机构水平与垂直方向的运动轨迹及条件表明,电磁振动给料机的实时作业过程重点考虑电磁共振的区域、作用力矩和振动幅度等关键参数。

2、给料系统控制要求

    振动给料机的给料系统整体控制要求精准化与均匀化,为满足自动给料的工艺流程,在研究给料系统整体结构组成的基础上,对给料速度进行变频优化控制。图2为拟实现的给料系统变频给料控制设计原理图。由图2可知:在给料机的工作原理基础上,替代传统的电气调节方式,增加上位机监控与PLC核心控制原理与变频装置协调实现给料系统变频速度调节目标。上位机部分实现了计算、显示、报表与监控的一体化控制功能,避免操作不便、监控精度不高等缺陷,给料系统部分则实现了根据不同给料要求与原料性能,通过调整电流与电压信号,控制给料电机进行变频速度调节的控制要求。
振动给料机外形简图
1、电机 2、激振装置 3、给料机机体 4、过滤装置 5、弹簧

3、变频调速系统设计
振动给料机变频原理设计图

3.1硬件选型优化给料机变频控制电路,根据整流核心原理在触发信号环节加入IGBT(见图3),进而本着精确化的目的,在给料环节选取电位器型号为WDD35D4。此型号电位器可较好实现直流或低频交流电压电流的精准化调节,关键参数如下:

额定功率/W:2

电阻值误差率:12%左右

电气转度/(°):344~347

温度变化范围/℃:-50~120

    给料量的多少与给料机的变频速度调节之间关系紧密,为准确测量给料量实现变频速度控制,在给料组成构件中安装固体流量计,通过传感装置获取物料的下料速度、物料的质量大小,进一步确定振动给料机的速度与振幅变化等核心参数。
振动给料机变频控制电路图

3.2软件控制

    自动给料装置软件控制采用将模糊化控制理论与PID控制器相融合,通过两者的高效程序设计与结合,实现变频速度调节控制。此优化核心在于隶属度函数的确立与模糊规则的选取等。图4为自动给料系统控制编辑器窗口设置截图。由窗口设置可知:通过给定一定的给料量偏差及相应的偏差变化率参数,进一步通过变频装置实现给料速度的调节控制。

    振动给料机的智能化实现应当由上位机、执行系统及下位机完整组成。为便于监控给料机的变频速度控制及整机工作状态,针对自动给料的组态程序进行设计(见图5)。在软件系统与硬件执行部件间建立数据通讯程序,给定符合给料工况的控制参数设置,通过监视画面实现给料流程与事件异常的状态监控和相关信息保存,便于分析等功能。

4、模拟试验

4.1试验条件

选取符合设计要求的工控机与拟定给料的电振给料装置,按照图6电路与数据接口连接图进行数据连线,主要从数模转换模块、接口控制模块及信息传递模块等部分展开,确保各项数据传输的准确性与及时性。同时,按照表1所示的控制要求参数进行模拟试验。

4.2效果分

    析通过试验,记录不同激振频率下振动给料机对应的振幅情况(见表2)。由表2可知:给料机在电机控制的带动下,工作频率在47.5~50.5Hz范围内。经硬件选型及软件变频控制程序给定,可实现这一工作要求。此时,振动给料机能够以较小的输出功率发挥较大的机械性能,加之变频控制速度性能,从而较好地提高振动给料机的给料效率。通过给定模拟条件,编辑执行控制程序及函数,得出如图7~图9所示的模拟效果。从图中可看出:比例、积分、微分环节的控制在试验条件下曲面特征表现为明显分布,梯度分明,显示调节控制的可行性。进一步经数据参数转换,表明三者的互相配合调节与理论计算误差控制在6%之内,验证了自动给料变频PID速度调节控制的合理性与可行性。

5、结论

1)通过理解振动给料机的工作原理及控制要求,研究给料机的变频速度调节控制。

2)加入IGBT激振电路与实现精准定位、精准测定给料量等相关硬件装置,并优化软件控制程序,实现基于振动给料机的变频速度调节功能优化;并经试验得到配合调节与预期目标误差控制在6%之内,验证了自动给料变频PID速度调节控制的合理性与可行性。

3)将机械给料与自动控制技术相结合,并融入组态监控功能,实现变频速度控制,这一思想有利于振动给料机不断向智能化方向开发与优化,具有一定的参考意义。



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