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                    振動給料機的變頻速度調節精準化速度控制

                    [發布日期:2018-06-05 09:34:00 瀏覽量:355 ]
                     

                         為提高振動給料機的工作性能,采用變頻速度調節技術針對其給料系統進行精準化速度控制研究。通過深入理解振動給料機的組成機構及給料機理,在滿足自動給料性能及工作要求的基礎上,著重針對給料環節進行變頻速度控制研究,經過控制部件硬件選型、電路設計測試、軟件控制程序優化及組態功能布置等具體實施,實現振動給料機的變頻速度均勻性調節和狀態實時監控,并進行模擬試驗驗證,結果表明:將給料頻率與機器工作頻率合理控制,在47.5~50.5Hz工作頻率范圍內振動給料機可發揮最大性能,變頻速度調節控制與預期理論效果一致,誤差控制在6%之內,驗證了基于自動給料變頻PID速度調節控制的合理性與可行性,可為振動給料機更深一步智能改進優化提供參考依據。

                    振動給料機

                    0、引言

                        隨著自動化控制技術的深入應用,農業、畜牧業及工業等行業對于供應給料的精量化與效率化要求亦不斷提高。給料機作為應用廣泛的機械裝置之一,其功能表現為用于輸送有用原材料,是一種中間物料傳遞裝置。目前,市場的振動給料機根據應用場合的不同主要有輸送給料、振動給料及氣動給料等。近年來,國內外學者以給料機為研究對象,相繼從各個方向做出了研制與開發,包括從優化給料機給料口尺,度出發,對振動給料機的給料速度的變頻調節和控制算法展開討論。

                    1、振動給料機結構及工作原理

                        振動給料機主要由電機、激振裝置、給料機機體及過濾芘條裝置及彈簧組成,如圖1所示。工作原理可簡要概述為:自動給料裝置在電機提供動力源的前提條件下,通過彈簧裝置和激振裝置的相互協調配合,進行自動給料作業。一方面,電機作為給料裝置實現自動控制的核心,針對振動給料機變頻速度調節,很大程度取決于電機的性能及實現電機相關連鎖作業及速度調節的智能化裝置;另一方面,工作過程的振動性能是決定給料效率的關鍵,為實現均勻、快速自動給料,需對給料關鍵機構的振動結構進行了解設計。

                    動力學振動理論模型可描述為:

                    1)振動給料機構水平方向為
                    振動給料機構水平方向1

                    2)振動給料機構垂直方向為
                    振動給料機構垂直方向

                        振動給料機構水平與垂直方向的運動軌跡及條件表明,電磁振動給料機的實時作業過程重點考慮電磁共振的區域、作用力矩和振動幅度等關鍵參數。

                    2、給料系統控制要求

                        振動給料機的給料系統整體控制要求精準化與均勻化,為滿足自動給料的工藝流程,在研究給料系統整體結構組成的基礎上,對給料速度進行變頻優化控制。圖2為擬實現的給料系統變頻給料控制設計原理圖。由圖2可知:在給料機的工作原理基礎上,替代傳統的電氣調節方式,增加上位機監控與PLC核心控制原理與變頻裝置協調實現給料系統變頻速度調節目標。上位機部分實現了計算、顯示、報表與監控的一體化控制功能,避免操作不便、監控精度不高等缺陷,給料系統部分則實現了根據不同給料要求與原料性能,通過調整電流與電壓信號,控制給料電機進行變頻速度調節的控制要求。
                    振動給料機外形簡圖
                    1、電機 2、激振裝置 3、給料機機體 4、過濾裝置 5、彈簧

                    3、變頻調速系統設計
                    振動給料機變頻原理設計圖

                    3.1硬件選型優化給料機變頻控制電路,根據整流核心原理在觸發信號環節加入IGBT(見圖3),進而本著精確化的目的,在給料環節選取電位器型號為WDD35D4。此型號電位器可較好實現直流或低頻交流電壓電流的精準化調節,關鍵參數如下:

                    額定功率/W:2

                    電阻值誤差率:12%左右

                    電氣轉度/(°):344~347

                    溫度變化范圍/℃:-50~120

                        給料量的多少與給料機的變頻速度調節之間關系緊密,為準確測量給料量實現變頻速度控制,在給料組成構件中安裝固體流量計,通過傳感裝置獲取物料的下料速度、物料的質量大小,進一步確定振動給料機的速度與振幅變化等核心參數。
                    振動給料機變頻控制電路圖

                    3.2軟件控制

                        自動給料裝置軟件控制采用將模糊化控制理論與PID控制器相融合,通過兩者的高效程序設計與結合,實現變頻速度調節控制。此優化核心在于隸屬度函數的確立與模糊規則的選取等。圖4為自動給料系統控制編輯器窗口設置截圖。由窗口設置可知:通過給定一定的給料量偏差及相應的偏差變化率參數,進一步通過變頻裝置實現給料速度的調節控制。

                        振動給料機的智能化實現應當由上位機、執行系統及下位機完整組成。為便于監控給料機的變頻速度控制及整機工作狀態,針對自動給料的組態程序進行設計(見圖5)。在軟件系統與硬件執行部件間建立數據通訊程序,給定符合給料工況的控制參數設置,通過監視畫面實現給料流程與事件異常的狀態監控和相關信息保存,便于分析等功能。

                    4、模擬試驗

                    4.1試驗條件

                    選取符合設計要求的工控機與擬定給料的電振給料裝置,按照圖6電路與數據接口連接圖進行數據連線,主要從數模轉換模塊、接口控制模塊及信息傳遞模塊等部分展開,確保各項數據傳輸的準確性與及時性。同時,按照表1所示的控制要求參數進行模擬試驗。

                    4.2效果分

                        析通過試驗,記錄不同激振頻率下振動給料機對應的振幅情況(見表2)。由表2可知:給料機在電機控制的帶動下,工作頻率在47.5~50.5Hz范圍內。經硬件選型及軟件變頻控制程序給定,可實現這一工作要求。此時,振動給料機能夠以較小的輸出功率發揮較大的機械性能,加之變頻控制速度性能,從而較好地提高振動給料機的給料效率。通過給定模擬條件,編輯執行控制程序及函數,得出如圖7~圖9所示的模擬效果。從圖中可看出:比例、積分、微分環節的控制在試驗條件下曲面特征表現為明顯分布,梯度分明,顯示調節控制的可行性。進一步經數據參數轉換,表明三者的互相配合調節與理論計算誤差控制在6%之內,驗證了自動給料變頻PID速度調節控制的合理性與可行性。

                    5、結論

                    1)通過理解振動給料機的工作原理及控制要求,研究給料機的變頻速度調節控制。

                    2)加入IGBT激振電路與實現精準定位、精準測定給料量等相關硬件裝置,并優化軟件控制程序,實現基于振動給料機的變頻速度調節功能優化;并經試驗得到配合調節與預期目標誤差控制在6%之內,驗證了自動給料變頻PID速度調節控制的合理性與可行性。

                    3)將機械給料與自動控制技術相結合,并融入組態監控功能,實現變頻速度控制,這一思想有利于振動給料機不斷向智能化方向開發與優化,具有一定的參考意義。



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