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1、南昌航空大学科技学院学士学位论文1电磁振动定量给料机控制系统设计电磁振动定量给料机控制系统设计1 1前言前言机械是现代工业的物质基础，国民经济的各个部门都离不开机械。它是一门古老的学科，发展到今天已经历了一个漫长的历史时期。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。机械本身的发也是无止境的，但是这种发展动量缓慢的。各种机械发展到今天，单从机械角度对它们进行改进是越来越不容易了。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
2、技术焕发了青春。在原有机械基础上引入电子计算机高性能的控制机能，并实现整体最优化，就使原来的。机械产品产生了质的飞跃，变成功能更强、性能更好的新一代的机械产品或系统，这正是机电一体化的意义所在。我研究的课题是电磁振动定量给料机控制系统设计，此课题主要是基于MCS-51单片机进行设计。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。若把经典的电子系统当作僵死的电子系统，那么智能化的现代电子系统则是具有“生命”的电子系统。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
3、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！1 11 1 电振机的发展概况及相关介绍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。原机械工业部相继在东北的辽阳、河南鹤壁和江苏海安设立定点三家生产厂。由于当时技术落后，振动机械产品存在着设备体积小、效率低、结构复杂、故障率高、寿命短等缺陷。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南昌航空大学科技学院学士学位论文2自力更生和消化吸收的基础上进行了探索和创新，
4、在设计、制造及技术性能等方面都取得了长足发展。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，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、机电一体化方面还存在十分落后的局面。目前，国内电磁振动
5、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：(1)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；(2)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；(3)拓展各机型的适用
6、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。电磁振动机的主要特色有：1、体积小，重量轻，结构简单，安装方便，无转动部件不需润滑，维修非常方便，运行费用低；2、电振机的控制设备采用了可控硅半波整流线路，因此在使用过程中可以通过调节可控硅开放角的办法方便地无极调节给料量；3、电振机可以瞬时地改变和启闭料流，所以给料量有较高的精度，并可以实现生产流程的集中控制和自动控制；4、给料槽中的物料在给料过南昌航空大学科技学院学士学位论文3程中连续地被抛起，并按照抛物线的轨迹向前进行跳跃运动，因此给料槽的磨损较小；5、采用合金钢板制成的料槽，可适用输送高温、磨损严重及有腐蚀性的物
7、料等。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。但是我们不难发现，一种设备的发展并不是孤立的，而是与整个民族工业发展息息相关，我们要倍加呵护。由于我国各地经济发展不平衡，先进技术应用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。因此，要想使我国的给料设备赶超世界水平，还有待各方面的共同努力。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
8、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：（1）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。广泛地应用在水泥、矿山、冶金、煤炭、化工、陶瓷、粮食，电力等工矿企业中。并是实现生产自动化最为理想设备，该系列电磁振动给
9、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。无级调节给料量，可在额定电压、振幅条件下频繁启动和连续运转，安装维修方便等。其型号意义如图 11南昌航空大学科技学院学士学位论文4图 11 GZ 系列电磁振动给料机型号及意义图 12 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。它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
10、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。它们由给料槽体、振动电机、减震装置组成。其结构原理图如图 13图 13 DZ 系列电机振动给料机结构原理图各派生型代号中：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G Z X X各派生型代号规格代号电磁振动给料机南昌航空大学科技学院学士学位论文5（2）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。与其它形式
11、给料机相比，具有体积小、重量轻、结构简单、耗电省、可无级调节给料量等特点。GZV 微型电磁振动给料机配套控制箱可实现手动、自动调节。微型给料机为座式结构，工作时只需放置在工作台上即可。另可在给料槽内增加 12 层筛网，成为小型振动筛分设备。其结构原理图如下：图 14 GZV 系列微型电磁振动给料机结构简图（3）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 15 为 DMA 系列振动给料机的结构简图。图 15 DMA 系列电磁振动给料机结构简图南昌
12、航空大学科技学院学士学位论文6（4）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 16 为TZG 系列电磁振动给料机的实物图。图 16 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。 “敏捷制造”这一概念随即孕育而生，并已成为制造业的热门话题。在这种形势下，传统结构的振动给料机
13、及其设计与加工方法已难以满足市场需求。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，它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。为解决这一问题，许多研究工作已经展开并不断走向深入。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，它有许多优点：体积小，重量轻，结构简单，成本低，密封容易，且较易控制。电振机定量给料系统一般采用控
14、制振幅达到定量给料的目的。因此本课题给料设备我采用电振给料机。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。电磁振动给料机，又称电振南昌航空大学科技学院学士学位论文7机，由料槽、激振器、减振器、电振机调控仪四个部分组成。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五部分组成。本课题是个很典型的计算机控制系统，此类相似的系统，工业上已经研究得很成熟。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
15、流量计，基本上是空白的。研究内容主要有控制部分，其包括软件部分，硬件部分，控制器。控制部分基于单片机来实现。MCS-51 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。目前，单片机以其特有的性能和价格上的优势，在工业过程的在线监测和实时控制等方面得到了广泛的应用。1 12 2 单片机控制系统的基本结构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 17 所示。单片机主机部分包括单片机系统、程序存储器、数据
16、存储器等、是控制系统的核心。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。人机接口是控制系统与操作人员交换信息的媒介。输入通道包括开关量输入和模拟量输入两部分。工业现场设备常用的开关信号电平有 5V、24V、48V 等直流量，以及 100V、220V 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010mA、420mA、010V、10V、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。南昌航空大学科技学院学士学位论文8图 17 单片机控制系统的结构图输出通道包括开关量输出和模拟量输出两个部分。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
