專利名稱：球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
球磨機(jī)是一種工業(yè)生產(chǎn)中十分重要的制粉設(shè)備，廣泛用于水泥、發(fā)電、選礦、陶瓷、 冶金等各個(gè)行業(yè)，既是一種大型昂貴設(shè)備，同時(shí)屬于一種大噪音、高能耗和低效率的設(shè)備。 由于陶瓷生產(chǎn)工藝的特殊要求，陶瓷生產(chǎn)企業(yè)上所用的球磨機(jī)絕大部分都是間歇式作業(yè)模 式的球磨機(jī)。如圖la、圖lb所示，間歇式球磨機(jī)14有一個(gè)進(jìn)出料口 13，球磨機(jī)14運(yùn)行前 進(jìn)出料口 13位置應(yīng)置于向上，便于原料倉裝料操作，物料填裝完畢啟動(dòng)磨機(jī)開始工作，加 工完畢后需將成品從磨機(jī)內(nèi)卸出，因此必須將進(jìn)出料口 13置于朝下，使得物料卸到輸送小 車或者其他運(yùn)送裝置，從而完成間歇式作業(yè)模式的操作。 間歇式作業(yè)模式的特點(diǎn)決定了需要對磨機(jī)停車位置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，即對磨機(jī)的進(jìn) 出料口的裝料位置(如向上)和卸料位置(如向下)的準(zhǔn)確控制。在我國中小企業(yè)中擁 有大量的這種間歇性作業(yè)的球磨機(jī)，工人對磨機(jī)進(jìn)出料口的位置控制全憑借經(jīng)驗(yàn)， 一次裝 卸料操作往往對磨機(jī)的啟停進(jìn)行反復(fù)操作，從而保證進(jìn)出料口的位置。因?yàn)槟C(jī)屬于大慣 量設(shè)備，頻繁啟停會造成對磨機(jī)電動(dòng)機(jī)的損耗，以及對電網(wǎng)電壓的影響，甚至影響到其他正 常工作的設(shè)備，是對電力資源的浪費(fèi)，不符合國家的節(jié)能降耗政策。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種旨在實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全和環(huán)保三大目
標(biāo)，以確保其可靠經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)及其控制方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)，它包括單片機(jī)，單片機(jī)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、球磨 機(jī)O點(diǎn)位置檢測裝置和球磨機(jī)位置檢測裝置連接，輸出端與繼電器連接，繼電器與接觸器 連接，接觸器控制電動(dòng)機(jī)同時(shí)與電源連接；單片機(jī)還與控制鍵盤連接；單片機(jī)通過控制接 觸器來控制球磨機(jī)停車位置。 所述控制鍵盤包括啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、進(jìn)料口位置按鈕、出料口位置按鈕和檢修 位置按鈕。 所述球磨機(jī)0點(diǎn)位置檢測裝置包括設(shè)置在球磨機(jī)進(jìn)料口正上方的0點(diǎn)位置感應(yīng)點(diǎn)
及其0點(diǎn)位置感應(yīng)器；所述球磨機(jī)位置檢測裝置包括設(shè)置在球磨機(jī)圓周方向均與分布的若
干個(gè)圓周位置感應(yīng)點(diǎn)，及其相配合的圓周位置感應(yīng)器。 —種球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)的控制方法，它的步驟為 步驟1，系統(tǒng)初始化，測量球磨機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間，計(jì)算球磨機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量比 步驟2，根據(jù)磨機(jī)斷電前的初速度以及球磨機(jī)的轉(zhuǎn)矩慣量比，對球磨機(jī)的斷電以后 所轉(zhuǎn)過的角度可以進(jìn)行預(yù)測；
步驟3，發(fā)出停車命令時(shí)，電動(dòng)機(jī)并不馬上停止，而是將停車命令發(fā)給單片機(jī)，單片
機(jī)根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速及起動(dòng)過程得到的轉(zhuǎn)矩慣量比計(jì)算得出自由停車后的角位移量，并根據(jù)當(dāng)
前位置，判定當(dāng)磨機(jī)在何位置時(shí)關(guān)閉電動(dòng)機(jī)使得磨機(jī)停止之后轉(zhuǎn)到指定位置，從而實(shí)現(xiàn)磨
機(jī)停車位置的準(zhǔn)確控制。
所述步驟2中，預(yù)測過程為
建立機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式(1):




-電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩； -傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；
T -J—
-傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣j n——傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速； t——轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 所述電機(jī)轉(zhuǎn)矩1 :
"T — 瑪"2
(2)
S = "o —w
— 0
式中，K為與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，是與電源頻率有關(guān)的常量；S為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，且 n。為電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；U為定子繞組電壓，電源相電壓；R2轉(zhuǎn)子每 相繞組的電阻；X2。電動(dòng)機(jī)(n = 0)時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗；將啟動(dòng)過程分成若干時(shí)間段，則 在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速n之間具有近似線性關(guān)系，
因此，求解方程組(3)得到[TL]'和[J]: 《
(3)
A 3
Ani、 An2、 An3、 At為測量得到，而[Tjp [TM]2，P [TM] 3在啟動(dòng)過程中是變化的， 為了求解方程組(3)，必須對[TM]將進(jìn)行約束，利用T = f (n)的線性關(guān)系式，在此線性 關(guān)系上得到r^、n2、n3、 Ani、 An2、 An3、 [Tjp [TM]2，P [TM]3代入方程組求解得出[Tj '和 [J]。
當(dāng)磨機(jī)停車時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩[TM] = 0，因此可以得到力、二




的值，
r厶、式(4)
餘/f ")
進(jìn)而得到加速度公式
(5)
-停車時(shí)加速度；
J得停車時(shí)刻電動(dòng)機(jī)的初速度rv^為系統(tǒng)的固有特性是由起動(dòng)過程計(jì)算得到 得到公式(6)
4
0="2 (6);一2s 從而預(yù)測磨機(jī)從開始停車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)ns到自由停車n = 0所經(jīng)過的角位移量，根據(jù)角位移量得到磨機(jī)停車位置的準(zhǔn)確控制。 本發(fā)明的有益效果是通過對球磨機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的建立，分析球磨機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)停車位置的準(zhǔn)確控制。該控制系統(tǒng)通過對每次啟動(dòng)過程特性的自學(xué)習(xí)，利用歸一化處理和系數(shù)修正方法，得到磨機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中的近似等效負(fù)載扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，從而預(yù)測其停止特性，根據(jù)該特性實(shí)現(xiàn)了大慣量磨機(jī)停止位置的準(zhǔn)確控制。該控制系統(tǒng)所需硬件設(shè)備簡單，安裝方便，可適用于現(xiàn)有磨機(jī)準(zhǔn)?？刂频母脑?。


圖la為進(jìn)料位置； 圖lb為出料位置； 圖2為球磨機(jī)運(yùn)動(dòng)模型； 圖3為定位原理圖； 圖4為啟動(dòng)速度曲線； 圖5為機(jī)械特性曲線； 圖6為轉(zhuǎn)速測量方法； 圖7a為磨機(jī)滾筒位置檢測裝置； 圖7b為圖7a的側(cè)面視圖； 圖8為球磨機(jī)啟動(dòng)過程運(yùn)動(dòng)曲線； 圖9為間歇式球磨機(jī)控制系統(tǒng)； 圖IO為控制流程圖。 其中，1.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，2.球磨機(jī)0點(diǎn)位置檢測裝置，3.球磨機(jī)位置檢測裝置，4.單片機(jī)，5.繼電器，6.接觸器，7.電源，8.啟動(dòng)按鈕，9.停止按鈕，IO.進(jìn)料口位置按鈕，ll.出料口位置按鈕，12.檢修位置按鈕，13.進(jìn)出料口，14.球磨機(jī)，15.電動(dòng)機(jī)，16.圓周位置感應(yīng)點(diǎn)，17. 0點(diǎn)位置感應(yīng)點(diǎn)，18.圓周位置感應(yīng)傳感器。19. 0點(diǎn)位置感應(yīng)器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 圖9中，本發(fā)明的球磨機(jī)大慣量轉(zhuǎn)子定位停車控制系統(tǒng)，它包括單片機(jī)4，單片機(jī)4與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器1、球磨機(jī)0點(diǎn)位置檢測裝置2和球磨機(jī)位置檢測裝置3連接，輸出端與繼電器5連接，繼電器5與接觸器6連接，接觸器6控制電動(dòng)機(jī)15同時(shí)與電源7連接；單片機(jī)4還與控制鍵盤連接；單片機(jī)4通過控制接觸器6來控制球磨機(jī)14停車位置?？刂奇I盤包括啟動(dòng)按鈕8、停止按鈕9、進(jìn)料口位置按鈕10、出料口位置按鈕11和檢修位置按鈕12。 圖7a、圖7b中，球磨機(jī)0點(diǎn)位置檢測裝置2包括設(shè)置在球磨機(jī)14進(jìn)出料口 13正上方的0點(diǎn)位置感應(yīng)點(diǎn)17及其相應(yīng)的0點(diǎn)位置感應(yīng)器19 ;球磨機(jī)位置檢測裝置3包括設(shè)置在球磨機(jī)14圓周方向均與分布的若干個(gè)圓周位置感應(yīng)點(diǎn)16及其圓周位置感應(yīng)器18。為了檢測球磨機(jī)14滾體位置，首先要設(shè)置0點(diǎn)位置，以球磨機(jī)14進(jìn)出料口 13的中心作為0點(diǎn) 位置，在該處設(shè)置0點(diǎn)位置感應(yīng)點(diǎn)，并在此處設(shè)置接近開關(guān)傳感器作為0點(diǎn)位置感應(yīng)器19， 如圖7a、圖7b所示，通過該接近開關(guān)可判斷磨機(jī)的0點(diǎn)位置。球磨機(jī)14轉(zhuǎn)過角度數(shù)值的判 斷通過圓周位置感應(yīng)點(diǎn)16和圓周位置感應(yīng)傳感器18決定。圓周位置感應(yīng)點(diǎn)16均勻的分 布在滾體端面圓周上，分布得越多則角位移檢測的精度就越高。
圖10給出了本發(fā)明的控制流程圖，它的步驟為 步驟l，系統(tǒng)初始化，測量球磨機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間；為了測量電動(dòng)機(jī)15轉(zhuǎn)速在電動(dòng) 機(jī)15的轉(zhuǎn)軸上套上一個(gè)脈沖編碼器，當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，脈沖信號通過光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大、濾 波引入單片機(jī)。測量方法如圖6所示，轉(zhuǎn)速的過程為在轉(zhuǎn)速輸出脈沖的下降沿啟動(dòng)單片機(jī) 4定時(shí)器，定時(shí)長度Tc，同時(shí)記取轉(zhuǎn)速輸出脈沖個(gè)數(shù)ml和時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)m2 。測量時(shí)間到，先 停止對轉(zhuǎn)速輸出脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)，待下一個(gè)轉(zhuǎn)速輸出脈沖下降沿到來時(shí)，再停止對時(shí)鐘脈 沖計(jì)數(shù)，以保證測到整個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器的輸出脈沖。計(jì)算得出電動(dòng)機(jī)15轉(zhuǎn)速。根據(jù)磨機(jī)斷電 前的初速度以及球磨機(jī)的轉(zhuǎn)矩慣量比，對球磨機(jī)的斷電以后所轉(zhuǎn)過的角度可以進(jìn)行預(yù)測；
步驟2，發(fā)出停車命令時(shí)，電動(dòng)機(jī)并不馬上停止，而是將停車命令發(fā)給單片機(jī)，單片 機(jī)根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速計(jì)算得出自由停車后的角位移量，并根據(jù)當(dāng)前位置，判定當(dāng)磨機(jī)在何位置 時(shí)關(guān)閉電動(dòng)機(jī)使得磨機(jī)停止之后轉(zhuǎn)到指定位置，從而實(shí)現(xiàn)磨機(jī)停車位置的準(zhǔn)確控制。
圖8為球磨機(jī)啟動(dòng)過程的實(shí)測運(yùn)動(dòng)曲線，從啟動(dòng)過程的加速度曲線上可以看出， 啟動(dòng)過程經(jīng)歷了兩個(gè)階段第一階段為加速度增加的階段，第二階段為加速度減小的加速 階段，直到加速度減小為零，磨機(jī)進(jìn)入勻速階段。在第二階段的加速過程中，由于球磨機(jī)的 速度增加到一定值，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)差率很小，可以在啟動(dòng)階段過程第二段加速過程中對測得 的速度值和通過對速度值進(jìn)行差分運(yùn)算獲得的角加速度進(jìn)行一次曲線擬合，得到角加速度 與角速度在第二階段加速過程中的方程。
權(quán)利要求
一種球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)，其特征是，它包括單片機(jī)，單片機(jī)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、球磨機(jī)0點(diǎn)位置檢測裝置和球磨機(jī)位置檢測裝置連接，輸出端與繼電器連接，繼電器與接觸器連接，接觸器控制電動(dòng)機(jī)同時(shí)與電源連接；單片機(jī)還與控制鍵盤連接；單片機(jī)通過控制接觸器來控制球磨機(jī)停車位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)，其特征是，所述控制鍵盤包括啟動(dòng) 按鈕、停止按鈕、進(jìn)料口位置按鈕、出料口位置按鈕和檢修位置按鈕。
3. 如權(quán)利要求1所述的球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)，其特征是，所述球磨機(jī)0點(diǎn)位置檢測 裝置包括設(shè)置在球磨機(jī)進(jìn)料口正上方的0點(diǎn)位置感應(yīng)點(diǎn)及其0點(diǎn)位置感應(yīng)器；所述球磨機(jī) 位置檢測裝置包括設(shè)置在球磨機(jī)圓周方向均與分布的若干個(gè)圓周位置感應(yīng)點(diǎn)，及其相配合 的圓周位置感應(yīng)器。
4. 如權(quán)利要求1所述的球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，它的步驟為 步驟l，系統(tǒng)初始化，測量球磨機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間；步驟2，根據(jù)磨機(jī)斷電前的初速度以及球磨機(jī)的轉(zhuǎn)矩慣量比，對球磨機(jī)的斷電以后所轉(zhuǎn) 過的角度可以進(jìn)行預(yù)測；步驟3，發(fā)出停車命令時(shí)，電動(dòng)機(jī)并不馬上停止，而是將停車命令發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)根 據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速計(jì)算得出自由停車后的角位移量，并根據(jù)當(dāng)前位置，判定當(dāng)磨機(jī)在何位置時(shí)關(guān) 閉電動(dòng)機(jī)使得磨機(jī)停止之后轉(zhuǎn)到指定位置，從而實(shí)現(xiàn)磨機(jī)停車位置的準(zhǔn)確控制。
5. 如權(quán)利要求4所述的球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述步驟2 中，預(yù)測過程為利用公式<formula>formula see original document page 2</formula>預(yù)測磨機(jī)從開始停車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)ns到自由停車n = 0所經(jīng)過的角位移量9 ，根據(jù)角位 移量9得到磨機(jī)停車位置的準(zhǔn)確控制；其中，e為停車時(shí)加速度；<formula>formula see original document page 2</formula>式中，n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，t為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，，為系統(tǒng)的固有特性是由起動(dòng)過程計(jì)算得到的 值，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式<formula>formula see original document page 2</formula>TM——電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；L——傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J——傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； n——傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速；t——轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種球磨機(jī)定位停車控制系統(tǒng)及其控制方法。它旨在實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全和環(huán)保三大目標(biāo)，以確保其可靠經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。其結(jié)構(gòu)為包括單片機(jī)，單片機(jī)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、球磨機(jī)0點(diǎn)位置檢測裝置和球磨機(jī)位置檢測裝置連接，輸出端與繼電器連接，繼電器與接觸器連接，接觸器控制電動(dòng)機(jī)同時(shí)與電源連接；單片機(jī)還與控制鍵盤連接；單片機(jī)通過控制接觸器來控制球磨機(jī)停車位置。
文檔編號B02C25/00GK101733188SQ201010004730
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者張輝, 艾長勝, 靖衛(wèi)星 申請人:濟(jì)南大學(xué)