球磨机负荷控制系统的研究与应用
|
摘要
本文主要论述了球磨机负荷控制系统数学模型的建立与应用。球磨机是一种工业生产中十分重要制粉设备，同时属于一种大噪音、高能耗和低效率的设备。为了提高运行的稳定性和经济性，提高生产效率，节能降耗，保护工人身体健康和保护设备，应使球磨机稳定运行在最佳工作状态，而传统的球磨机负荷控制方法达不到比较理想的效果。本文主要根据磨音来建立球磨机负荷控制系统的数学模型，并且进行了球磨机负荷控制仪样机的设计。
实验中使用了驻极体话筒作为球磨机声音拾取传感器，利用MATLAB中的数据采集(DAQ)工具箱实现对磨音的采集，利用MATLAB信号分析(DSP)工具箱和声发射技术对磨音进行时域和频域分析，主要分析磨音的短时平均幅度和能量、短时平均过零率、功率谱估计和平均周期图。根据多次试验和分析结果，建立了球磨机负荷控制系统的数学模型，也完成了其样机的设计。
球磨机负荷控制仪采用了单片机系统，MCU采用DS80C320高速处理器，采用MAX180作为MD转换器，低通滤波器为MAX293，F／V转换电路利用LM331，可控硅移相触发电路使用TCA785，RS232通信接口芯片采用MAX202，MCU监控电路为MAX705，系统使用开关电源供电。磨机负荷控制仪软件使用汇编和C51编程，本文进行了相关软件的设计，包括数据采集、滤波、短时平均过零率、功率谱估计和平均周期图等。本文还对系统所采用一些抗干扰措施进行了论述，包括硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施。
The research and application of the load-control system were studied in this article. Ball mill is one of the most important milling devices in industry. With great noises,its large energy was wasted and had a low efficiency. The load-control system is the most important part of the ball mill system. It controls the substance-state,as we all known that whether it is in its best state or not is a decisive factor to ball mill's efficiency. In order to improve its running stability,economy and efficiency,to save energy,to protect the workers' physical health and to protect the device,we should make it work in its optimum working state. Because the traditional control method that was based on the temperature and pressure difference cannot achieve this aim,So in this project,the mathematic model of the load-control system was established mainly based on the ball mill's sound and its sample was designed. It was demonstrated that this sort of load-control apparatus has superior performance.
We used a electric transmitter as the transducer to collect the sound signal,using the DAQ toolbox of the MATLAB to achieve the collection of the sound signal,and using the DSP toolbox of the MATLAB and the sound-launch technology to analyze the time-domain characteristic and the frequency-domain characteristic of the signal,chiefly analyze its short-time average amplitude,its short-time over-zero ratio and its estimate of the power chart and the average-period chart. According to the results of the analysis and the experiment,the mathematic model of the ball mill load-control
apparatus was established and its sample was successfully designed.
The load-control apparatus adopted a Single-Chip Microcomputer system,whose MCU was a kind of high-speed processor-DS80C320,whose A/D switched apparatus was MAX180,whose low-pass filter was MAX293,whose F/V transformed circuit was LM331,whose controlled silicon phase-shift touch-off circuit was TCA785,and whose communicating interface of RS232 was MAX202. The Watchdog of the MCU was MAX705 and the system used an on-off electrical source to supply power. The ball mill load-control apparatus adopted the assembly language and the C51 language to program and its concerned software was designed,including the data collection,the wave-percolation,the short-time average over-zero ratio,the estimation of the power chart and the average-period chart. Some methods of anti-jamming that have been adopted in this system were also studied,including the methods of the hardware anti-jamming and the software anti-jamming.
实验中使用了驻极体话筒作为球磨机声音拾取传感器，利用MATLAB中的数据采集(DAQ)工具箱实现对磨音的采集，利用MATLAB信号分析(DSP)工具箱和声发射技术对磨音进行时域和频域分析，主要分析磨音的短时平均幅度和能量、短时平均过零率、功率谱估计和平均周期图。根据多次试验和分析结果，建立了球磨机负荷控制系统的数学模型，也完成了其样机的设计。
球磨机负荷控制仪采用了单片机系统，MCU采用DS80C320高速处理器，采用MAX180作为MD转换器，低通滤波器为MAX293，F／V转换电路利用LM331，可控硅移相触发电路使用TCA785，RS232通信接口芯片采用MAX202，MCU监控电路为MAX705，系统使用开关电源供电。磨机负荷控制仪软件使用汇编和C51编程，本文进行了相关软件的设计，包括数据采集、滤波、短时平均过零率、功率谱估计和平均周期图等。本文还对系统所采用一些抗干扰措施进行了论述，包括硬件抗干扰措施和软件抗干扰措施。
The research and application of the load-control system were studied in this article. Ball mill is one of the most important milling devices in industry. With great noises,its large energy was wasted and had a low efficiency. The load-control system is the most important part of the ball mill system. It controls the substance-state,as we all known that whether it is in its best state or not is a decisive factor to ball mill's efficiency. In order to improve its running stability,economy and efficiency,to save energy,to protect the workers' physical health and to protect the device,we should make it work in its optimum working state. Because the traditional control method that was based on the temperature and pressure difference cannot achieve this aim,So in this project,the mathematic model of the load-control system was established mainly based on the ball mill's sound and its sample was designed. It was demonstrated that this sort of load-control apparatus has superior performance.
We used a electric transmitter as the transducer to collect the sound signal,using the DAQ toolbox of the MATLAB to achieve the collection of the sound signal,and using the DSP toolbox of the MATLAB and the sound-launch technology to analyze the time-domain characteristic and the frequency-domain characteristic of the signal,chiefly analyze its short-time average amplitude,its short-time over-zero ratio and its estimate of the power chart and the average-period chart. According to the results of the analysis and the experiment,the mathematic model of the ball mill load-control
apparatus was established and its sample was successfully designed.
The load-control apparatus adopted a Single-Chip Microcomputer system,whose MCU was a kind of high-speed processor-DS80C320,whose A/D switched apparatus was MAX180,whose low-pass filter was MAX293,whose F/V transformed circuit was LM331,whose controlled silicon phase-shift touch-off circuit was TCA785,and whose communicating interface of RS232 was MAX202. The Watchdog of the MCU was MAX705 and the system used an on-off electrical source to supply power. The ball mill load-control apparatus adopted the assembly language and the C51 language to program and its concerned software was designed,including the data collection,the wave-percolation,the short-time average over-zero ratio,the estimation of the power chart and the average-period chart. Some methods of anti-jamming that have been adopted in this system were also studied,including the methods of the hardware anti-jamming and the software anti-jamming.
引文
1 吴友政，谢建君等．专家模糊控制在球磨机上的应用．华东电力，2001，(8)．
2 苏显俊，段其福．TQ抗磨铸铁球在φ3.2m×4.5m球磨机的工业试验．金属矿山．2001．
3 王复生，张捷等．高细粉磨技术进展．水泥技术．2001，(4)．
4 赵义，周志群等．提高水泥粉磨效率的有效途径．河南建材，2001，(2)．
5 王东风．制粉系统球磨机控制方法综述．河北电力技术，2001，20(2)．
6 吴文秀，张晓智等．球磨机和振动筛工作状态实时监测系统的研制．有色金属，2001，53(2)．
7 王庸贵，任德均等．磨音料位检测仪．四川大学学报，1999，3(4)．
8 王泽红 陈炳辰．球磨机负荷的检测方法．冶金自动化信息．2001，(7)．
9 彭振明，马羽宽，何泽云．声发射技术及应用．上海：上海科学技术技出版社，1985．
10 伊万诺夫．焊接和焊接接头的声发射检测．北京：机械工业出版社，1987．
11 程卫国等．MATLAB 5.3精要，编程及高级应用．北京：机械工业出版社，2000．
12 李江红等．MatLab和Visual C++接口中编译环境的配置．微型机与应用，2000，(4)．
13 Almasi,Gheorghe.MaJIC:AMATLAB just-in-time compiler.UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA-CHAMPAIGN,2001.
14 Lawrence Rabiner.FUNDAMENTALS OF SPEECH RECOGNITION.Prentice-Hall Internationl,Inc.1999.
15 谢志远，谭获茜，马永超．语音信号数据采集系统的研制．华北电力大学学报(科学自然版)，1994，(2)．
16 李径维．数字信号处理及其C语言算法．北京：新闻出版局，1996．
17 程佩青．数字信号处理教程．北京：清华大学出版社，2001．
18 纪晓彤．实际应用中的一种数字滤波方式．山东科学，2000，(1)．
19 Kumhom,Pinit.Design,optimization,and implementation of a universal FFT processor.DREXEL UNIVERSITY,2001.
20 陈卫东，杨绍全．加窗离散傅里叶变换测频分辨率研究．西安电子科技大学学报，2000，(2)．
21 陈小平，于盛林．FIR滤波器设计：基于进化规划的频率采样技术．通信学报，2000，(7)．
22 楼顺天等．基于MATLAB的系统分析与设计-信号处理．西安：西安电子科技大学出版社，
2000．
23 张晋格．计算机控制原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，1995．
24 马少梅．现场总线与分散型控制系统[J]．世界仪表与自动化，1998，(12)．
25 陈粤初等．单片机应用系统设计与实践．北京：北京航空航天大学出版，1993．
26 纪宗南．单片机外围器件手册．北京：北京航空航天大学出版，2000．
27 刘瑞英，徐敏生．砖厂配料微机监控系统的设计．河北建筑科技学院学报(科学自然版)，1995，(4)．
28 林汉．LM331压频变换器的原理及应用．国外电子元器件．1999，(10)．
29 何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术．北京：北京航空航天大学出版社，1999．
30 杨颂．Windows 95／98／NT环境下串行通信的实现及性能提高方案[J]．计算机自动测量与控制，2000，(6)．
31 周韬，杨汝清，翁新华．S7200系列PLC与IPC的通信设计．电气传动自动化，2000，(2)．
32 胡存生等．集成开关电源的设计制作调试与维修．北京：人民邮电出版社，1995．
33 师宇杰，刘海成．相位调制PWM开关电源原理及实现．信息工程大学学报，1997，(3)．
34 张微，柳梁．TL494及其在开关稳压电源中的应用．仪表技术，2000，(4)．
35 刘国勇．微处理器监控器MAX813L．国外电子元器件．1997，(6)．
36 陈力钧等．单片机高级程序设计语言．西安：西安电子科技大学出版社，1994．
37 DS80C320HIGH-SPEED MICROCONTROLLER USER'S GUID.DS,1998.
38 马忠梅等．单片机的C语言应用程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，1997．
39 王晓军等．8XC196单片机串行口的C语言编程[J]．单片机与嵌入式系统应用，2000，(5)．
40 王幸子等．单片机应用系统抗干扰设计．北京：北京航空航天大学出版，2001．
41 李东海等．新型非线性PID控制器仿真研究[J]．电子技术应用，2000，(11)．
42 曾刚等．测控系统中实现数据安全的实用技术[J]．单片机与嵌入式系统应用，2000，(3)．
43 钱照明，叶忠明，董伯藩．谐波抑制技术，电力系统自动化，1997，(10)．
44 胡红．巧用MAX706．山东电子．2000，(1)．
45 王世举．解决单片机系统“飞程序”问题电路的工作分析．天津理工学院学报，1998，(3)．
46 王士元．C高级实用程序设计．北京：清华大学出版社，1999．
47 原亮．通用微机环境下高效FFT的软件实现研究．小型微型计算机系统，2000，(5)．
2 苏显俊，段其福．TQ抗磨铸铁球在φ3.2m×4.5m球磨机的工业试验．金属矿山．2001．
3 王复生，张捷等．高细粉磨技术进展．水泥技术．2001，(4)．
4 赵义，周志群等．提高水泥粉磨效率的有效途径．河南建材，2001，(2)．
5 王东风．制粉系统球磨机控制方法综述．河北电力技术，2001，20(2)．
6 吴文秀，张晓智等．球磨机和振动筛工作状态实时监测系统的研制．有色金属，2001，53(2)．
7 王庸贵，任德均等．磨音料位检测仪．四川大学学报，1999，3(4)．
8 王泽红 陈炳辰．球磨机负荷的检测方法．冶金自动化信息．2001，(7)．
9 彭振明，马羽宽，何泽云．声发射技术及应用．上海：上海科学技术技出版社，1985．
10 伊万诺夫．焊接和焊接接头的声发射检测．北京：机械工业出版社，1987．
11 程卫国等．MATLAB 5.3精要，编程及高级应用．北京：机械工业出版社，2000．
12 李江红等．MatLab和Visual C++接口中编译环境的配置．微型机与应用，2000，(4)．
13 Almasi,Gheorghe.MaJIC:AMATLAB just-in-time compiler.UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA-CHAMPAIGN,2001.
14 Lawrence Rabiner.FUNDAMENTALS OF SPEECH RECOGNITION.Prentice-Hall Internationl,Inc.1999.
15 谢志远，谭获茜，马永超．语音信号数据采集系统的研制．华北电力大学学报(科学自然版)，1994，(2)．
16 李径维．数字信号处理及其C语言算法．北京：新闻出版局，1996．
17 程佩青．数字信号处理教程．北京：清华大学出版社，2001．
18 纪晓彤．实际应用中的一种数字滤波方式．山东科学，2000，(1)．
19 Kumhom,Pinit.Design,optimization,and implementation of a universal FFT processor.DREXEL UNIVERSITY,2001.
20 陈卫东，杨绍全．加窗离散傅里叶变换测频分辨率研究．西安电子科技大学学报，2000，(2)．
21 陈小平，于盛林．FIR滤波器设计：基于进化规划的频率采样技术．通信学报，2000，(7)．
22 楼顺天等．基于MATLAB的系统分析与设计-信号处理．西安：西安电子科技大学出版社，
2000．
23 张晋格．计算机控制原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，1995．
24 马少梅．现场总线与分散型控制系统[J]．世界仪表与自动化，1998，(12)．
25 陈粤初等．单片机应用系统设计与实践．北京：北京航空航天大学出版，1993．
26 纪宗南．单片机外围器件手册．北京：北京航空航天大学出版，2000．
27 刘瑞英，徐敏生．砖厂配料微机监控系统的设计．河北建筑科技学院学报(科学自然版)，1995，(4)．
28 林汉．LM331压频变换器的原理及应用．国外电子元器件．1999，(10)．
29 何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术．北京：北京航空航天大学出版社，1999．
30 杨颂．Windows 95／98／NT环境下串行通信的实现及性能提高方案[J]．计算机自动测量与控制，2000，(6)．
31 周韬，杨汝清，翁新华．S7200系列PLC与IPC的通信设计．电气传动自动化，2000，(2)．
32 胡存生等．集成开关电源的设计制作调试与维修．北京：人民邮电出版社，1995．
33 师宇杰，刘海成．相位调制PWM开关电源原理及实现．信息工程大学学报，1997，(3)．
34 张微，柳梁．TL494及其在开关稳压电源中的应用．仪表技术，2000，(4)．
35 刘国勇．微处理器监控器MAX813L．国外电子元器件．1997，(6)．
36 陈力钧等．单片机高级程序设计语言．西安：西安电子科技大学出版社，1994．
37 DS80C320HIGH-SPEED MICROCONTROLLER USER'S GUID.DS,1998.
38 马忠梅等．单片机的C语言应用程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，1997．
39 王晓军等．8XC196单片机串行口的C语言编程[J]．单片机与嵌入式系统应用，2000，(5)．
40 王幸子等．单片机应用系统抗干扰设计．北京：北京航空航天大学出版，2001．
41 李东海等．新型非线性PID控制器仿真研究[J]．电子技术应用，2000，(11)．
42 曾刚等．测控系统中实现数据安全的实用技术[J]．单片机与嵌入式系统应用，2000，(3)．
43 钱照明，叶忠明，董伯藩．谐波抑制技术，电力系统自动化，1997，(10)．
44 胡红．巧用MAX706．山东电子．2000，(1)．
45 王世举．解决单片机系统“飞程序”问题电路的工作分析．天津理工学院学报，1998，(3)．
46 王士元．C高级实用程序设计．北京：清华大学出版社，1999．
47 原亮．通用微机环境下高效FFT的软件实现研究．小型微型计算机系统，2000，(5)．