基于自动给料机的变频速度调节控制系统的制作方法

本发明属于自动化技术领域，尤其涉及一种基于自动给料机的变频速度调节控制系统。

背景技术：

随着自动化控制技术在农业、畜牧业及工业等行业的深入应用，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，市场的自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都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寸、结构以及增加定量给料控制等。

技术实现要素：

为了使供应给料精量化与效率化，本发明提出了一种基于自动给料机的变频速度调节控制系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于自动给料机的变频速度调节控制系统，其特征在于，包括上位机、plc控制器、变频装置和自动给料机；所述上位机与所述plc控制器连接，所述上位机用于实现计算、显示、报表和监控；所述plc控制器与所述自动给料机连接，所述plc控制器与所述变频装置连接，所述plc控制器用于根据所述自动给料机反馈的物料流量信息或所述上位机提供的控制指令来控制所述变频装置的驱动频率；所述变频装置与所述自动给料机连接，所述变频装置用于控制所述自动给料机的振动频率。

可选的，所述自动给料机包括电机、激振器、底座、给料机机体、过滤装置、弹簧和收料装置，所述变频装置与所述电机连接，所述电机与所述激振器连接，所述激振器与所述给料机机体连接，所述给料机机体呈一定角度倾斜设置在所述底座上，所述过滤装置布置在所述给料机机体的末端，所述弹簧的一端与所述给料机机体连接，另一端与所述底座固定连接，所述收料装置布置在所述过滤装置的下方，其与所述plc控制器连接。

可选的，所述激振器包括主动轴和从动轴，所述电机通过皮带轮带动所述主动轴转动，所述主动轴通过齿轮咬合带动所述从动轴同步旋转，所述主动轴和所述从动轴均装配偏心块或者角度可调偏心块。

可选的，所述底座的角度可调。

可选的，所述收料装置包括管道和固体流量计，所述管道安装在所述过滤装置的下方，被筛选的物料经过所述管道输出；所述管道上安装所述固体流量计，所述固体流量计用于检测下降的物料的流量并反馈至所述plc控制器。

可选的，所述上位机通过max232芯片与所述plc控制器连接。

本发明提出的另一种基于自动给料机的变频速度调节控制系统，其特征在于，包括上位机、plc控制器、变频装置和自动给料机，其中所述自动给料机包括电机、激振器、底座、给料机机体、过滤装置、弹簧和收料装置，所述上位机与所述plc控制器电性连接，所述plc控制器与所述变频装置电性连接，所述变频装置与所述电机电性连接，所述收料装置安装在所述过滤装置的下方并且与所述plc控制器电性连接，所述给料机机体上设有所述过滤装置，所述给料机机体安装在所述底座上，所述弹簧的一端连接所述给料机机体，另一端连接在所述底座上；所述给料机机体在所述弹簧的牵引力作用下，所述电机通过所述激振器驱动所述给料机机体作强制振动。

可选的，所述底座的角度可调。

可选的，所述激振器包括主动轴和从动轴，所述电机通过皮带轮带动所述主动轴转动，所述主动轴通过齿轮咬合带动所述从动轴同步旋转，所述主动轴和所述从动轴均装配偏心块或者角度可调偏心块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过试验，记录不同激振频率下自动给料机对应的振幅情况，给料机在电机控制的带动下，工作频率在一定范围内，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，此时自动给料机能够以较小的输出功率发挥较大的机械性能，加之可变频控制速度性能，从而较好提高自动给料机的给料效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的基于自动给料机的变频速度调节控制系统的原理图；

图2为本发明的自动给料机变频控制电路的原理图；

图3为本发明的变频速度调节控制系统的组态功能组成图；

图4为本发明的比例调节δkp控制模拟效果图；

图5为本发明的积分调节δki控制模拟效果图；

图6为本发明的微分调节δkd控制模拟效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

参考图1，基于自动给料机的变频速度调节控制系统，包括上位机、plc控制器、变频装置和自动给料机；上位机与plc控制器连接，上位机用于实现计算、显示、报表和监控；plc控制器与自动给料机连接，plc控制器与变频装置连接，plc控制器用于根据自动给料机反馈的的物料流量信息或上位机提供的控制指令来控制变频装置的驱动频率；变频装置与自动给料机连接，变频装置用于控制自动给料机的振动频率。

自动给料机的动力学振动理论模型可描述为：

(1)自动给料机水平方向

(2)自动给料机垂直方向

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

自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。在自动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、plc控制器和变频装置协调实现给料系统变频速度调节目标。上位机实现计算、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，给料系统则实现了根据不同给料要求与原料性能，通过调整电流电压信号，控制自动给料机进行变频速度调节的控制要求。

参考图2，为优化自动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，进而本着精确化的目的，在给料环节选取型号为wdd35d4的电位器，此电位器可以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：2w；

电阻值误差率：12％左右；

电气转度：344-347°；

温度变化范围：-50～120℃；

其中igbt的简化模型有3个接口，有两个(集电极、发射极)接在强电电路上，还有一个接收控制电信号，叫作门极。给门极一个高电平信号，开关(集电极与发射极之间)导通；再给低电平信号，开关就断开了。给门极的信号是数字信号(只有高和低两种状态)，电压很低，属于弱电，只要经过一个比较简单的驱动电路就可以和计算机相连，通过计算机控制igbt，把各种电变成所需频率的交流电，从而实现电机的变频调速。

在本发明的一个实施例，自动给料机包括电机、激振器、底座、给料机机体、过滤装置、弹簧和收料装置，变频装置与电机连接，电机与激振器连接，激振器与给料机机体连接，给料机机体呈一定角度倾斜设置在底座上，过滤装置布置在给料机机体的末端，弹簧的一端与给料机机体连接，另一端与底座固定连接，收料装置布置在过滤装置的下方，其与plc控制器连接。该设计中，给料机机体呈一定角度倾斜设置是为了使物料在重力作用下滑动至给料机机体的末端。过滤装置布置在给料机机体的电磁共振区域，即给料机机体的末端。在弹簧的维系下，给料机机体产生强制振动的效果，可使物料在料槽上作滑动及抛掷运动，达到前移并给料的目的。当物料通过过滤装置上的筛条时，较小的物料通过筛条间隙落下，不再经过下道破碎工序，由此起到筛分效果。

在本发明的一个实施例，激振器包括主动轴和从动轴，电机通过皮带轮带动主动轴转动，主动轴通过齿轮咬合带动从动轴同步旋转，主动轴和从动轴均装配偏心块或者角度可调偏心块。该设计中，偏心块在旋转过程中产生激振力。由于主动轴和从动轴通过齿轮传动，因而保证了主动轴和从动轴的绝对同步。主动轴和从动轴均可以采用偏心轴结构。偏心块上还可以设计有附加偏心块，其用于调节激振力大小。

在本发明的一个实施例，底座的角度可调。通过底座的角度设计，可以为设备提供任何指定方向的直线激振力，而在与该指定方向垂直的方向上，主动轴和从动轴的激振力抵消，合力为零。

在本发明的一个实施例，收料装置包括管道和固体流量计，管道安装在过滤装置的下方，被筛选的物料经过管道输出；管道上安装固体流量计，固体流量计用于检测下降的物料的流量并反馈至plc控制器。该设计中，固体流量计的测量原理是基于多普勒效应的物理原理，其在测量管道内产生微波场，微波被管道内流动的微粒反射。通过计算频率和幅度的变化可精确地测量出物料流量。非流动的微粒，如粉尘沉积则不会被计算在内。可以通过焊接一个基座在管道上，固体流量计通过螺纹拧到基座内。

参考图3，自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，为便于监控自动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，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。

在本发明的一个实施例，上位机通过max232芯片与plc控制器连接。该设计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及及时性；同时按照表一所示控制要求参数进行模拟试验。

表一

通过试验，记录不同激振频率下自动给料机的振幅情况，见表二，由表二可知，自动给料机在电机控制的带动下，工作频率在47.5-50.5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，此时自动给料机能够以较小的输出功率发挥较大的机械性能，加之可以通过变频控制速度性能，从而较好提高自动给料机的给料效率。

通过给定模拟条件，编辑执行控制程序即函数，得出如图4至图6所述的模拟效果图，从图中可以看出，比例、积分和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，验证三者的互相配合调节与理论计算误差控制在6％之内，验证了自动给料机变频pid速度调节控制的合理性与可行性。

本发明还提供了一种基于自动给料机的变频速度调节控制系统，包括上位机、plc控制器、变频装置和自动给料机，其中自动给料机包括电机、激振器、底座、给料机机体、过滤装置、弹簧和收料装置，上位机与plc控制器电性连接，plc控制器与变频装置电性连接，变频装置与电机电性连接，收料装置安装在过滤装置的下方并且与plc控制器电性连接，给料机机体上设有过滤装置，给料机机体安装在底座上，弹簧的一端连接给料机机体，另一端连接在底座上；给料机机体在弹簧的牵引力作用下，电机通过激振器驱动给料机机体作强制振动。

在本发明的一个实施例，底座的角度可调。通过底座的角度设计，可以为设备提供任何指定方向的直线激振力，而在与该指定方向垂直的方向上，主动轴和从动轴的激振力抵消，合力为零。

在本发明的一个实施例，激振器包括主动轴和从动轴，电机通过皮带轮带动主动轴转动，主动轴通过齿轮咬合带动从动轴同步旋转，主动轴和从动轴均装配偏心块或者角度可调偏心块。该设计中，偏心块在旋转过程中产生激振力。由于主动轴和从动轴通过齿轮传动，因而保证了主动轴和从动轴的绝对同步。主动轴和从动轴均可以采用偏心轴结构。偏心块上还可以设计有附加偏心块，其用于调节激振力大小。

在本发明的一个实施例中，可以兼容前述可以兼容的技术方案。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。