一种耐火材料混合机用的智能控制器的制作方法

本实用新型涉及耐火材料生产技术领域，尤其涉及一种耐火材料混合机用的智能控制器。

背景技术：

在我国耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料，其组成一般由多种成分的无机非金属材料定量混合组成，在生产过程中根据混合的不同产品颗粒大小不同，需要使用混合机对各种原料矿石、岩石进行混合，混合机要求具有混合比大、效率高、能耗低等特点，在我国耐火材料现有技术生产过程中，目前国内针对混合机用的智能控制器方面的应用研究起步较晚，相对比较落后，混合机自动化程度较低。有些设备采用电气连锁、没有专门的控制器，这些设备的控制与操作，几乎全部由人工进行；有些设备控制器以PLC控制为主，只是为厂家自身设备运行安全专门设计，对现场实际中的工艺过程没有周密考虑，控制算法相对比较简单，而一些先进控制算法也只停留在理论设计与研究阶段，应用到实际中的较少；所以在实际应用中存在着通用性不强、功能不够全面、性价比不高的问题。由此导致混合机电气系统在生产过程中经常出现故障，出现能源功耗大、混合生产效率低的问题。因此，需要一种技术方案解决上述问题。

技术实现要素：

针对以上现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种耐火材料混合机用的智能控制器，以STM32F103微控制器为核心的智能控制器，其外围电路相对简单，实时控制速度较快，稳定性可靠，从而易于实现耐火材料混合机的智能控制。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

本实用新型的一种耐火材料混合机用的智能控制器，包括STM32F103微控制器和信号调理电路；其特征在于：

所述STM32F103微控制器分别与信号调理电路、变频器、键盘电路、光电隔离、监控报警、三级驱动电路、SDRAM数据存储器、Flash程序存储器、电源及复位电路、时钟电路、电平转换、JTAG调试端和LED显示模块电性连接；

所述信号调理电路分别与功率变送器、位置变送器、温度变送器以及压力变送器电性连接；

所述变频器与给矿电机电性连接，

所述光电隔离与数字量输入电性连接，

所述三级驱动电路与数字量输出电性连接，

所述JTAG调试端与仿真器电性连接，

所述电平转换与上位PC机电性连接。

所述信号调理电路包括顺次电性连接的模拟信号调整、多路选择开关和可变增益放大器，所述的模拟信号调整分别与功率变送器、位置变送器、温度变送器和压力变送器电性连接，所述的可变增益放大器与STM32F103电性连接。

本实用新型的输入输出信号为：14个数字量输入，6个数字量输出，4个模拟量输入，1个模拟量输出。由于STM32F103微控制器的ADC有16个外部通道和2个内部信号源，可以接受各个功率变送器、位置变送器、温度变送器和压力变送器产生的标准电流或是电压信号，通过信号调理电路对现场的混合机驱动电机功率、油温等进行实时测量。1路模拟量输出采用12位的DAC模块及运放电路，产生0～5V的信号，通过STM32F103微控制器控制变频器，实现功率闭环控制。

本实用新型通过改变混合机的给料量来实现混合机的恒功率控制，系统输入量为设定有功功率，智能控制器根据有功功率设定与混合机的驱动电机功率输出之差实时运算输出控制电压信号到变频器，变频器实时输出频率可变的控制电压至给矿电机，给矿电机实时调整混合机的给矿量，混合机的驱动电动机的输出功率通过功率变送器反馈给智能控制器的输入端，以实现对耐火材料混合机的有功功率闭环控制。

功率变送器、位置变送器、温度变送器和压力变送器输出的均为标准电压或是标准电流信号，采集信号调理电路主要是通过STM32F103微控制器控制多路选择开关的CD4051，完成输入信号的选择，然后通过可变增益放大器的AD526对模拟信号放大滤波，光电隔离开关用于数字量输入以及三级驱动电路的三极管驱动用于数字量输出，可以提高控制的可靠性，保护STM32F103微控制器，程序内部编写了软件滤波程序，LED显示模块可显示采集的实时数据，键盘电路可方便现场人员实现功能操作和参数调整。

USART模块通过电平转换和RS485与上位PC机进行通信，实现上位机监控功能。控制器硬件部分还考虑了抗干扰、防雷击、输出短路和安全复位保护等要求，使之更符合工业现场使用要求；

给矿电机是混合机上料的给矿动力电机，驱动电机是混合机的动力电机，功率变送器检测混合机的驱动电机的功率，位置变送器检测混合机的排料口位置，温度变送器检测混合机的润滑油的温度，压力变送器检测混合机的液压系统的压力；

报警监控是当各个变送器检测到混合机出现设备运行异常时，向操作者发出示警信号，以便对设备异常进行及时检修维护；键盘电路是人机界面采用触摸屏实现整个系统的主令控制、信号指示；

电源及复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，电源是整个控制器用到的电源，包括+5V、-5V、+12V、+24V直流电源，用于给芯片、各电路供电，先用变压器将220V交流电源转换成36V和40V的交流电，再通过整流桥将交流电转换成直流电，最后通过简单的LC滤波电路获得稳定的直流电源；

JTAG调试端与仿真器联在一起，形成一个JTAG链，通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试和调试；时钟电路用于整个控制器内部实现自动计时，产生相关数据；SDRAM数据存储器、Flash程序存储器用于整个控制器内部数据存储。

本实用新型的有益效果是：

由于采用了上述技术方案，采用STM32微控制器为核心器件，其外围电路相对简单，实时控制速度较快，稳定性可靠，算法易于实现，从而实现了耐火材料混合机相对稳定的工作负荷，确保驱动电动机在一个功率范围内运转。本实用新型通过改变耐火材料混合机的给料量来实现耐火材料混合机的恒功率的智能控制。

附图说明

图1是本实用新型的控制器硬件组成结构框图。

图2是本实用新型的系统恒功率控制结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进一步说明：

如图1和图2所示，为了实现混合机相对稳定的工作负荷，保持驱动电动机在一个功率范围内运转，一般通过改变给料量或排料口或者两者同时改变。但是实际生产过程中，排料口为固定值，一般不做调整，本实用新型通过改变混合机的给料量来实现混合机的恒功率控制。

本实用新型的一种耐火材料混合机用的智能控制器，包括STM32F103微控制器和信号调理电路；其特征在于：

所述STM32F103微控制器分别与信号调理电路、变频器、键盘电路、光电隔离、监控报警、三级驱动电路、SDRAM数据存储器、Flash程序存储器、电源及复位电路、时钟电路、电平转换、JTAG调试端和LED显示模块电性连接；

所述信号调理电路分别与功率变送器、位置变送器、温度变送器以及压力变送器电性连接；

所述变频器与给矿电机电性连接，

所述光电隔离与数字量输入电性连接，

所述三级驱动电路与数字量输出电性连接，

所述JTAG调试端与仿真器电性连接，

所述电平转换与上位PC机电性连接。

所述信号调理电路包括顺次电性连接的模拟信号调整、多路选择开关和可变增益放大器，所述的模拟信号调整分别与功率变送器、位置变送器、温度变送器和压力变送器电性连接，所述的可变增益放大器与STM32F103电性连接。

本实用新型的输入输出信号为：14个数字量输入，6个数字量输出，4个模拟量输入，1个模拟量输出。由于STM32F103微控制器的ADC有16个外部通道和2个内部信号源，可以接受各个功率变送器、位置变送器、温度变送器和压力变送器产生的标准电流或是电压信号，通过信号调理电路对现场的混合机驱动电机功率、油温等进行实时测量。1路模拟量输出采用12位的DAC模块及运放电路，产生0～5V的信号，通过STM32F103微控制器控制变频器，实现功率闭环控制。

本实用新型通过改变混合机的给料量来实现混合机的恒功率控制，系统输入量为设定有功功率，智能控制器根据有功功率设定与混合机的驱动电机功率输出之差实时运算输出控制电压信号到变频器，变频器实时输出频率可变的控制电压至给矿电机，给矿电机实时调整混合机的给矿量，混合机的驱动电动机的输出功率通过功率变送器反馈给智能控制器的输入端，以实现对耐火材料混合机的有功功率闭环控制。

功率变送器、位置变送器、温度变送器和压力变送器输出的均为标准电压或是标准电流信号，采集信号调理电路主要是通过STM32F103微控制器控制多路选择开关的CD4051，完成输入信号的选择，然后通过可变增益放大器的AD526对模拟信号放大滤波，光电隔离开关用于数字量输入以及三级驱动电路的三极管驱动用于数字量输出，可以提高控制的可靠性，保护STM32F103微控制器，程序内部编写了软件滤波程序，LED显示模块可显示采集的实时数据，键盘电路可方便现场人员实现功能操作和参数调整。

USART模块通过电平转换和RS485与上位PC机进行通信，实现上位机监控功能。控制器硬件部分还考虑了抗干扰、防雷击、输出短路和安全复位保护等要求，使之更符合工业现场使用要求；

给矿电机是混合机上料的给矿动力电机，驱动电机是混合机的动力电机，功率变送器检测混合机的驱动电机的功率，位置变送器检测混合机的排料口位置，温度变送器检测混合机的润滑油的温度，压力变送器检测混合机的液压系统的压力；

报警监控是当各个变送器检测到混合机出现设备运行异常时，向操作者发出示警信号，以便对设备异常进行及时检修维护；键盘电路是人机界面采用触摸屏实现整个系统的主令控制、信号指示；

电源及复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，电源是整个控制器用到的电源，包括+5V、-5V、+12V、+24V直流电源，用于给芯片、各电路供电，先用变压器将220V交流电源转换成36V和40V的交流电，再通过整流桥将交流电转换成直流电，最后通过简单的LC滤波电路获得稳定的直流电源；

JTAG调试端与仿真器联在一起，形成一个JTAG链，通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试和调试；时钟电路用于整个控制器内部实现自动计时，产生相关数据；SDRAM数据存储器、Flash程序存储器用于整个控制器内部数据存储。

本实用新型的系统输入量为设定有功功率，智能控制器根据有功功率设定与混合机的驱动电机功率输出之差实时运算输出控制电压信号到变频器，变频器实时输出频率可变的控制电压至给矿电机，给矿电机实时调整混合机的给矿量，混合机的驱动电动机的输出功率通过功率变送器反馈给智能控制器的输入端，以实现对混合机的有功功率闭环控制。