金屬材料加工設備的單片機雷蒙磨自動控制系統設計

王東波

（新疆神火炭素制品有限公司，新疆 昌吉 831500）

雷蒙磨是指雷蒙磨粉機，是礦山、水泥廠及鋁電解用炭陽極行業主要的粉磨設備，負責深加工礦物、煅后金屬材料等物料。雷蒙磨工作性能具有穩定性，當前在金屬鋁電解炭陽極行業中普遍利用雷蒙磨。近些年我國生產的鋁電解炭陽極行業都要制作為超細粉體，許多小型企業對鋁電解炭陽極產品也提出更高的要求，利用雷蒙磨粉機生產粉料產品，也可以用于加工處理粉料半成品，企業不斷發展，也更加重視產品質量，當前雷蒙磨自動化水平有待提高，整體控制效果有待增強，保障實現規模化金屬材料的生產質量。

1 概述單片機的雷蒙磨自動控制系統

圖1 雷蒙磨機配套設施

雷蒙磨屬于一種制粉磨機，在雷蒙磨工作過程中，礦石材料、煅后石油焦、金屬材料等原料首先需要經過鄂式破碎機，在進行簡單粗破處理后，利用斗式提升機向粗料倉輸送礦石、煅后石油焦、金屬等原料，然后利用螺旋輸送給料機向磨機主磨室輸送物料，利用磨室磨輥和磨環的淹沒處理之后，形成半成品的細粉，利用風機向分析機中帶入細粉，利用分析機的篩選分析工作[1]。

在雷蒙磨工作過程中，需要現場工作人員操作處理設備，測量工作比較簡單，但是缺乏控制效果，產能與智能加相互融合，并將能耗等方面進行進一步提高。合理利用設備，可以發揮出生產工藝的自動化優勢。工作人員需要嚴格執行雷蒙磨設備的工作順序。檢測主軸電機和分級機的故障之后，需要停止磨機的運轉。采集主機電流和風機電流，可以自動化調節金屬材料的給料量，保障雷蒙磨生產工作的穩定性，保障金屬材料加工設備的整體工作產量。在雷蒙磨運行過程中，需要維持分級機速度的恒定性，提升金屬粉料工作過程的穩定性。

2 單片機的雷蒙磨自動控制系統的設計

單片機的雷蒙磨自動控制系統的核心是單片機，單片機芯片具有穩定的工作性能，同時具有抗干擾能力，再融合外圍功能芯片和嵌入式軟件，形成智能控制儀。智能控制儀可以采集雷蒙磨的機械設備參數，通過計算分析綜合控制磨機[2]。

2.1 工作原理

單片機上電復位之后，可以自檢芯片和傳感器，自動校正誤差，利用顯示屏將雷蒙磨的運行時間顯示出來，控制鼓風電機和主軸電機運行過程，吸合給料機的繼電器，斷開常閉觸點，根據正常的順序啟動雷蒙磨。雷蒙磨在進行金屬材料生產過程中，如果發生異常數據，不能啟動下一個設備，并且顯示出設備代碼和數據，避免工作人員啟動順序不符合規定[3]。

表1 對比系統改造前后實驗數據

圖2 只能控制儀結構流程圖

2.2 硬件電路

單片機總包括在線可編程ISP閃存和定時器以及中斷源等，同時具有雙數據指針，利用UART串行通道，在線編程工作比較靈活，外接芯片之后，可以在惡劣的工作中穩定的運行：

（1）A/D轉換芯片：A/D轉換芯片的速度比較快，不僅可以發揮A/D轉化功能，還包括放大器和三態輸出鎖存器等，形成了單片小型數據采集系統，在工作過程中，無需調節零點和滿刻度。

（2）光耦I/O接口電路：光電耦合器的體積比較小，使用壽命比較長，其中沒有任何觸點，具有較強的抗干擾能力，同時可以快速的響應工作指令，保障輸出和輸入之間的絕緣性，利用單向信號傳輸方式。

（3）LED數碼管：LED數碼管負責實時顯示系統的各項參數，利用雙色LED數碼管顯示屏，保證影像穩定性，具有較大的可視面積，可以保障畫面效果，此外具有較強的抗干擾能力，顯示工作具有靈活性優勢。

（4）溫度采集DS18B20：可以實現遠距離傳輸，控制進度在0.5左右，利用一線總線和數字方式傳輸現場溫度，使系統抗干擾性因此提升，再加上體積比較小，可以擴寬應用電壓的實際范圍。

（5）24c16存儲器：串行16K存儲器，利用IC總線接口方式，利用8腳封裝方式，數據保存時間比較長，可以存儲系統調整的參數，方便金屬材料加工人員在后續工作中查看歷史數據，確定設備運行狀態。

2.3 軟件設計

在單片機的雷蒙磨自動控制系統中利用模塊化程序設計方式，根據軟件功能，主要劃分成主程序和子程序兩大部分。整個控制系統的核心是主程序，負責協調各個模塊的關系。利用不同子程序完成不同的工作功能，每個子系統都可以單獨執行某個工作功能。

單片機的雷蒙磨自動控制系統的難點是自適應PID控制給料模塊產需，因為螺旋輸送給料機具有非線性特征，信號變化也具有遲滯性，在各種外界因素的影響下，將會改變整個系統的特征，系統可靠性和穩定性因此受到影響。

自適應PID控制模型包括PID模型和反饋控制器以及自適應回路等，自適應PID模型工作當中，結合金屬加工設備主軸電機電流和風機電流，不斷估計控制對象的比例和積分等參數，結合參數估計值，計算自適應PID調節器控制參數，以給料速度為基礎，確定給料速度，嚴格控制給料速度，計算下一步工作中的給料速度，保障主軸電機的負荷狀態。利用自適應PID控制，可在生產過程中，可以實現自我校正調節，經過不斷的采樣和修正以及控制工作，保障控制系統最優效果。

3 單片機的雷蒙磨自動控制系統的控制效果和發展前景

安裝了單片機的雷蒙磨自動控制系統之后，可以金屬加工設備自動調節電磁振動給料機的喂料工作，精確控制分析機的轉動速度，保障雷蒙磨的工作狀態。利用電機高溫報警和數據超限自動停車等作用，可以有效降低系統的故障率，有效保護各個金屬材料生產設備，在現場變成存儲不同產品的數據，檢測雷蒙機系統運轉數據，避免發生設備故障和失誤操作，使整體生產效率因此提高，保障企業的經濟效益。

雷蒙磨系統自動化改造完成后，不僅提高了金屬材料磨粉純度的穩定性，提高了產品質量，如表1所示。雷蒙磨工由原來的時時刻刻盯著設備儀表，調整給料螺旋轉速，到現在只要做好現場巡檢及設備加油工作，雷蒙磨工勞動強度大大降低，避免了因工作量過大造成的設備操作失誤及點巡檢不到位問題，使設備得到更好的巡檢及維護，降低設備故障率。

單片機的雷蒙磨自動控制系統中預留485通訊接口，遠程控制和監測機器。當前我國很多金屬礦企業特別是鋁電解用炭陽極制造行業廣泛利用雷蒙磨，但是生產工藝水平有待提升，需要自動化改造生產線，使生產效率大幅度提升，保障金屬材料企業的市場競爭力。

4 結束語

本文分析了金屬材料加工設備單片機的雷蒙磨自動控制系統的設計和運用，提高磨粉純度的穩定性和產品質量，也大大降低雷蒙磨工勞動強度，提升金屬企業的競爭力。