張洪洲+張亞江+張風(fēng)旗+等

摘要：隨著新疆南疆地區(qū)機(jī)采棉除雜系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的喂料方法已經(jīng)不能滿足農(nóng)業(yè)設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展的需要，因此研究設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的機(jī)采棉除雜系統(tǒng)的優(yōu)化喂料裝置。喂料系統(tǒng)主要由圖像采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)處理、決策部件、放大電路、電機(jī)變頻調(diào)速等部分組成，主要原理是通過(guò)調(diào)節(jié)電壓量來(lái)控制變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化喂料控制。優(yōu)化的喂料系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便、效果良好。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；除雜系統(tǒng)；優(yōu)化喂料；控制

中圖分類(lèi)號(hào)： S24；S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）06-0387-02

收稿日期：2013-11-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：11242012）。

作者簡(jiǎn)介：張洪洲（1982—），男，吉林長(zhǎng)春人，碩士，講師，主要從事智能檢測(cè)與控制、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與信息化方面的研究。E-mail：309011160@qq.com。作為我國(guó)長(zhǎng)絨棉的主產(chǎn)區(qū)，新疆地區(qū)棉花種植中普遍采用的鋪膜、地膜對(duì)農(nóng)田造成了很?chē)?yán)重的污染。近年來(lái)，新疆棉區(qū)棉花的采收基本都是使用采棉機(jī)，隨著籽棉中混入的地膜等雜質(zhì)含量的增加，棉花的質(zhì)量受到了嚴(yán)重影響[1-2]。因此在棉花加工過(guò)程中的除雜工序尤為重要，在除雜清選過(guò)程中，喂料的控制直接影響到除雜清選的效率和質(zhì)量。傳統(tǒng)的喂料方式采用輸送機(jī)恒速進(jìn)料，沒(méi)有達(dá)到自適應(yīng)喂料的要求和優(yōu)化控制[3-6]。為了提高機(jī)采棉除雜的效率，同時(shí)尋求一種簡(jiǎn)單、快速、穩(wěn)定的優(yōu)化喂料控制方法，本研究著重介紹一個(gè)新型的基于單片機(jī)的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)對(duì)于改進(jìn)現(xiàn)有的喂料方法和促進(jìn)新疆地區(qū)機(jī)采棉除雜清選的技術(shù)進(jìn)展有重要的意義。

1系統(tǒng)組成及工作原理

1.1設(shè)計(jì)思路

在機(jī)采棉除雜清選的過(guò)程中，常采用輸送機(jī)進(jìn)料，用轉(zhuǎn)速很高的電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就會(huì)致使清選設(shè)備出現(xiàn)堵塞、清選效果不佳、能源的浪費(fèi)等現(xiàn)象。因此可以通過(guò)對(duì)機(jī)采棉除雜設(shè)備的在線監(jiān)控，根據(jù)實(shí)時(shí)信息來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制進(jìn)料量，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，從而優(yōu)化喂料的控制。本研究依據(jù)這些生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和理論推導(dǎo)，利用單片機(jī)、變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速等原理[7-10]，設(shè)計(jì)了一個(gè)優(yōu)化喂料的控制系統(tǒng)。

1.2工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本研究針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)采棉除雜系統(tǒng)喂料的特點(diǎn)與國(guó)家節(jié)能減排的要求，提出了一種以單片機(jī)為核心的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)主要由在線監(jiān)控模塊、計(jì)算機(jī)、總線、單片機(jī)、模擬信號(hào)調(diào)試模塊、變頻器控制模塊、速顯模塊等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架見(jiàn)圖1。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)程序初始化，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)并緩滿加速，輸送帶將機(jī)采棉送至喂料口；計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測(cè)機(jī)采棉的除雜狀態(tài)，并將采集來(lái)的狀態(tài)信息作相應(yīng)處理，再將該數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)設(shè)備并作出相應(yīng)的決策；計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232總線協(xié)議將該決策指令發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)接到指令后，即輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，通過(guò)放大調(diào)試將該模擬量輸入變頻器，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速等信息在顯示屏上顯示出來(lái)。

2系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)

2.1狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)部分

狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)部分主要由計(jì)算機(jī)、狀態(tài)信息采集裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成。先用高速攝像頭連續(xù)采集機(jī)采棉除雜狀態(tài)信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，將信息存儲(chǔ)；同時(shí)計(jì)算機(jī)將處理后的信息數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)作出相應(yīng)的決策。

2.2決策與執(zhí)行部分

決策與執(zhí)行單元主要由單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊、顯示模塊等組成。工作時(shí)，單片機(jī)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行查表，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)量；經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換再放大至0～10 V范圍，送入變頻器模擬量輸入端子，變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。

單片機(jī)（MCU）選用51系列STC89C52RD，雙排直插式封裝，8 kB的flash、512 B的RAM、2 kB的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器即能滿足控制的需要[3]。變頻器選用泰科GT3000系列，型號(hào)為G4T0015。電機(jī)選用通用型三相異步電機(jī)，供電電壓380 V，功率1.5 kW，采用星型接法。顯示模塊采用4位共陽(yáng)數(shù)碼顯示。

3軟件及參數(shù)設(shè)計(jì)與分析

在Keil軟件下，采用匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的所有控制決策命令，生成.Hex文件燒錄到單片機(jī)中。圖2為單片機(jī)程序流程圖。

泰科GT3000變頻器有9種頻率通道供選擇，在本設(shè)計(jì)中選用無(wú)級(jí)調(diào)速方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。相關(guān)參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。

參數(shù)號(hào)參數(shù)名稱(chēng)設(shè)定值P0.01頻率給定通道選擇VIP0.04運(yùn)行方向設(shè)定正轉(zhuǎn)P0.08電機(jī)的額定電壓380 VP0.13加速方式選擇曲線加減速P0.16加減速時(shí)間3 sP0.19上限頻率50 HzP0.20下限頻率0 HzP0.30電機(jī)的額定功率1.5 kWP0.31電機(jī)的額定速度1 440 r/minP0.32電機(jī)的額定功率因數(shù)0.95

通過(guò)編程自適應(yīng)控制電機(jī)的緩?fù)＞弳ⅰ⒖焱？靻ⅰ⒎€(wěn)定加速、由快到慢、由慢到快等功能。在本試驗(yàn)中，輸送機(jī)喂料平穩(wěn)，精度高，效果良好。

4結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用性強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速自適應(yīng)控制，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化喂料的效果，可以為后續(xù)的研究提供可行性參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]田新椿，趙勇生. 對(duì)支持新疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考[J]. 農(nóng)業(yè)發(fā)展與金融，2011（12）：69-70.

[2]張若宇，坎雜，江英蘭，等. 農(nóng)業(yè)機(jī)器人在新疆兵團(tuán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前瞻[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2006（9）：29-32.

[3]張?chǎng)? 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[4]喬?hào)|凱. 基于PLC和變頻器控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的研究[J]. 機(jī)械與電子，2008（7）：71-72，80.

[5]馮和平，賴(lài)華，梁菲玲. 基于變頻器的主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 云南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，31（增刊2）：288-290.

[6]王麗萍. 交流電機(jī)調(diào)速方法[J]. 機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2009，24（4）：40-41.

[7]胡玉紅. 異步電機(jī)交流調(diào)速技術(shù)應(yīng)用研究與發(fā)展[J]. 科技風(fēng)，2009（4）：77.

[8]茍加志，包明. 淺談電機(jī)調(diào)速技術(shù)[J]. 渝州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，18（3）：72-75.

[9]朱世釗. 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最優(yōu)PID控制參數(shù)方法[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（1）：30-34.

[10]景曉渝. 交流調(diào)速控制綜述[J]. 硅谷，2011（23）：11-12.

摘要：隨著新疆南疆地區(qū)機(jī)采棉除雜系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的喂料方法已經(jīng)不能滿足農(nóng)業(yè)設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展的需要，因此研究設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的機(jī)采棉除雜系統(tǒng)的優(yōu)化喂料裝置。喂料系統(tǒng)主要由圖像采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)處理、決策部件、放大電路、電機(jī)變頻調(diào)速等部分組成，主要原理是通過(guò)調(diào)節(jié)電壓量來(lái)控制變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化喂料控制。優(yōu)化的喂料系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便、效果良好。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；除雜系統(tǒng)；優(yōu)化喂料；控制

中圖分類(lèi)號(hào)： S24；S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）06-0387-02

收稿日期：2013-11-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：11242012）。

作者簡(jiǎn)介：張洪洲（1982—），男，吉林長(zhǎng)春人，碩士，講師，主要從事智能檢測(cè)與控制、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與信息化方面的研究。E-mail：309011160@qq.com。作為我國(guó)長(zhǎng)絨棉的主產(chǎn)區(qū)，新疆地區(qū)棉花種植中普遍采用的鋪膜、地膜對(duì)農(nóng)田造成了很?chē)?yán)重的污染。近年來(lái)，新疆棉區(qū)棉花的采收基本都是使用采棉機(jī)，隨著籽棉中混入的地膜等雜質(zhì)含量的增加，棉花的質(zhì)量受到了嚴(yán)重影響[1-2]。因此在棉花加工過(guò)程中的除雜工序尤為重要，在除雜清選過(guò)程中，喂料的控制直接影響到除雜清選的效率和質(zhì)量。傳統(tǒng)的喂料方式采用輸送機(jī)恒速進(jìn)料，沒(méi)有達(dá)到自適應(yīng)喂料的要求和優(yōu)化控制[3-6]。為了提高機(jī)采棉除雜的效率，同時(shí)尋求一種簡(jiǎn)單、快速、穩(wěn)定的優(yōu)化喂料控制方法，本研究著重介紹一個(gè)新型的基于單片機(jī)的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)對(duì)于改進(jìn)現(xiàn)有的喂料方法和促進(jìn)新疆地區(qū)機(jī)采棉除雜清選的技術(shù)進(jìn)展有重要的意義。

1系統(tǒng)組成及工作原理

1.1設(shè)計(jì)思路

在機(jī)采棉除雜清選的過(guò)程中，常采用輸送機(jī)進(jìn)料，用轉(zhuǎn)速很高的電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就會(huì)致使清選設(shè)備出現(xiàn)堵塞、清選效果不佳、能源的浪費(fèi)等現(xiàn)象。因此可以通過(guò)對(duì)機(jī)采棉除雜設(shè)備的在線監(jiān)控，根據(jù)實(shí)時(shí)信息來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制進(jìn)料量，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，從而優(yōu)化喂料的控制。本研究依據(jù)這些生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和理論推導(dǎo)，利用單片機(jī)、變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速等原理[7-10]，設(shè)計(jì)了一個(gè)優(yōu)化喂料的控制系統(tǒng)。

1.2工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本研究針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)采棉除雜系統(tǒng)喂料的特點(diǎn)與國(guó)家節(jié)能減排的要求，提出了一種以單片機(jī)為核心的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)主要由在線監(jiān)控模塊、計(jì)算機(jī)、總線、單片機(jī)、模擬信號(hào)調(diào)試模塊、變頻器控制模塊、速顯模塊等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架見(jiàn)圖1。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)程序初始化，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)并緩滿加速，輸送帶將機(jī)采棉送至喂料口；計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測(cè)機(jī)采棉的除雜狀態(tài)，并將采集來(lái)的狀態(tài)信息作相應(yīng)處理，再將該數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)設(shè)備并作出相應(yīng)的決策；計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232總線協(xié)議將該決策指令發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)接到指令后，即輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，通過(guò)放大調(diào)試將該模擬量輸入變頻器，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速等信息在顯示屏上顯示出來(lái)。

2系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)

2.1狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)部分

狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)部分主要由計(jì)算機(jī)、狀態(tài)信息采集裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成。先用高速攝像頭連續(xù)采集機(jī)采棉除雜狀態(tài)信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，將信息存儲(chǔ)；同時(shí)計(jì)算機(jī)將處理后的信息數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)作出相應(yīng)的決策。

2.2決策與執(zhí)行部分

決策與執(zhí)行單元主要由單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊、顯示模塊等組成。工作時(shí)，單片機(jī)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行查表，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)量；經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換再放大至0～10 V范圍，送入變頻器模擬量輸入端子，變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。

單片機(jī)（MCU）選用51系列STC89C52RD，雙排直插式封裝，8 kB的flash、512 B的RAM、2 kB的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器即能滿足控制的需要[3]。變頻器選用泰科GT3000系列，型號(hào)為G4T0015。電機(jī)選用通用型三相異步電機(jī)，供電電壓380 V，功率1.5 kW，采用星型接法。顯示模塊采用4位共陽(yáng)數(shù)碼顯示。

3軟件及參數(shù)設(shè)計(jì)與分析

在Keil軟件下，采用匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的所有控制決策命令，生成.Hex文件燒錄到單片機(jī)中。圖2為單片機(jī)程序流程圖。

泰科GT3000變頻器有9種頻率通道供選擇，在本設(shè)計(jì)中選用無(wú)級(jí)調(diào)速方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。相關(guān)參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。

參數(shù)號(hào)參數(shù)名稱(chēng)設(shè)定值P0.01頻率給定通道選擇VIP0.04運(yùn)行方向設(shè)定正轉(zhuǎn)P0.08電機(jī)的額定電壓380 VP0.13加速方式選擇曲線加減速P0.16加減速時(shí)間3 sP0.19上限頻率50 HzP0.20下限頻率0 HzP0.30電機(jī)的額定功率1.5 kWP0.31電機(jī)的額定速度1 440 r/minP0.32電機(jī)的額定功率因數(shù)0.95

通過(guò)編程自適應(yīng)控制電機(jī)的緩?fù)＞弳?、快?？靻?、穩(wěn)定加速、由快到慢、由慢到快等功能。在本試驗(yàn)中，輸送機(jī)喂料平穩(wěn)，精度高，效果良好。

4結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用性強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速自適應(yīng)控制，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化喂料的效果，可以為后續(xù)的研究提供可行性參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]田新椿，趙勇生. 對(duì)支持新疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考[J]. 農(nóng)業(yè)發(fā)展與金融，2011（12）：69-70.

[2]張若宇，坎雜，江英蘭，等. 農(nóng)業(yè)機(jī)器人在新疆兵團(tuán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前瞻[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2006（9）：29-32.

[3]張?chǎng)? 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[4]喬?hào)|凱. 基于PLC和變頻器控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的研究[J]. 機(jī)械與電子，2008（7）：71-72，80.

[5]馮和平，賴(lài)華，梁菲玲. 基于變頻器的主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 云南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，31（增刊2）：288-290.

[6]王麗萍. 交流電機(jī)調(diào)速方法[J]. 機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2009，24（4）：40-41.

[7]胡玉紅. 異步電機(jī)交流調(diào)速技術(shù)應(yīng)用研究與發(fā)展[J]. 科技風(fēng)，2009（4）：77.

[8]茍加志，包明. 淺談電機(jī)調(diào)速技術(shù)[J]. 渝州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，18（3）：72-75.

[9]朱世釗. 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最優(yōu)PID控制參數(shù)方法[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（1）：30-34.

[10]景曉渝. 交流調(diào)速控制綜述[J]. 硅谷，2011（23）：11-12.

摘要：隨著新疆南疆地區(qū)機(jī)采棉除雜系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的喂料方法已經(jīng)不能滿足農(nóng)業(yè)設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展的需要，因此研究設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的機(jī)采棉除雜系統(tǒng)的優(yōu)化喂料裝置。喂料系統(tǒng)主要由圖像采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸裝置、數(shù)據(jù)處理、決策部件、放大電路、電機(jī)變頻調(diào)速等部分組成，主要原理是通過(guò)調(diào)節(jié)電壓量來(lái)控制變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化喂料控制。優(yōu)化的喂料系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便、效果良好。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；除雜系統(tǒng)；優(yōu)化喂料；控制

中圖分類(lèi)號(hào)： S24；S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）06-0387-02

收稿日期：2013-11-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：11242012）。

作者簡(jiǎn)介：張洪洲（1982—），男，吉林長(zhǎng)春人，碩士，講師，主要從事智能檢測(cè)與控制、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與信息化方面的研究。E-mail：309011160@qq.com。作為我國(guó)長(zhǎng)絨棉的主產(chǎn)區(qū)，新疆地區(qū)棉花種植中普遍采用的鋪膜、地膜對(duì)農(nóng)田造成了很?chē)?yán)重的污染。近年來(lái)，新疆棉區(qū)棉花的采收基本都是使用采棉機(jī)，隨著籽棉中混入的地膜等雜質(zhì)含量的增加，棉花的質(zhì)量受到了嚴(yán)重影響[1-2]。因此在棉花加工過(guò)程中的除雜工序尤為重要，在除雜清選過(guò)程中，喂料的控制直接影響到除雜清選的效率和質(zhì)量。傳統(tǒng)的喂料方式采用輸送機(jī)恒速進(jìn)料，沒(méi)有達(dá)到自適應(yīng)喂料的要求和優(yōu)化控制[3-6]。為了提高機(jī)采棉除雜的效率，同時(shí)尋求一種簡(jiǎn)單、快速、穩(wěn)定的優(yōu)化喂料控制方法，本研究著重介紹一個(gè)新型的基于單片機(jī)的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)對(duì)于改進(jìn)現(xiàn)有的喂料方法和促進(jìn)新疆地區(qū)機(jī)采棉除雜清選的技術(shù)進(jìn)展有重要的意義。

1系統(tǒng)組成及工作原理

1.1設(shè)計(jì)思路

在機(jī)采棉除雜清選的過(guò)程中，常采用輸送機(jī)進(jìn)料，用轉(zhuǎn)速很高的電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就會(huì)致使清選設(shè)備出現(xiàn)堵塞、清選效果不佳、能源的浪費(fèi)等現(xiàn)象。因此可以通過(guò)對(duì)機(jī)采棉除雜設(shè)備的在線監(jiān)控，根據(jù)實(shí)時(shí)信息來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制進(jìn)料量，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，從而優(yōu)化喂料的控制。本研究依據(jù)這些生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和理論推導(dǎo)，利用單片機(jī)、變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速等原理[7-10]，設(shè)計(jì)了一個(gè)優(yōu)化喂料的控制系統(tǒng)。

1.2工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本研究針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)采棉除雜系統(tǒng)喂料的特點(diǎn)與國(guó)家節(jié)能減排的要求，提出了一種以單片機(jī)為核心的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)主要由在線監(jiān)控模塊、計(jì)算機(jī)、總線、單片機(jī)、模擬信號(hào)調(diào)試模塊、變頻器控制模塊、速顯模塊等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架見(jiàn)圖1。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)程序初始化，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)并緩滿加速，輸送帶將機(jī)采棉送至喂料口；計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測(cè)機(jī)采棉的除雜狀態(tài)，并將采集來(lái)的狀態(tài)信息作相應(yīng)處理，再將該數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)設(shè)備并作出相應(yīng)的決策；計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232總線協(xié)議將該決策指令發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)接到指令后，即輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，通過(guò)放大調(diào)試將該模擬量輸入變頻器，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速等信息在顯示屏上顯示出來(lái)。

2系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)

2.1狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)部分

狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)部分主要由計(jì)算機(jī)、狀態(tài)信息采集裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成。先用高速攝像頭連續(xù)采集機(jī)采棉除雜狀態(tài)信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，將信息存儲(chǔ)；同時(shí)計(jì)算機(jī)將處理后的信息數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，單片機(jī)作出相應(yīng)的決策。

2.2決策與執(zhí)行部分

決策與執(zhí)行單元主要由單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊、顯示模塊等組成。工作時(shí)，單片機(jī)接收計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行查表，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)量；經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換再放大至0～10 V范圍，送入變頻器模擬量輸入端子，變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。

單片機(jī)（MCU）選用51系列STC89C52RD，雙排直插式封裝，8 kB的flash、512 B的RAM、2 kB的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器即能滿足控制的需要[3]。變頻器選用泰科GT3000系列，型號(hào)為G4T0015。電機(jī)選用通用型三相異步電機(jī)，供電電壓380 V，功率1.5 kW，采用星型接法。顯示模塊采用4位共陽(yáng)數(shù)碼顯示。

3軟件及參數(shù)設(shè)計(jì)與分析

在Keil軟件下，采用匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的所有控制決策命令，生成.Hex文件燒錄到單片機(jī)中。圖2為單片機(jī)程序流程圖。

泰科GT3000變頻器有9種頻率通道供選擇，在本設(shè)計(jì)中選用無(wú)級(jí)調(diào)速方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。相關(guān)參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。

參數(shù)號(hào)參數(shù)名稱(chēng)設(shè)定值P0.01頻率給定通道選擇VIP0.04運(yùn)行方向設(shè)定正轉(zhuǎn)P0.08電機(jī)的額定電壓380 VP0.13加速方式選擇曲線加減速P0.16加減速時(shí)間3 sP0.19上限頻率50 HzP0.20下限頻率0 HzP0.30電機(jī)的額定功率1.5 kWP0.31電機(jī)的額定速度1 440 r/minP0.32電機(jī)的額定功率因數(shù)0.95

通過(guò)編程自適應(yīng)控制電機(jī)的緩?fù)＞弳?、快?？靻?、穩(wěn)定加速、由快到慢、由慢到快等功能。在本試驗(yàn)中，輸送機(jī)喂料平穩(wěn)，精度高，效果良好。

4結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的優(yōu)化喂料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用性強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速自適應(yīng)控制，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化喂料的效果，可以為后續(xù)的研究提供可行性參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]田新椿，趙勇生. 對(duì)支持新疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考[J]. 農(nóng)業(yè)發(fā)展與金融，2011（12）：69-70.

[2]張若宇，坎雜，江英蘭，等. 農(nóng)業(yè)機(jī)器人在新疆兵團(tuán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前瞻[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2006（9）：29-32.

[3]張?chǎng)? 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[4]喬?hào)|凱. 基于PLC和變頻器控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的研究[J]. 機(jī)械與電子，2008（7）：71-72，80.

[5]馮和平，賴(lài)華，梁菲玲. 基于變頻器的主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 云南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，31（增刊2）：288-290.

[6]王麗萍. 交流電機(jī)調(diào)速方法[J]. 機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2009，24（4）：40-41.

[7]胡玉紅. 異步電機(jī)交流調(diào)速技術(shù)應(yīng)用研究與發(fā)展[J]. 科技風(fēng)，2009（4）：77.

[8]茍加志，包明. 淺談電機(jī)調(diào)速技術(shù)[J]. 渝州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，18（3）：72-75.

[9]朱世釗. 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最優(yōu)PID控制參數(shù)方法[J]. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（1）：30-34.

[10]景曉渝. 交流調(diào)速控制綜述[J]. 硅谷，2011（23）：11-12.