肖 宇，米 雁

(1. 湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082；2. 懷化學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 懷化 418000)

一種基于STM32的高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肖 宇1，米 雁2

(1. 湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082；2. 懷化學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 懷化 418000)

針對(duì)離心沉降分離的工作原理以及高溫離心沉降分離機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，基于STM32芯片的主控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)鼓加熱和溫度采集，軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)的油壓和油溫監(jiān)控、以及離心機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī)身的振動(dòng)烈度信號(hào)檢測(cè)等功能控制模塊，并探討了基于RS-485通訊電路的Modbus通信協(xié)議(RTU模式)、變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)無(wú)級(jí)變頻調(diào)速的程序、可編程觸摸屏顯示界面程序以及其顯示數(shù)據(jù)更新和觸摸按鍵處理的程序、高速光隔離信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的A/D采樣轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)方法．分析了設(shè)備運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速和振動(dòng)烈度檢測(cè)產(chǎn)生誤差的原因，并給出了修正方法．試運(yùn)行結(jié)果表明，高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能指標(biāo)都基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求．

高溫離心沉降分離機(jī)；控制系統(tǒng)；STM32；Modbus協(xié)議；可編程觸摸屏

高溫離心沉降分離機(jī)是一種專(zhuān)門(mén)用于常溫離心機(jī)難以分離的固溶液或液液固物料分離的機(jī)械設(shè)備[1]，可在全速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行各項(xiàng)操作，如進(jìn)料、高溫離心沉降分離、干燥、連續(xù)自動(dòng)卸料等．廣泛應(yīng)用于新材料、新能源的研究開(kāi)發(fā)、石油化工、煉化、煤化、制藥、環(huán)保、食品工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域，是進(jìn)行相關(guān)研究生產(chǎn)工作必不可少的設(shè)備[2]．

隨著我國(guó)能源深加工以及新材料行業(yè)的需求和發(fā)展，對(duì)高溫離心沉降分離機(jī)的需求將越來(lái)越多[3]，我國(guó)通過(guò)引進(jìn)國(guó)外離心分離先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際情況，研發(fā)了多種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的離心分離設(shè)備[4-6]．

目前我國(guó)在控制系統(tǒng)方面的研究還停留在使用繼電接觸器控制升級(jí)為PLC控制的階段，相對(duì)于在機(jī)械方面的研究較為滯后．隨著各個(gè)行業(yè)的工業(yè)化程度的提高，多種材料需要更深層次的加工，及對(duì)材料更加高效的分離，同時(shí)降低的設(shè)備運(yùn)行成本，這些都對(duì)高溫離心分離機(jī)控制系統(tǒng)提出更高的技術(shù)要求．

1 離心沉降分離的組成原理

離心沉降分離的原理是指在離心力的作用下，比重不同的物質(zhì)，進(jìn)行分離的方法．離心沉降分離是使分散在懸浮液中的固相顆粒或者渾濁液中的液相顆粒在離心力作用下沉降的過(guò)程．沉降速度與顆粒的密度、直徑以及液體的密度、粘度有關(guān)，并隨離心力的增大而加快．故不同的顆粒在同一個(gè)離心力場(chǎng)內(nèi)，具有同樣的離心加速度，但不同的顆粒的沉降速度不同，便實(shí)現(xiàn)了沉降離心分離，這就是離心沉降分離的基本原理[7]．

離心沉降分離機(jī)在運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的離心加速度與重力加速度的比值，稱(chēng)為該機(jī)器的分離因數(shù)Fr[8]，

2 高溫離心沉降分離機(jī)主體結(jié)構(gòu)

高溫離心沉降分離機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，在機(jī)殼上有兩個(gè)裝在主軸承上的同心回轉(zhuǎn)部件，外面是無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓，里面是螺旋式輸送器．轉(zhuǎn)鼓電機(jī)通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，差速電機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)行星齒輪差速器轉(zhuǎn)動(dòng)，二者轉(zhuǎn)向相同但存在一個(gè)轉(zhuǎn)速差，螺旋輸送器轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速低．懸浮液從進(jìn)料口連續(xù)進(jìn)入離心機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)螺旋式輸送器內(nèi)進(jìn)入到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)．由于離心力場(chǎng)的作用，使懸浮液中密度較大的沉渣(重相)沉積在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上，而密度較小的沉清液(輕相)則處于沉積層的內(nèi)側(cè)．沉渣由螺旋輸送向轉(zhuǎn)鼓的錐段通過(guò)沉渣排出口排出，沉清液則通過(guò)螺旋的葉片所形成的螺旋形通道流向轉(zhuǎn)鼓的柱段由溢流口溢出，從而實(shí)現(xiàn)有密度差的固液兩相分離[9]．

圖1 離心沉降分離機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

轉(zhuǎn)鼓通過(guò)皮帶輪和皮帶與轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，螺旋式輸送器通過(guò)差速器與差數(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連．轉(zhuǎn)鼓和螺旋式輸送器的軸承支撐座內(nèi)的耐高溫軸承，采用全封閉油路冷卻，轉(zhuǎn)鼓的外殼用不銹鋼材料密封，并安裝遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱板，通過(guò)程序控制加熱板工作來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔的恒溫，保證物料在指定的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)離心沉降分離[10]．

3 高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求

3.1 前處理槽溫度調(diào)節(jié)功能要求

要求實(shí)現(xiàn)前處理槽內(nèi)的溫度控制、檢測(cè)以及流量可調(diào)，渣油從煉油裝置排出后，進(jìn)入高溫離心分離機(jī)前端的溫度調(diào)節(jié)槽(加溫或降溫是根據(jù)廠家物料性質(zhì)來(lái)定)如需降溫調(diào)節(jié)，則通過(guò)控制冷卻水進(jìn)水閥的流量來(lái)調(diào)節(jié)油溫；如需升溫調(diào)節(jié)，在通過(guò)控制前處理槽內(nèi)置的加熱器工作，前處理槽的出油溫度為180～200 ℃可調(diào)，實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度之差的絕對(duì)值≤5 ℃，關(guān)閉冷卻水進(jìn)水閥和加熱器．

3.2 高溫離心沉降分離機(jī)油渣分離功能要求

①高溫離心沉降分離機(jī)的控制系統(tǒng)的主控制芯片采用嵌入式處理器，要求有友好的人機(jī)界面，能夠通過(guò)觸摸顯示屏預(yù)設(shè)機(jī)器的相關(guān)參數(shù)，并實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)，分為自動(dòng)和手動(dòng)控制模式．

②電機(jī)啟動(dòng)前需要對(duì)離心分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行加熱，溫度控制范圍180～200 ℃，當(dāng)離心分離機(jī)的轉(zhuǎn)鼓溫度升高到175 ℃時(shí)，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓電機(jī)和差速電機(jī)，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速達(dá)到3 000 r/min后，打開(kāi)進(jìn)料閥，對(duì)油渣進(jìn)行離心沉降分離．

③轉(zhuǎn)鼓與螺旋推進(jìn)器轉(zhuǎn)速為0～3 000 r/min，0～50 Hz變頻調(diào)速．轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速與螺旋推進(jìn)器之間的轉(zhuǎn)速差為50～100 r/min，可改變預(yù)設(shè)值，最小設(shè)置值為1 r/min，溫控誤差控制在5 ℃(絕對(duì)值)．

④轉(zhuǎn)鼓和螺旋推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速檢測(cè)，并有超速保護(hù)功能，超速低于設(shè)置轉(zhuǎn)速的 5%，控制系統(tǒng)聲光報(bào)警提示，超速大于等于 5%則停機(jī)保護(hù)，同時(shí)設(shè)置扭矩過(guò)載保護(hù)功能，輸出轉(zhuǎn)速誤差控制在3 r/min．

⑤實(shí)現(xiàn)差速器軸承的潤(rùn)滑油油溫檢測(cè)功能，高于潤(rùn)滑油油溫設(shè)定值，需要有聲光報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)差速器軸承的潤(rùn)滑油油壓檢測(cè)功能，油壓超過(guò)油壓上限值或者低于油壓下限保護(hù)值時(shí)有保護(hù)動(dòng)作．

⑥離心機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)離心機(jī)主體的振動(dòng)烈度值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，振動(dòng)烈度值超過(guò)11.2 mm/s有保護(hù)動(dòng)作．

⑦安全防爆要求：選擇防爆電機(jī)、電子與電氣元器件選型時(shí)要求采用無(wú)觸點(diǎn)類(lèi)型，控制電路按防爆要求設(shè)計(jì)，傳動(dòng)皮帶采取防靜電保護(hù)措施．

⑧其他要求：主控制柜，現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)內(nèi)部主要電氣與電子元器件的運(yùn)行壽命至少5 000 h．

4 高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本要求，將硬件總體設(shè)計(jì)主要分為主控制柜和現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)兩部分．主控制柜是高溫離心沉降分離機(jī)的主要控制部分，主控制柜包括系統(tǒng)電源，可編程觸摸屏人機(jī)界面，核心控制主板，電氣控制回路，變頻器等模塊．現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)主要用途是工作人員對(duì)高溫離心沉降分離機(jī)進(jìn)行維修和調(diào)試的一個(gè)操作平臺(tái)，以及高溫離心沉降分離機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速值和轉(zhuǎn)鼓溫度值，便于工作人員巡檢時(shí)了解相關(guān)的設(shè)備運(yùn)行狀況．現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)主要由控制主板，開(kāi)關(guān)電源，M7018溫度采集模塊，以及按鍵顯示面板組成．現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)主控制板通過(guò) RS-485通訊接口電路與主控制柜的核心控制主板進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示．

開(kāi)關(guān)電源模塊為主控制和人機(jī)工業(yè)觸摸屏提供電源．主控制柜中的核心控制主板的主控芯片采用STM32系列控制器，控制主板與其他部件硬件連接情況如下：

(1)通過(guò) RS-485通訊電路與驅(qū)動(dòng)差速，轉(zhuǎn)鼓電機(jī)的變頻器、人機(jī)工業(yè)觸摸屏、M7018溫度采集模塊、現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信．

(2)通過(guò)光電隔離繼電器驅(qū)動(dòng)板控制外圍的器件工作，如多功能指示燈、進(jìn)料流量閥、降溫槽冷水循環(huán)泵、分離槽加熱器、潤(rùn)滑油循環(huán)泵等．

圖2 高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖

(3)通過(guò)高精度光隔離放大變送器采集外部傳感器信號(hào)，如振動(dòng)烈度傳感器，油壓檢測(cè)傳感器等．

5 高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

基于硬件框架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計(jì)思想按照自上而下，層次化、模塊化的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件構(gòu)架主要由以下模塊組成：應(yīng)用層(APP)，硬件驅(qū)動(dòng)層(HW_Driver)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算法層(Module)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)層(STD_File)，軟件設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖3．

(1)應(yīng)用層包括主程序、油渣分離核心控制程序、觸摸屏控制程序、基于RS-485的Modbus 通信程序、變頻調(diào)速控制程序等．

(2)硬件驅(qū)動(dòng)層包括內(nèi)部RTC驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)、USART驅(qū)動(dòng)，IO輸入輸出程序等．

(3)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)層(STD_File)包括中斷子程序，匯編啟動(dòng)程序等．

(4)算法轉(zhuǎn)換層包括數(shù)學(xué)函數(shù)，算法函數(shù)，以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)等子程序．

①油壓值換算算法.

由于設(shè)計(jì)要求油壓值的檢測(cè)精度為1 kPa，量程為0～250 kPa，對(duì)應(yīng)傳感器經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后輸出電壓值計(jì)算值為

而A/D轉(zhuǎn)換器電壓采樣精度值為

圖3 高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)軟件框圖

從油壓傳感器廠家提供的資料得知，輸出型號(hào)與壓力值成線(xiàn)性正比關(guān)系．即0 kPa的壓力值時(shí)，傳感器輸出4 mA電流值,對(duì)應(yīng)變送器的0 V；250 kPa的壓力值時(shí)，傳感器輸出20 mA電流值，對(duì)應(yīng)變送器的5 V，從而可算出比例常數(shù)為

故A/D轉(zhuǎn)換器0通道采樣的電壓值×比例常數(shù)為實(shí)際的油壓傳感器的實(shí)測(cè)壓力值．

②振動(dòng)烈度值換算算法.

由于設(shè)計(jì)要求振動(dòng)烈度值的檢測(cè)精度為 0.1 mm/s，量程為0～20 mm/s，傳感器經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換后輸出電壓值計(jì)算值為

而A/D轉(zhuǎn)換器電壓采用精度值為

從振動(dòng)烈度傳感器廠家提供的資料得知，輸出型號(hào)與壓力值成線(xiàn)性正比關(guān)系．即0 mm/s的烈度值時(shí)，傳感器輸出4 mA電流值,對(duì)應(yīng)變送器的0 V；20 mm/s的烈度值時(shí)，傳感器輸出20 mA電流值，對(duì)應(yīng)變送器的5 V，從而比例常數(shù)為

故A/D轉(zhuǎn)換器1通道采樣的電壓值×比例常數(shù)Kzd即為實(shí)際的振動(dòng)烈度傳感器的實(shí)測(cè)壓力值．

6 高溫離心沉降分離機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能測(cè)試

6.1 前處理溫度調(diào)節(jié)功能測(cè)試

控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)人為緩慢加熱溫度傳感器檢測(cè)點(diǎn)，同時(shí)用優(yōu)利德紅外線(xiàn)測(cè)溫儀同步監(jiān)控檢測(cè)點(diǎn)溫度，多次反復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1，此時(shí)前處理加熱溫度190 ℃．

從測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表結(jié)果分析，當(dāng)溫度檢測(cè)值在187.5 ℃和192.5 ℃兩個(gè)溫度點(diǎn)時(shí)，冷卻水進(jìn)水閥和加熱器處關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀?85 ℃時(shí)，冷卻水進(jìn)水閥關(guān)閉，加熱器開(kāi)啟，當(dāng)高于195 ℃時(shí)，冷卻水進(jìn)水閥開(kāi)啟，加熱器關(guān)閉，而且隨著溫度的升高，冷卻水閥門(mén)開(kāi)啟的角度也隨之增大．程序邏輯設(shè)計(jì)達(dá)到了前處理槽溫度調(diào)節(jié)功能要求．

表1 前處理槽溫度調(diào)節(jié)功能測(cè)試部分?jǐn)?shù)據(jù)記錄表

6.2 轉(zhuǎn)鼓及差速器電機(jī)運(yùn)行測(cè)試

硬件和軟件間的偏差都會(huì)影響轉(zhuǎn)鼓的實(shí)際轉(zhuǎn)速，實(shí)際轉(zhuǎn)速直接關(guān)系到油渣分離時(shí)的分離因數(shù)，從而影響油渣分離的效果以及機(jī)械部件的工作壽命(當(dāng)分離因數(shù)大于機(jī)械部件的極限值時(shí)，機(jī)械部件運(yùn)行承受能力降低，從而影響其工作壽命)．

電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差存在分為兩種，第一是機(jī)械部件的誤差，如電機(jī)軸向皮帶輪與轉(zhuǎn)鼓軸線(xiàn)皮帶輪之間按固定比例設(shè)計(jì)，由于機(jī)械加工的誤差導(dǎo)致理論值與實(shí)際值有偏差，第二是變頻器輸出的頻率字對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速理論值，即變頻器頻率(0～50 Hz)與電機(jī)轉(zhuǎn)速(0～3 000 r/min)與電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值之間的偏差．

電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差修正分兩步，首先通過(guò)給定多組頻率值到變頻器，用德圖Testo-465光學(xué)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x 的實(shí)測(cè)值與電機(jī)轉(zhuǎn)速理論值進(jìn)行對(duì)比．頻率值、理論轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速(帶負(fù)載)對(duì)比見(jiàn)表2．

表2 變頻器給定頻率值、理論轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)照表

通過(guò)上述數(shù)據(jù)得知，實(shí)際轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，根據(jù)比例常數(shù)通過(guò)查表的方式對(duì)頻率值進(jìn)行分段補(bǔ)償．為提高轉(zhuǎn)速控制的精度，再次通過(guò)轉(zhuǎn)速檢測(cè)來(lái)校正變頻器的頻率字．通過(guò)第三方精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速測(cè)量工具與系統(tǒng)自帶的轉(zhuǎn)速測(cè)量進(jìn)行對(duì)比，先修正系統(tǒng)自帶的轉(zhuǎn)速測(cè)量精度，再利用系統(tǒng)自帶的測(cè)量值反饋給頻率計(jì)算程序，使輸出頻率與轉(zhuǎn)速能精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)，最后實(shí)現(xiàn)了±3 r/min的控制精度．

設(shè)備正常工作時(shí)，實(shí)際上需要的轉(zhuǎn)速值只有1 500 r/min和3 000 r/min．但是為保證前期對(duì)油渣分離效果分析的準(zhǔn)確性，已經(jīng)完成轉(zhuǎn)鼓和螺旋推進(jìn)器運(yùn)行在0～3 000 r/min區(qū)間內(nèi)的速度值進(jìn)行校準(zhǔn)．

該試驗(yàn)主要通過(guò)控制變頻器頻率字來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓及差速電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，然后通過(guò)霍爾傳感器對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量，以及電機(jī)運(yùn)行超速報(bào)警測(cè)試，設(shè)置差數(shù)比為30 r/min，多次轉(zhuǎn)速測(cè)試數(shù)據(jù)記錄如表3所示．實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能要求轉(zhuǎn)鼓和差數(shù)器轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值誤差控制在±3 r/min．

表3 設(shè)置轉(zhuǎn)速值、儀器檢測(cè)值與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速對(duì)照表 r/min

6.3 油壓力和溫度檢測(cè)及低壓報(bào)警試驗(yàn)

油冷卻器是液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)中普遍使用的一種油冷卻設(shè)備．利用該設(shè)備可使具有一定溫差的兩種流體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱交換，從而達(dá)到降低油溫，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的目的．差速器的關(guān)鍵部件高速軸承散熱是通過(guò)油冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)的．

故試驗(yàn)需要驗(yàn)證2個(gè)問(wèn)題：

①油溫測(cè)量精度檢測(cè)，以及油溫超過(guò)設(shè)置值是否有報(bào)警動(dòng)作；

②油壓測(cè)量精度檢測(cè)，以及油壓過(guò)低或者過(guò)高是否有報(bào)警動(dòng)作.

在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)多次人為、隨機(jī)的干預(yù)溫度傳感器探頭，使探頭檢測(cè)到的溫度超過(guò)設(shè)置值，調(diào)整冷卻油箱內(nèi)的油量，是油壓高于或者低于油壓設(shè)置值，都有報(bào)警動(dòng)作，驗(yàn)證了程序的正確性．

6.4 振動(dòng)烈度測(cè)量以及超限制值報(bào)警測(cè)試

振動(dòng)烈度誤差存在分為兩種，第一是檢測(cè)位置不同的振動(dòng)烈度值不同導(dǎo)致的誤差，第二是振動(dòng)烈度傳感器輸出實(shí)際值與的計(jì)算理論值之間的誤差，即振動(dòng)烈度傳感器實(shí)際輸出的4～20 mA電流值(對(duì)應(yīng)振動(dòng)烈度值 0～20 mm/s)與理論值之間的偏差．振動(dòng)烈度誤差修正需要借助振動(dòng)烈度測(cè)量?jī)x來(lái)實(shí)現(xiàn)，振動(dòng)烈度的值不便模擬出來(lái)，則通過(guò)在離心機(jī)主體不同的位置獲取不同的振動(dòng)烈度值，通過(guò)振動(dòng)烈度測(cè)量?jī)x獲取的值來(lái)校準(zhǔn)烈度傳感器的采用值(兩個(gè)傳感器綁在一起檢測(cè)同一位置的振動(dòng)烈度)．然后在機(jī)器運(yùn)行時(shí)，對(duì)離心機(jī)主體多點(diǎn)位置的振動(dòng)烈度值進(jìn)行檢測(cè)，選取一個(gè)振動(dòng)烈度值最大的區(qū)域安裝振動(dòng)烈度傳感器．

經(jīng)多次測(cè)試，主控制器采樣的振動(dòng)烈度值與振動(dòng)烈度測(cè)量?jī)x測(cè)量的振動(dòng)烈度值對(duì)比見(jiàn)表4．

表4 主控制器采樣與振動(dòng)烈度測(cè)量?jī)x測(cè)量的振動(dòng)烈度值對(duì)比表

需要通過(guò)調(diào)節(jié)離心機(jī)主體的水平度以及增加減振橡膠墊等方式來(lái)降低振動(dòng)烈度值，把振動(dòng)烈度值控制在11.2 mm/s以下．通過(guò)上述數(shù)據(jù)得知，主控制器的采樣值與儀器測(cè)量值之間成線(xiàn)性比列關(guān)系，可通過(guò)比例常數(shù)對(duì)振動(dòng)烈度值進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高了振動(dòng)烈度測(cè)量值的精度[11]．

根據(jù)ISO2372國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的機(jī)械振動(dòng)烈度范圍，高溫離心沉降分離機(jī)屬于第三類(lèi)機(jī)器，及安裝在振動(dòng)方向上相對(duì)較硬的、剛性的和沉重的基礎(chǔ)上的具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型原動(dòng)機(jī)和其它大型機(jī)器[12]．

所以把機(jī)器運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)烈度報(bào)警值設(shè)置為11.2 mm/s，然后在機(jī)器運(yùn)行時(shí)，對(duì)離心機(jī)主體多點(diǎn)位置的振動(dòng)烈度值進(jìn)行檢測(cè)，選取一個(gè)振動(dòng)烈度值最大的區(qū)域安裝振動(dòng)烈度傳感器．上述振動(dòng)烈度相對(duì)變化與機(jī)器運(yùn)行質(zhì)量間的關(guān)系常用于以振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行故障診斷時(shí)的判據(jù)．

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(責(zé)任編校：蔣冬初)

Control System of High Temperature Centrifugal Settling Separator Based on
STM32

XIAO Yu1，MI Yan2
(1. College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha, Hunan 410082, China；2. College of Electrical and Information Engineering, Huaihua University, Huaihua, Hunan 418000, China)

According to the working principle of centrifugal settling separation and the main structure of high temperature centrifugal sedimentation separator, the main control system software design platform of STM32 chip, the design and development of the function control module of drum heating,temperature acquisition, monitoring of oil pressure and oil temperature in bearing lubrication system,and vibration intensity signal detection of the centrifuge during operation. The design method of A/D sampling conversion program is discussesed based on Modbus communication protocol(RTU mode) of RS-485 communication circuit, inverter drive motor stepless frequency conversion speed regulation program, interface display program of the programmable touch screen, programmable touch screen display interface program and its display data update and touch key processing procedures, and the high-speed optical isolation signal conversion module. The causes of the error of the speed and vibration intensity detection during the operation of the equipment are analyzed, and the correction method is given. The results of the test run show that the functional indexes of the control system of high temperature centrifugal settling separator have basically reached the design requirements.

high temperature centrifugal settling separator; control system; STM32; modbus protocol;programmable touch screen

TP23

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.03.0011

1672–7304(2017)03–0048–06

2016-11-20

肖宇(1984-)，男，湖南南縣人，工程師，碩士，主要從事數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究﹒E-mail: 35425114@qq.com.