寧翔，曾旭，羅宏斌

基于單片機的多層組合式連續(xù)球磨機超細磨控制系統(tǒng)研發(fā)

寧翔，曾旭，羅宏斌

(景德鎮(zhèn)陶瓷大學 機械電子工程學院，江西 景德鎮(zhèn) 333403)

球磨機是一種廣泛應用于化學冶金、礦產開采、陶瓷等行業(yè)中的研磨設備。通過研磨，制備符合生產要求的物料。但球磨機在一定程度上存在能耗大、效率低的缺點。為改善球磨機的生產效率及降低能耗，實現球磨機控制系統(tǒng)自動化控制，通過單片機技術，PWM調速機理，搭建球磨機控制系統(tǒng)，以實現球磨機的自動控制，提高球磨機生產效率、降低能耗。

球磨機；單片機；變頻調速；自動控制

0 引 言

球磨機在化學冶金、礦產開采、陶瓷等行業(yè)中有著廣泛的應用[1-2]。但由于現有的球磨機設備機械結構及控制系統(tǒng)的特性[3-4]，使得球磨機一直存在一定程度的高能耗、高污染、高投入、低產出的“三高一低”的顯著缺陷[5-6]。在提倡節(jié)能減排的新時期[7]，為有效地改善和提高球磨機的生產效率，減低能耗，對球磨機控制系統(tǒng)進行自動化改造，基于單片機技術，研發(fā)滿足安全生產的控制系統(tǒng)。

針對球磨機機械結構及控制系統(tǒng)中存在的不足，國內外學者對球磨機的機械機構進行優(yōu)化，研制球磨機自動化控制系統(tǒng)。尚雪蓮等[8-9]基于內?？刂品椒ǎ瑢η蚰C控制系統(tǒng)仿真研究，內模控制能夠較好地解決球磨機系統(tǒng)的時變性、耦合性和遲延性，取得了較好的控制效果；楊毅等[10-11]人通過Admas對球磨機進行動力學仿真分析，結合理論知識，分析球磨子填充率與球磨機運行時間的關系，確定球磨機轉速交變規(guī)律，設計基于單片機的球磨機PWM電機調速控制模塊，在提高效率的同時有效地降低能耗。

基于以上對球磨機控制系統(tǒng)的研究基礎與單片機對多層組合式連續(xù)球磨機超細磨系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行研發(fā)，實現超細磨系統(tǒng)的啟動、停止轉動，加速、減速、正轉、反轉等功能及出料系統(tǒng)的正常運行，將球磨好的物料通過出料螺旋槳排出超細磨倉，完成物料的球磨工作。其研究成果對提高球磨機球磨效率、降低能耗具有一定的指導意義。

1 球磨機系統(tǒng)簡介

多層組合式連續(xù)球磨機分為粗磨系統(tǒng)、細磨系統(tǒng)及超細磨系統(tǒng)，能使加工要求達到更高，滿足更多的生成質量要求。

(1) 粗磨系統(tǒng)：在該球磨機中，粗磨系統(tǒng)主要由左端蓋、進料機構、粗磨倉構成，漿料從左端蓋進料口進入粗磨倉，經過粗磨后，符合標準的漿料，通過篩板進入細磨倉。

(2) 細磨系統(tǒng)：經粗磨倉研磨后達到標準的漿料進入細磨系統(tǒng)，細磨系統(tǒng)中研磨效果較佳，將漿料進一步的磨細，經過篩板進入超細磨系統(tǒng)。

(3) 超細磨系統(tǒng)：漿料進入超細磨系統(tǒng)后，主要進入研磨階段，漿體在球磨子之間細磨，從而達到更進一步研磨。達到標準后，經篩板到達出料倉，在出料螺旋槳帶動作用下，排出球磨機。進過三重研磨后，漿料通過最后的篩板，經出料螺旋槳作用排出，完成整個研磨過程。

1-粗磨倉；2- 球磨子；3-進料口；4-左端蓋；5-細磨倉；6-篩板；7-細磨電機；8-右端蓋；9-出料螺旋槳；10-超細磨倉

2 球磨機自動控制系統(tǒng)設計

2.1 整體控制系統(tǒng)的組成

綜合球磨機的功能需求及生產實際情況，對比現有球磨機控制系統(tǒng)中常見的優(yōu)缺點，采用單片機技術，PWM調速機理，實現對多層組合式連續(xù)球磨機超細磨系統(tǒng)運行的整體控制。球磨機的自動控制系統(tǒng)采用模塊化結構，主要設有時鐘電路模塊、晶振電路模塊、控制按鍵模塊、指示模塊、電機驅動模塊?？刂葡到y(tǒng)采用單片機作為核心控制元件，采用相應的控制按鈕，便于對整個系統(tǒng)的操作控制。當相應功能按鍵按下時，給單片機輸入相應的信號，單片機接受到信號后作出相應的反應，給對應引腳輸出相應的高低電平。從而控制對應的模塊，做出相應的控制，改變球磨機工作狀態(tài)。

圖2 控制系統(tǒng)總體方案框圖

2.2 球磨機自動控制系統(tǒng)設計

(1) 自動控制系統(tǒng)硬件電路設計

根據設計需求，綜合各項功能的實現方式，設計了控制系統(tǒng)硬件連線圖，如圖3所示。主要包含了時鐘電路模塊、晶振電路模塊、控制按鍵模塊、指示模塊、電機驅動模塊。

(2) 自動控制系統(tǒng)軟件設計

綜合需要實現的控制功能，理清程序編輯邏輯，繪制出對應的主程序流程圖。如圖4所示，在程序執(zhí)行開始操作后，首先對整個控制系統(tǒng)初始化，將系統(tǒng)復位，一切歸于正常。通過設計控制按鈕程序，單片機識別按鈕發(fā)送的高低電平，識別是否有功能按鍵按下，對控制系統(tǒng)進行操作。當確定有按鍵操作時，再判別對應的功能按鍵，單片機做出相應的反應，發(fā)出相應的指令，對相應的功能進行控制調整。繪制出主程序框圖的目的主要是為了明確程序編寫思路，確保在具體功能實現的過程中不出現邏輯錯誤，保證程序能實現相應的控制功能。

基于所需實現的功能，設計功能按鍵模塊，主要是為了便于對整個系統(tǒng)的控制操作。實質上功能按鍵電路中的按鍵相當于一個開關，開關的閉合與斷開，單片機會接受到不同的高低電平，從而影響單片機的整體控制。功能按鍵相當于外部的開關，當功能按鍵閉合時，按鍵所接單片機引腳為低電平，單片機識別低電平，執(zhí)行延時子程序，控制系統(tǒng)延時10 ms，控制系統(tǒng)會再次確定是否真有按鍵按下。若所接引腳依舊為低電平，則單片機識別有按鍵閉合。通過對應的信號來源，確定對應的按下的控制按鍵，單片機識別信號后做出相應的反應。生成相應的控制指令，在將信號傳輸到對應功能模塊接的引腳上，調節(jié)高低電平，執(zhí)行功能按鍵所對應的功能。在功能按鍵子程序中采用了典型的延時程序，主要是消除按鍵在開關及閉合時抖動帶來的影響。因在整個控制系統(tǒng)中，所采用的功能按鍵多為彈性開關，在按鍵閉合與開啟的時候，并不會瞬間達到閉合和開啟的狀態(tài)。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產生這種現象，使用了延時程序。

圖3 總硬件電路圖

圖4 主程序流程圖

3 結 語

在傳統(tǒng)球磨機的基礎上，優(yōu)化機械結構，設計多層組合式連續(xù)球磨機。通過單片機技術，PWM調速機理，搭建球磨機控制系統(tǒng)軟硬件結構，以實現球磨機的自動控制，變頻調速控制，降低技術成本，提高球磨機生產效率、降低能耗。

圖5 按鍵程序流程圖

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Research and Development of Multi-layer Combination Continuous Ball Mill Ultrathin Control System Based on SCM

NING Xiang , ZENG Xu, LUOHongbin

(School of Mechanical and Electronic Engineering, Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen 333403,Jiangxi, China)

Ball mill is a kind ofgrinding equipmentwidely used in chemical metallurgy, mineral exploration, and Ceramic industry, etc. By grinding, material required can be prepared. However, the ball mill has the disadvantages of large energy consumption and low efficiency to some extent. To improve the production efficiency of ball mill and reduce the energy consumption and realize automatic control for ball mill system,monolithic integrated circuit technology, PWM speed regulating mechanism are applied to build a ball mill control system and thus realize the automatic control of ball mill and accordingly improve production efficiency and reduce energy consumption.

ball mill; SCM; variable frequency and variable velocity; automatic control

TQ174.6+11

A

1006-2874(2020)04-0006-04

10.13958/j.cnki.ztcg.2020.04.002

2019?10?20。

2019?10?23。

寧翔，男，碩士。

2019?10?20.

2019?10?23.

Ningxiang,male,Master.

1575596441@qq.com