电磁振动定量给料控制系统设计开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告题目 电磁振动定量给料控制系统设计专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 060301403学 生 姓 名 陈健指 导 教 师 万文填 表 日 期 2010 年 3 月 1 日一、 选题的依据及意义：机械振动定量给料机又称振动定量喂料机。振动定量给料机在生产流程中，可把块状、颗粒状物料从贮料仓中均匀、定时、连续地给到受料装置中去。振动定量给料机结构简单，喂料均匀，连续性能好；可随时改变和控制流量，操作方便，耗电少；运行可靠，调节安装方便，重量轻、体积小，维护保养方便；振动平稳，寿命长。由于上述特点，机械振动定量给料系统广泛运用于冶金、建筑、化工、矿山选矿、食品医药、运输、电工工业、农业等方面。例如，在冶金行业中，烧结矿的自动给料系统就是一个典型例子。在建筑行业，混凝土搅拌站应用自动配料系统能大大地改善制品的性能，提高产量。电力行业中，它用途之一在于锅炉煤的自动加料。化工部门化学制剂的比例供给，食品医药的定量包装等，也离不开振动定量给料系统。机械振动定量给料系统用途非常之广，往往充当定量给料和配料的双重作用，在工业生产中发挥着越来越重要的作用。近几年传统的机械系统与计算机控制相结合，已成为一个新的研究领域，它能极大的提高工业生产效益，因此结合机电一体化技术,实现定量给料机的计算机定量控制是必然的发展方向。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：定量给料系统种类很多，它一般有给料系统，计量装置和控制部分构成。按照物料来分可分为固体定量给料系统，液体定量给料系统和气体定量给料系统。其中，固体定量给料系统按给料机分，主要有带式输送机，气力输送机，振动输送机等；振动输送机有电磁振动给料机，弹性连杆式振动给料机，惯性共振式输送机和自同步式振动给料机。目前应用于实际生产的自动计量给料装置大致有以下几种：（1）电子皮带称：电子皮带称有单托辊，多托辊和悬臂式三种结构，它们称重原理相同。是根据皮带单位长度上的物料重量同皮带速度的乘积与输送量成正比的关系计算出来的。因此，只要检测荷重信号和带速信号，经过运算放大器，便能得出物料流量。（2）定量电子皮带称：其既是计量装置，又是定量调节装置，可以实现给料自动调节的目的。但根据调节功能不同，有恒速和调速型两种结构。（3）损失重量式计量给料器：其是从料仓称重的方法发展而成的一种计量装置，称重方式属准静态计量称重。精度高于电子皮带称和冲击流量计等动态装置。（4）物料流量计：固体物料流量计是利用物料动能，通过计量环节来连续检测流量，这种计量装置本身没有运动部件，结构简单，可靠耐用。其有两种形式：冲击流量计，溜槽式流量计。在国内，生产和使用振动给料机的厂家很多，从激振方式的分类来说，现在主要有三种，即偏心电机激振、电磁铁激振和压电陶瓷激振。其中偏心电机和电磁铁激振应用比较广泛，压电式激振在我国还处在研究阶段并且因其振动幅度不大，在生产中的应用受到了一定的限制。就控制与安装的方便性来说，电磁铁激振要比偏心电机激振更为方便，因而电磁铁激振的应用更为广泛。电振机定量给料系统一般采用控制振幅达到定量给料的目的，目前国内的电磁振动机普遍采用晶阐管整流器调节振幅，但多是开环控制，没有措施监测振幅和给料量，随着实际给料量的变化，电压的波动以及机械本体状态的变化等各种干扰因素，将导致系统工作不稳定，甚至系统的失效，起不到定量给料的作用，因此本课题将选用单片机组成计算机控制系统，实现自动化闭环控制。三、研究内容及实验方案：1.课题研究内容: 电磁振动定量给料机控制系统是一个典型的工业控制领域的课题。它要求系统具有较高的可靠性和较强的抗干扰能力。本实验由MCS-51单片机组成微控制器，实现全自动化给料闭环控制。电磁振动定量给料机控制系统研究内容主要是控制部分：分别为硬件部分和软件部分的设计。（1）硬件部分，根据总体方案可分为7个部分对系统进行设计，即电源系统设计、系统总线设计及总线隔离、A/D转换器接口设计、D/A转换器设计、强电驱动I/O设计、串行口扩展设计和监视定时器设计；（2）软件部分，根据系统的功能要求，确定控制系统的数学模型，将软件分成几个相对独立的功能模块，并根据模块间的相互关系确定软件的总体结构。在此基础上分配系统能够中的数据空间，画出程序流程图。根据流程图，采用编辑软件编写源程序，然后对源程序进行汇编，生成目标代码。软件部分中系统软件是由工控机商家提供的，包括操作系统和支持软件。2.课题实验方案：2.1电磁振动定量给料机控制系统结构示意图：1 引流槽 2流量计弧形板 3测力计 4支撑点 5测力传感器6 水平振动输送机 7水平振动电机 8振动料斗 9电磁振动器l0垂直振动电机 11垂直螺旋振动给料机 l2贮料斗电磁振动定量给料机控制系统由电磁振动给料机、溜槽式固体流量计、水平振动输送机、垂直螺旋振动输送机和储料器组成。工作时，电磁振动给料机按控制给定量，将储料器中的物料送给固体流量计，流量计将实际给料量检测出来，反馈给控制系统，调节电磁振动给料机，使给料量达到设定值。从溜槽式固体流量计流出的物料经水平振动给料机、垂直螺旋振动给料机又回到储料器中，形成一个循环系统。2.2电磁振动定量给料机控制系统物料循环和流量控制图：垂直振动输送机电磁振动给料机物料循环固体流量计控制箱放大信号水平振动输送机计算机控制系统控制信号传感器2.3控制部分硬件设计及选择： （1）CPU选择：本课题选用MCS-51系列单片机来开发，CPU选用8031。由于系统较复杂，程序量比较大，所以扩展一片27256（32k8）程序存储器。（2）输入输出接口的配置：系统输出模拟和输入模拟量各一路，选用AD574和DAC1210作为系统A/D和D/A的扩展。考虑到工作现场干扰比较严重，为保证系统安全可靠的运行，A/D和D/A与CPU之间采用总线隔离技术。（3）键盘显示器：按系统要求配两个4位数码显示管，在工作过程中实现全自动化给料闭环控制。（4）系统电源：8031供电为直流+5V，AD574和DAC1210供电需+5V和一组12V电源，强电控制继电器+12V供电。系统的强电设备由微控制器控制启停，并间隔时间可调。测力传感器选用输出为0-5V的电压信号。（5）电磁振动定量给料机控制系统控制接口图：4个电机 电振机 键盘 显示 ADC574 DAC1210光耦8155光耦光耦MAX48574LS138存储器 27256 8031程序监视器 MAX6922.4控制部分原理图： 控制器R 执行器D/AA/D-+固体流量计其中：反馈量经AD将模拟量转换成数字量，然后与设定量作差值运算，经PID控制器运算，输出结果经DA变成模拟量，调节相应的参数，控制执行机构，达到调节的目的。四、目标、主要特色及工作进度：4.1 目标：由MCS-51(8031)单片机组成计算机控制器,实现自动化定量给料的闭环控制。电磁振动给料机作为执行器进行给料，固体流量计对物料流量进行检测，检测信号通过A/D送进单片机，单片机经运算后发出控制信号，控制信号再经过过滤及放大使D/A产生控制电压，送给电振机，完成定量控制。4.2 主要特色有：电磁振动定量给料控制系统1、结构简单，安装方便；2、电振机的控制设备采用了可控硅半波整流线路，因此在使用过程中可以方便地无极调节给料量；3、电振机可以瞬时地改变和启闭料流，所以给料量有较高的精度；4、给料槽中的物料在给料过程中连续地被抛起，并按照抛物线的轨迹向前进行跳跃运动，因此给料槽的磨损较小；5、本课题是传统机械系统与计算机控制系统的经典实例，该系统有较高的工业生产效益。4.3 工作进度：4.3.1 收集有关资料，写出开题报告 2周（2010.03.01.-2010.03.14）4.3.2 英文资料翻译 2周（2010.03.15-2010.03.28）4.3.3 系统设计 （1）基本结构设计 3周（2010.03.29-2010.04.18）（2）硬件控制电路设计（用Protel绘电路图） 4周（2010.04.19-2010.05.16）（3）主程序设计 3周（2010.05.17-2010.06.06）4.3.4 完成毕业论文 3周（2010.06.07-2010.06.27）4.3.5 答辩准备及毕业答辩 1周（2010.06.28-2010.07.02）五、参考文献：1.刘 杰等机电一体化技术基础与产品设计M北京：冶金工业出版社，20032.李朝青主编.单片机&DSP外围数字IC技术手册.北京：北京航空航天大学出版社，20033.（苏）T.B.别罗扎什维利等 张宏智译.北京：机械工业出版社，19854.余锡存等.单片机原理及接口技术.西安：西安电子科技