基于模糊控制技术摆动式球磨机控制系统设计(毕业设计论文)doc完整版P70页

（论文） 1 毕业设计（论文） 基于模糊控制技术摆动式球磨机控制系统设计 ： 本 科 ： 电气 与信息学院 ： 自动化 ： ： 讲师 助理试验师 ： 2008年 6 月 20日 学生姓名 学历层次 所在系部 所学专业 指导教师 教师职称 完成时间 （论文） 2 摘 要 超微细粉碎技术是在伴随纳米技术和新材料而发展起来的一项新的粉碎加工技术，随着现代工程技术的发展，许多基础工业对超微细粉末的粒度、粒度分布、粒形等特性提出了更高的要求。如何突破 物料的“粉碎极限”已成为制备 超微细粉末的关键技术。针对被控对像具有非线性、多变量强耦合、不确定性和大滞后以及获得精确数学模型困难的特点，设计了模糊控制器。本系统经过设计、安装和现场调试，能够快速的突破物料的“粉碎极限”，取得较好的加工效果。 关键词 超细粉末加工；模糊控制；单片机控制系统；球磨机 is a As of to s so to a of of on In of is as as is be to 论文） 3 目 录 1 引言 . 1 摆动式球磨机模糊控制背景分析 . 1 动式球磨机模糊控制的提出及研究意义 . 2 基于模糊控技术摆动式球磨机电气控制系统的研究 . 3 2 摆动式球磨机控制系统方案的确定 . 4 摆动式球磨机粉碎过程模 型解析 . 4 主电路方案的确定 . 6 控制系统的确定 . 7 输入通道的确定 . 7 系统原理框图 . 9 3 电气控制系统硬件设计 . 10 电气控制系统的硬件组成 . 10 89片机应用介绍 . 10 输入检测放大电路及 A/D 转换设计 . 13 变频驱动电路设计 . 17 人机对话通道设计 . 21 变频调速主电路的设计 . 26 4 模糊 控制算法的设计 . 27 球磨过程的数学模型解析 . 27 模糊算法 . 28 模 糊控制器 . 29 模糊控制器的工作 . 36 5 系统软件设计 . 36 系统软件设计思路 . 36 （论文） 4 系统主程序流程图 . 38 中断保护程序 . 42 软件抗干扰技术 . 42 6 系统测试分析 . 43 系统测试 . 43 系统分析 . 44 7 总结 . 44 参考文献 . 45 谢 辞 . 46 附录 一 . 47 附录 二 . 63 （论文） 1 1 引言 摆动式球磨机模糊控制 背景分析 自 1893 年球磨机出现以来，它就一直在矿业、冶金、建材、化工及电力部门等若干基础行业的原料粉碎中得到广泛的应 用。随着陶瓷工业的发展，球磨机也成为了陶 瓷工业中制粉 工序中不可缺少的机械设备。从长远来看，今后相当长的时期内球磨机仍将是陶瓷工业中原料磨碎作业的主要设备，因此对球磨机的研究也受到了相关专家的高度重视。 1 球磨机是 制粉系统中 的大型重要设备，其安全可靠地运行 与最佳工作状况是设计单位所追求。但使用中还存在着一些急 待解决的问题，最突出的是难以实现自动控制， 运动轨迹过于单一不能有效的粉碎物料。 不能运行在最佳经济出力。多变量祸合、多变量时滞和模型时变特性是球磨机控制的主要困难。 由于球磨机运行具有纯滞后、大惯性和非线性的显著特点，事态特性复杂，数学模型难 以建立，采用常规 节难以奏效，所以，传统的控制方案大多都是建立在精确测量 球磨机存物料为已知量 的基础上，并且是人工手动操作，其经济性完全取决于人员的操作水平、调整能力和工作责任心。这类方法投资大，改装工作量也客观，各制粉系统水平参差不齐，控制效果并不十分明显，不适合我国采用。模糊控制是本世纪 70 年代才发展起来的一种新型控制算法，其本质是一种非线性控制。它不需要知道被控对象的数学模型，并具有比常规控制系统更好的稳定性和更强的鲁棒性。 模糊控制是建立在人工经验基础之上的。对于一个熟练的操作人员，他往往凭借丰富 的实践试验，采取适当的对策来巧妙的控制一个复杂过程。若能将这些熟练操作员的实践试验加以总结和描述， 并用语言表达出来，就会得到一种定性的、不精确的控制规则。如果用模糊数学将其定量化，就转化为模糊控制算法，从而形成模糊控制理论。 模糊控制理论具有的特点： （ 1） 模糊控制不需要被控对象的数学模型。模糊控制是以人对被控对象的控制经验为依据而设计的控制器， 故无须知道被控对象的数学模型。 （ 2）模糊控制是一种反映人类智慧的智能控制方法。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如“高”、“中”、“低”、“大”、“小”等，控制量由 模糊推理导出。这些模糊量和模糊推理是人类智能活动的体现。 （ 3）模糊控制易于被人接受。模糊控制的核心是控制规则 ，模糊规则是用语言来表示的，如“今天气温高，则今天天气暖和”等，易于被一般人所接受。 （ 4）构造容易。模糊控制规则易于软件实现。 （论文） 2 （ 5）鲁棒性和适应性好。通过专家经验设计的模糊规则可以对复杂的对象进行有效的控制。 模糊控制策略可以保证球磨机安全、经济运行，可以对球磨机负荷 (装物料的 量 )、球磨机出口成品的 温度、球磨机罐内 负压进行调节。调节球磨机负荷的任务就是保证 球磨机在最经济工况下运行，维 持球磨机罐内负压稳定，达到球磨机温度 量恒定 ，从而维持粉碎的细度，还可防止粉末 外喷，影响安全和 环境卫生。球磨机 内粉末 混合物的温度反映了物料 的干湿度，同时也是防暴安全性的重要指标。基于模糊控制的这些特点，可以确定为对球磨机的基本控制策略。 2 随着先进控制理论和检测手段以及计算机技术的发展，火电厂热工过程控制水平有了大幅度的提高，制粉系统球磨机这一较难控制的系统开始受到重视，并取得了一些理论和应用方面的研究成果。一批以多变量控制理论、模糊控制理论及自适应优化理论为基础，在充分考虑了制粉系统特点的基础上，针对不 同被控过程的具体特性，基于不同控制理论的实用控制策略已被提出。这 对球磨机制粉系统的自动控制和优化运行起到一些积极的指导作用。 动式 球磨机模糊控制 的 提出及研究意义 （ 1） 、 摆动式 球磨机模糊控制的提出 球磨机制粉系统是一个典型的多变量非线性时变系统， 球磨机 罐 内的存料 量、罐内温度、罐内负压及球磨机转速等 之间存在着相当严重的藕合， 其运行轨迹单一， 基于经典 制器的控制系 统很难正常投入运行，即使投入也难于保证球磨机 处于最佳工况。因此实现球磨机的自 动控制问题尤为关键。而摆动式球磨机的提出 解决了这些问题。 关于球磨机的运动 为多维复合曲线运动。 随着自动控制技术的广泛应用和自动控制水平的不断提高，国内外对球磨机的自动控制也在进行着大量的研究。传统的控制方案大多都是建立在精确测量球磨机存 料 量的基础上，并且是人工手动操作，其经济性完全取决于人员的操作水平、调整能力和工作责任心。这类方法投资大，改装工作量也客观，各制粉系统水平参差不齐，控制所带来的经济效益很差，对于用电量需求巨大而经济技术落后的中国来说，不宜采用。 为了保证球磨机安全运行，降低成本，提高经济效益，提高机组的自动投入率，本文在智能控制理论的基础上，研究 探讨专家模糊控制系统在球磨机自动控制中的应用，即总结归纳传统控制思想，采用简单的静态解祸网络与动态前馈补偿相结合的解祸方法，采用模糊语言规则，存储到计算机中进行数值运算，设计出了新型的球磨机智能控制系统。它不需要知道被控对象的数学模型，且具有比常规控制系统更好的稳定性和更强的鲁棒性。实验证明，将它确定为球磨机的（论文） 3 基本控制策略是可行的。 （ 2） 、球磨机模糊控制的研究意义 目前，国内大部分球磨机控制都是人员手动操作。对于运行经验不足的操作人员而言，长期手动控制球磨机的运行，不仅容易造成球磨机满料、断料、跑粉 、超温事件的发生，而且也不能使系统长期保持在最佳工况下运行。如何在保证球磨机安全运行的前提下，降低单位球磨机电耗，提高经济效益，提高机组的自动 投入率，己经成为 自动控制中的一个非常重要的环节。此外，在经济全球化、节省能源和保持经济可持续发展的背景下，球磨机这样一个耗电大户进行行之有效的自动控制也有十分重要的社会意义。 本论文的意义主要表现在以下几个方面 : 第一， 提高了机组运行时的安全性，延长了设备的使用寿命 ； 第二，降低了电耗，减轻了运行人员的劳动强度，提高了经济效益 ； 第三，磨机控制目前仍是热工过程控制中的一大技 术难题，如果对此有较好的解决方案，必将促进其相关技术的发展，也会为更复杂系统的控制提供行之有效的方法，同时也会促进 控制理论的进一步发展。 基于模糊控技术摆动式球磨机电气控制系统的研究 摆动式球磨机的电气控制部分是球磨机的重要组成部分，本设计的电气控制算法采用目前先进的模糊算法，模糊控制 (法是 20 世纪 70 年代才发展起来的一种新型控制算法，其本质是一种非线性控制，并具有比常规控制系统更好的稳定性和更强的鲁棒性。 用模糊变量，具有良好的抗噪性能，而且容易与人工操作经验相结合，它不需要知道被 控对象，的数学模型，可以有效地应付非线性对象。 基于模糊控制技术的多维摆动式球磨机的控制系统，是通过使罐体进行多级复合运动，从而增加单位时间冲击和接触次数，延长运动轨迹，提高冲击能，减少盲点，显著提高球磨效率和罐体内粉末度的均匀性。模糊控制技术的介入，将快速的突破物料的“粉碎极限”，极大提高了加工效率的同时，解决了超细粉末制备过程中迫切需要解决的难题 3。 采用模糊控制实现多维摆动式球磨机的控制要求，本系统研究设计的主要内容： （ 1）交流电机变频调速电路的设计； （ 2）气压 （真空度） 监测电路的设计； （论文） 4 （ 3）工作机温度监测电路的设计； （ 4）气压 （真空度）、温度 数据采集部分程序设计； （ 5）模糊控制算法的实现； （ 6）掉电后时间自动记忆功能的实现。 本系统的控制对象是交流异步电机，这一被控对象具有强非线性、多变量耦合、不确定性和大滞后的特点，而且调速系统是一类不确定的复杂系统，其难以获得精确的数学模型。因而用模糊控制解决其控制问题。为此设计了模糊控制器，通过对变频器的控制，实现电机转速的自动调节；以 片机为控制核心， 温度传感器 、 压力传感器 采集信号，并对采集 信号做出相应处理，实现了工作机温度和罐内气体压力的实时监测；设计了时间记忆电路，保证掉电时间数据不丢失。以提高系统的可靠性；利用看门狗电路，提高系统的抗干扰能力，保证系统在工业的工作环境下能够稳定工作；设计友好的人机交互界面，使操作简单、快捷。 2 摆动式球磨机控制系统方案的确定 摆动式球磨机粉碎过程模型解析 球磨机 简介 摆动式球磨机 它包括曲轴、曲轴支座、缸体支架、轴承、 摆动专制、缸体及固定装置，曲轴置于曲轴支座内，曲轴与罐体支架通过轴承连接，罐体支架与罐体连接，所述固定装置一端 连接在罐 体支架上另一端固定，可保证罐体支架及罐体不随曲轴作圆周运动而只作一定幅度的多维摆动，罐 体内的磨球运动轨迹长且复 杂，磨介的冲击能量大，罐 体内几乎无盲点，可大大地提高球磨效率和 体内粉末粒度的均匀性。 球磨机工作时，研磨体由于重力、离心力、摩擦力作用贴在球磨机筒体内壁上与筒体一道回转，并被带到一定高度后，由于重力大于离心力和摩擦力 的合力，此时研磨体被抛落出去，下落时将筒体内的物料击碎，并靠磨介与罐 壁的研磨作用使物料粉碎。 影响球磨机产量的因素比较复杂，实践证明，球磨机的回转速度、 物料粒度、物 料水分和温度、 物料的易磨性、衬板结构、筒体研磨体的填充系数、磨介 等等都有直接的影响。还有一点常被忽略的是操作工人对磨机加料的控制，也同样影响到球磨机的产量和质量。 10 球磨机的 粉碎过程 球磨机制粉系统的特点是工作可靠性高，系统中发生故障不立即影响其它设备的运行，球磨（论文） 5 机的工作与外接设备工况不相牵连。因此，球磨机经常可以保持满负荷工作，以减少电能消耗，这对低负荷下工作经济性差的球磨机来说是非常重要的 ;此外运行灵活。球磨机 结构图 如图 2 2磨机结构图 基于模糊控制技术的 多维摆动式球磨机控制系统 具体工作流程为：首先由操作者将被加工物料及磨介放入罐内，固定好后通过控制面板设定工作机罐体的温度上限、罐内压力下限、加工时间、基本转速、最高转速、 升降速时间以及加工类型，然后通过单向阀向罐内注入保护气体 ，注入压力由压力表检测 ，当罐内压力达到要求值时。停止注入保护气体，取下注气管。关闭机器盖，开启冷却风扇，对罐体进行冷却。按“启动 ”键，使 球磨机 进入工作状态。工作时，球磨机将按照预先设定的值进行工作，系统 对执行机构进行智能控制，并实时显示控制时间和工作情况 4 球磨机制粉系统是一个具有纯迟延、强祸合的多变量非线性时变系统。 球磨机 本身是一个包含了机械能量转换、热交换和两相流动的复杂过程，任何一个控制变量的改变都会造成所有被控变量发生变化，因此变量之间的相互干扰十分严重。同时，由于 物料的品种不一，物料 的粒 度、水份、温度、可磨性系数、挥发份等指标经常发生变化，另外，磨介在运行过程中不断被磨损，这些原因使得球磨 机表现出时变系统的特 征。此外，球磨机制粉系统还常受到一些不确定性干扰的影响，例如给料机断料、堵料及料 的自 流等。摆动式 球磨机被控对象包括 3 个控制 量 （罐内 负筒体 转 动轴 气孔 筒盖 加料口 浆叶 磨介 （论文） 6 压 p、罐内风 粉混和物温度 T 及球磨机的转动速度 )。若改进参数检测方法，使用球磨机前轴瓦垂直振动分量万代替差压信 号如表征存物料 量， 于是原来的对象就分解为一个祸合的两输入两输出对象和一个单输入、单输出对象。 对两输入两输出对象按照工艺要求进行变量配对，使用热风量控制温度，再循环风量控制负压，即输出信号 ，输入信号 ，两个回路 (温度回路与负压回路 )仍有很强的关联，则被控对 象可描述为 Y=中， G 为传递函数矩阵 )( )()( )()( 22122111 sG 们并不追求模型具有很高的精度，只要能反应出制粉系统的特点以便正确设计控制系统。因此， 在建模过程中作了如下简化 : 模型仅从整体上反映 球磨机特性。 球磨机罐内温度是风和物料 混合物的温度 ; 不考虑制粉系统内热损失。 主电路方案的确定 本次设计的主电路采用交 交变频电路 如图 22 1图 2通用变频器的主电路主要有两种类型，即交 交变频（直接 变频）和交 直 交变频（间接变频）。由于交 交变频主电路受到电网频率及整流电路脉冲波数的限制，输出功率较低，调频范围较窄（一般情况下，输出最高频率为电网的 1/2），主电路元件多且元件利用率低，控制复杂，只适用于低速大功率拖动的场合。而交 直 交变频是把一定电压、定额的交流电，先经过整流器整流成直流电，然后再经过逆变器将此直流电变换成电压和频率都可以调的交流电。（论文） 7 这种方式克服了交 交变频的缺点，应用极为广泛，结合控制系统的特点和性能要求，本设计采用交 直 交变频电路 5。 控制系统 的确定 本次设计选用 单片机 的控制 。其最大特点就是设计者可以根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，因而更加方便，更加灵活，并且成本低。其基本方法是在单片机的基础上扩展一些接口，如用于 A/D、 D/A 转换接口，用于人机对话的键盘处理接口， 示接口等。然后开发一些应用软件。即可组成完整的单片机系统。 6 根据摆动式球磨机的工作模型和对目前单片机市场的调查 ， 本次设计选用的单片机 用单片机的原因是其经济易用，性能可靠，易扩充，控制功能强。内部配置 8 需扩展外部存储器，可点擦写， 便于编程调试 。 部带有存储器件，不用扩展程序存储器，减少硬件线路连接。其最大特点就是设计者可以根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，因而更加方便，更加灵活，并且成本低。 根据多维摆动式球磨机的特点及实现的功能，微机控制系统实现的功能主要有以下几点： （ 1）实现对交流电机的速度控制； （ 2）实现数据采集并做出相应处理； （ 3）实现实时记忆功能，保证时间数据掉电不丢失； （ 4）实现简单、直观的人机交互界面。 输入通道的确定 度传感器的确定 由于 摆动式球 磨机在研磨物料过程中，球磨机内的物料受磨介和罐体的作用，其物理形状发生改变，释放出能量，球磨机内物料碰撞周围物体，由于压力作用使物体表而产生微小的形变，球磨机内部产生很高的温度。所以需要传感器的稳定性和耐高温的要求要很高 。根据设计要求本设计采用热电偶温度检测。 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克 (应 ,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介 质的影响。 测量范围广。常用的热电偶从 1600 均可 连续 测量，某些特殊热电偶最低可测到 论文） 8 （如金铁镍铬），最高可达 +2800 （如钨 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 热电偶测温基本原理 是 将两种不同材料的导体或半导体 焊接起来，构成一个闭合回路，如图 2示。当导体 A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势 ,因而在回路中形成一个大小的电流 ,这种现象称为热电效应。热电偶就是利 用这一效应来工作 。 图 2电偶 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。 本次设计使用标准热电偶。 标准化热电偶我国从 1988年 1 月 1 日起，热电偶和热电阻全部按 际标准生产，并指定 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 11 热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 由于摆动式球磨机测量高温所以本次设计采用 热电偶温度传感器。 气体压力传感器 罐内气体压力检测系统来监测罐体的安全状况是很必要的。机械法加工超细粉末的保护和保原问题，是超细粉末制备技术迫切需要解决的难题。 当罐内气体压力低于要求时，系统采用紧急加热点 金属 b 金属 a + （论文） 9 停车，并且报警，避免了被加工物料的氧化和事故的发生。 这里选用 力传感器 ，其 工作原理是：阳极相对于阴极施加正向电压，在阴极形成电场，使阴极产生电子发射。当敏感阳极膜受压变形时，阴阳极间距变化，阴极发射的电流发生变化。从而通过阴极发射电流的变化反映阳极膜所受压力的变化。该传感器上的施加在传感器上的压力在 25g 100g 范围内，其压力与输出电压的曲线呈线性关系，从而反映出施加在传感器上的压力与传感器发射的电流成线性变化关系 系统原理框图 在主 电路和控制电路的基础上加上必需的辅助和驱动电路，就构成了本次设计的整个系统，其系统原理图如图 2示。 由图可知，本次设计以 片机为控制器，以交流电动机为控制对象，以直流测速发电机为速度传感器，构成了闭环控制系统；针对交流电动机具有非线性、多变量强耦合以及获得精确数学模型困难的特点，设计了模糊控制器，通过对变频器的控制，实现电机转速的自动调节；通过人机交互界面的设计，实现了加工时间、间歇时间、最高转速、升速时间、降速时间、允许温升范围、超强加工、柔性加工等设置；通过 温度传感器 、 压力传感器 ，实现 了工作机温度和罐内气体压力的监测。 图 2传感器 单片机 人机接口 看门狗 A/D 装换 时钟电 路 报 警 变频驱动电路 电机 检测电 路 （论文） 10 3 电气控制系统硬件设计 电气控制系统的硬件组成 系统的硬件组成主要由五部分：单片机最小系统，时间记忆电路，检测放大电路，变频驱动电路以及人机交互电路。 本系统的 实现对多维摆动式球磨机整个工作流程的智能控制， 单片机选用 济易用， 性能可靠，无须扩展外部存贮器 ，可多次修改程序，便于编程调试 。控制对象是一台功率为 3笼式三相交流异步电动机，使用的主要元器件为 制系统采用的是闭环，运用了 弦脉宽调制方式进行交流电机的调速，提高粉末的加工细度。 89片机应用介绍 单片机 98绍 美国 司生产的低电压，高性能 位单片机，片内含 8可反复擦写的只读程序存储器（ 和 256随机存取数据存储器（ 器件采用 易失性存储技术生产，与标准 51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（ 储单元，功能强大 片机适合于许多较为复杂控制应用场合 7。 单片机芯片的管脚描述如图 3表 3示。 T 113I N T 012 / V S E E E / 039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728A T 89C 52图 3脚图 （论文） 11 表 3脚详尽功能描述 助字符 名称和功能 地 源 0口 1口 2口 3口 串行输入口 串行输出口 外部中断 外部中断 （ 外部输入脚 （ 外部输入脚 外部数据存储器的写入控制信号 外部数据存储器的读取控制信号 位端 址锁存使能端 序存储器使能端 外部访问使能编程电压提供 振 1 振 2 功能特性概述： 供以下标准功能： 8k 字节 速存储器， 256 字节 内部 32 个 I/O 口线，3 个 16 位定时 /计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， 降至 0静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 工作，但允许 时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 单片机最小系统 单片机最小系统包括：时钟电路、复位电路、看门狗电路以及使单片机正常工作的电源电路。时钟电路为单片机提供时钟 控制信号，本系统采用了 6M 的晶振作为 内部时钟源；复位电路可以在单片机正常工作中如需要一个复位信号，以便使单片机上电或按下复位开关时能从头开始工作，它的复位信号低电平有效；看门狗电路 单片机受外界干扰时，保证单片机程序不跑飞。提高系统可靠性 12。其具体电路如图 3 （论文） 12 T 113I N T 012 / V S E E E / 039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728A T 89 C 52V C X 81 3M H 95V C 单片机最小系统 时间记忆电路设计 本次设计的时钟芯片采用 如图 3 2 8 K H 25 .6 15 .6 b a 1 3 0 25 时间记忆电路 （论文） 13 司推出的涓流充电时钟芯片，内含 有一个实时时钟和 31字节静 通过简单的串行接口与单片机进行通信。 单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线， 1 2 I/3 读 /写数据以一个字节或多达 31个字节的字符组方式通信。 作时功耗很低保持数据和时钟信息时，功率小于 1表 3脚功能表 振管脚 地 复位脚 I/O 数据输入 /输出引脚 行时钟 电源供电管脚 输入检测放大电路及 A/D 转换设计 检测放大电路在整个控制系统中都具有重要作用，其检测精度可以直接影响系统控制精度。在本系统中检测放大电路可分为真空压力检测放大电路、温度检测放大电路和测速发电机检测放大电路三部分组成。 压力检测电路 压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证 其正常 运行，必须对压力进行监测和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念 中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。 在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号 示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差 ， 称为表压力 。 用符号 示。即 pb=绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号 示。 力传感器采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛 用于工业设备、化工、医疗、空调等压力测量与控制 ， 综合精度 : S、 S。 （论文） 14 表 3能表 供电电压 24 36介质温度 200 环境温度 95 负载电阻 电压输出型：大于 50缘电阻 大于 2000期稳定性能 S/年 振动影响 在机械振动频率 202000，输出变化小于 S 电气接口 (信号接口 ) 四芯屏蔽线、紧线螺母 本设计使用的 气 压力传感器 ，电路如图 3示，感器到输入放大器 间用双绞线联结，可避免干扰，并可提高测量精度。当的压力发生变化时，其两端的电压降随之线性变化（约 P）。经 大后，送入 成反相放大器。将被测信号送给 过调节 压力 P=， 输出为 0V。当压力变化范围为 ， 出电压变化范围为 而实现了压力、电压转换。 10 010 910 810 510 610 40 u 723184 1 A+ 1 2 2 4- 1 2 0 A+ 1 2 V+ 1 2 2 P 7 0 8 F 真空压力传感P T P 7 0 8 温度检测放大电路 本次设计采用 的热电偶温度传感器，型号为 铂铑 13 ，它采用恒流源电路来获取温度信号。本系统是采用价格低廉的运放为核心 来构成的，恒流效果十分理想。 随着近年来微电子技术的发展，出现了不少专 用的高性能放大芯片， 具有运放结构，在本设计中我选用了 为放大器电路的首级放大。 低价格、低功耗放大（论文） 15 器，它只需要一只外部电阻就可设置 1 1000 倍的放大增益，它具有较低的输入偏置电流、 较快的建立时间和较高的精度。 865147A D 92 08147*8147O P 07101103+518R P 2100102 热电偶1+5 3R P 4+5电机速度检测电路 由于多维摆动式球磨机中的电机在工作过程中是随罐体摆动而运动的，工作过程中震动较大。这里采用测速发电机对交流电机进行测速，可以构成闭环调速系统。测试电路采用高精度放大电路，使得即便是在电动机低速运转时，也有足够的测速精度。 电阻网络 4组成分压器，分别供给 电流 3/（ 6） =2V/（ 6）。恒流源大小可通过 流电流 输出电压 V=12接 +15出 电压限制在 5V8。其电路图如 3 41 0 0 0 u F / 3 0 0 50 .1 u 00 .1 u 623184 1 A 5 310 2- 1 2+ 1 2图 3机速度检测电路 （论文） 16 A/D 转换器接口 在单片机的应用系统中，被测量的对象上的有关变量，如温度、压