粉碎設備智能化的研究與發(fā)展

　　我國建材工業(yè)經(jīng)過多年的長足發(fā)展，在科技水平和生產(chǎn)現(xiàn)代化上有了一定的提高，并且為我國的現(xiàn)代化建設作出了巨大的貢獻。但從整個行業(yè)的設備技術(shù)水平來看，還處在一個較低的水平，存在著技術(shù)裝備陳舊、能耗高、污染嚴重、生產(chǎn)效率低等缺陷。以粉碎設備為例，除了一些進口設備外，大部分的國產(chǎn)設備在能耗的控制和設備狀態(tài)的在線監(jiān)測方面缺乏必要的方法和手段，這就必然會造成能源的浪費并降低了國產(chǎn)建材設備在國際市場的競爭力。

　　在國際上，隨著近年來科學技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是信號處理技術(shù)以及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在一系列工業(yè)先進國家先后出現(xiàn)了以先進的狀態(tài)監(jiān)測儀器為基礎，以機械設備實際運行狀態(tài)為依據(jù)的狀態(tài)監(jiān)測維修體制，并已經(jīng)帶來了巨大的社會和經(jīng)濟效益。如果我們借鑒這一思路，開發(fā)出適合我國建材行業(yè)實際的監(jiān)控系統(tǒng)，必將提高我國建材行業(yè)粉碎設備的整體技術(shù)水平，增強本行業(yè)的綜合實力。

　　監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成

　　一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)是由信號采集單元、信號處理單元以及控制單元組成的。

　　信號采集單元是由傳感器以及A／D轉(zhuǎn)換電路組成，它完成對被控對象的監(jiān)控參量的狀態(tài)轉(zhuǎn)換與采集并把信息傳送給信號處理單元。信號處理單元是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，該部分完成信號的變換、分析并對控制機構(gòu)發(fā)出指令。由于該部分能夠?qū)崿F(xiàn)一些邏輯運算功能，所以如果在這一單元中加入智能控制的算法，就可以實現(xiàn)一些簡單的人工智能?？刂茊卧鳛閳?zhí)行機構(gòu)，接收信號處理單元所發(fā)出的指令，并進一步按照指令對被控對象執(zhí)行相應的操作。

　　粉碎設備智能化

　　粉碎設備智能化主要是從節(jié)能和安全性方面來考慮問題。主要的思路是針對不同的粉碎設備，考慮其具體工作狀況和結(jié)構(gòu)原理，抽取一個或幾個狀態(tài)參量作為監(jiān)測參量，由對這些監(jiān)測參量的分析，來判斷該設備的運行狀態(tài)，進而由控制機構(gòu)實施對設備的智能控制以保持設備的最佳工作狀態(tài)并在機器出現(xiàn)故障時及時報警或停機。

1、監(jiān)測方案的確立

　 　　對于一個具體的監(jiān)測對象而言，監(jiān)測方案（包括監(jiān)測參量的選取以及測點的布置）的確定取決于其故障形式及特征，同時也受其結(jié)構(gòu)和工作條件的影響。

　　選取監(jiān)測參量的首要原則是，所選參量與被檢測對象的運行狀態(tài)之間有著某種內(nèi)在的對應關(guān)系。即被監(jiān)測對象運行狀態(tài)的變化必定會導致監(jiān)測參量的相應變化，這樣才能通過對監(jiān)測參量的分析來判斷機器的實際運行狀態(tài)從而達到監(jiān)控的目的。

　　選取監(jiān)測參量的另一原則是，所選參量應盡量的便于測量，從而為信號的獲取降低難度。

　　目前工業(yè)現(xiàn)場上應用的監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測參量一般為壓力、溫度、噪聲、振動等。例如我國的水泥廠大部分球磨機就采用聲信號來判斷磨機喂料量的盈虧。但用聲信號做監(jiān)測參量，存在著干擾大、信號易失真等缺點。因此，對于此類機器狀態(tài)的監(jiān)測宜選用振動來作為監(jiān)測參量。由于此類設備屬于固定設備，采用振動信號作為監(jiān)測參量干擾小、信號穩(wěn)定，而且也比較好獲得。對潤滑和液壓系統(tǒng)可以采用溫度信號和壓力信號作為監(jiān)測參量，這些信號可以比較真觀的反映出該系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2、控制方案的確定

　?。?）控制參量的選擇?？刂茀⒘渴侵笀?zhí)行機構(gòu)或人工直接參與或調(diào)節(jié)的參數(shù)，通過對其調(diào)整可以相應的改變被測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，因此控制參量的選擇直接關(guān)系著控制效果。為了選擇一個合適的控制參量，應先對被控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理有一個較為透徹的認識，知道通過對那些參數(shù)的調(diào)整可以使被控系統(tǒng)保持一個較好的工作狀態(tài)?？紤]到我國大部分粉碎設備的現(xiàn)狀和原理，我們應從提高設備生產(chǎn)效率和安全性上來考慮這個問題。例如對于球磨機來說，喂料量直接影響到磨機的生產(chǎn)效率：喂料量過多，則產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障，而且降低了粉磨效率；喂料量過少，則磨介磨損加重，并且增大了能耗。因此喂料量應是我們的一個控制參數(shù)。對于其它的設備，一般像轉(zhuǎn)速、壓力等參量也常常被用做控制參量。（2）預警及緊急事件處理功能的設備。為了提高設備的安全程度，避免惡性事故給企業(yè)造成經(jīng)濟損失，有必要進行必要的安全保護功能設備。在適當?shù)臅r候進行聲、光報警或緊急停機處理。（3）手動與自動狀態(tài)的切換。為了避免由于自動裝置發(fā)生故障而造成不必要的損失，應設有自動／手動切換裝置，在適當情況下可切換為手工操縱模式。

3、信號處理單元的設計

　　信號處理單元的設計主要考慮三個方面：（1）可靠性。首先此種設計方案能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。（2）可行性。該方案能夠在工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定正常的長期工作。（3）經(jīng)濟性。該方案的成本不能太高，應具有較好的性能價格比。

　　方案的設計可以從軟件和硬件兩方面入手。在硬件方面，由于近年來計算機技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機的價格已經(jīng)降低到了我們可以接受的價位。由于計算機強大的功能，十分適宜于進行信號處理工作；利用計算機豐富的軟件功能，可以用軟件實現(xiàn)濾波、放大等功能，在不增加硬件成本的條件下實現(xiàn)相應的功能；利用計算機的高速運行特性，可以很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場的實時監(jiān)控要求；利用計算機的人機對話功能，可以給用戶提供一個較方便的操作介面。

　　下面介紹幾種適用于工業(yè)控制的計算機：（1）單片微型計算機。單片機是將部分外部設備及CPU集成到一塊芯片上的計算機。單片機具有抗干擾性強、可靠性高、體積小、價格低廉等優(yōu)點。適用于智能儀表及小型控制系統(tǒng)的開發(fā)。（2）工業(yè)PC。工業(yè)PC一般采用通用微型計算機的CPU，為了適應工業(yè)現(xiàn)場的需求，一般采用小底板結(jié)構(gòu)，并在擴展性和抗干擾性上作了相應的必進。它具有功能強大，速度快等優(yōu)點，由于可以采用高級語言進行編程，可以縮短軟件開發(fā)周期，并可以提供友好的人機接口，在通訊和大量數(shù)據(jù)存儲方面具有較大該的優(yōu)勢，但是價格較為昂貴，適宜于較為高端的控制系統(tǒng)。（3）數(shù)字信號處理器。近幾年在通訊行業(yè)中得到了廣泛的應用。由于它獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如硬件乘法器及分離的數(shù)據(jù)存儲與程序存儲區(qū)，輔之以針對于其硬件開發(fā)的指令系統(tǒng)，使它能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)字信號的高速處理。DSP集成試高、可靠性好、性能出眾，它在自動測試設備領域的成功應用可以給我們以借鑒。

　　對于以上三種計算機控制系統(tǒng)的選擇應根據(jù)用戶的具體情況合理選用。對于那些較為簡單的應用，適合采取單片機作為處理單元，這樣能夠滿足大部分的工作需求，而且價格較低，大部分用戶都可以接受。對于需要頻繁進行大量的數(shù)據(jù)運算，并對實時性要求比較高的應用，適宜采用DSP作為數(shù)據(jù)處理器件，因為DSP運算速度高，而且特別適合做FFT和卷積運算，而這些又是做頻譜分析的一個重要工具。對于那些高端的應用，對系統(tǒng)功能的較高的要求，而且資金較為充裕的用戶可以考慮采用工業(yè)PC作為處理單元。對于需要采用分布式控制系統(tǒng)的用戶可以采用單片機或DSP作為底層的處理單元而采用工業(yè)PC作為上一層的控制計算機。

　　在軟件方面，應視具體需要實現(xiàn)的功能而選用相應的信號處理及控制算法。一般像相關(guān)分析、波形分析及頻譜分析以及各種控制算法都有較為成熟的理論指導。設計者只是要把這些理論轉(zhuǎn)換為計算機所能夠識別的語言。