粉碎设备智能化的研究与发展

　　我国建材工业经过多年的长足发展，在科技水平和生产现代化上有了一定的提高，并且为我国的现代化建设作出了巨大的贡献。但从整个行业的设备技术水平来看，还处在一个较低的水平，存在着技术装备陈旧、能耗高、污染严重、生产效率低等缺陷。以粉碎设备为例，除了一些进口设备外，大部分的国产设备在能耗的控制和设备状态的在线监测方面缺乏必要的方法和手段，这就必然会造成能源的浪费并降低了国产建材设备在国际市场的竞争力。

　　在国际上，随着近年来科学技术的飞速发展，尤其是信号处理技术以及微电子技术的飞速发展，在一系列工业先进国家先后出现了以先进的状态监测仪器为基础，以机械设备实际运行状态为依据的状态监测维修体制，并已经带来了巨大的社会和经济效益。如果我们借鉴这一思路，开发出适合我国建材行业实际的监控系统，必将提高我国建材行业粉碎设备的整体技术水平，增强本行业的综合实力。

　　监控系统的基本构成

　　一个完整的监控系统是由信号采集单元、信号处理单元以及控制单元组成的。

　　信号采集单元是由传感器以及A／D转换电路组成，它完成对被控对象的监控参量的状态转换与采集并把信息传送给信号处理单元。信号处理单元是监控系统的核心，该部分完成信号的变换、分析并对控制机构发出指令。由于该部分能够实现一些逻辑运算功能，所以如果在这一单元中加入智能控制的算法，就可以实现一些简单的人工智能。控制单元作为执行机构，接收信号处理单元所发出的指令，并进一步按照指令对被控对象执行相应的操作。

　　粉碎设备智能化

　　粉碎设备智能化主要是从节能和安全性方面来考虑问题。主要的思路是针对不同的粉碎设备，考虑其具体工作状况和结构原理，抽取一个或几个状态参量作为监测参量，由对这些监测参量的分析，来判断该设备的运行状态，进而由控制机构实施对设备的智能控制以保持设备的最佳工作状态并在机器出现故障时及时报警或停机。

1、监测方案的确立

　 　　对于一个具体的监测对象而言，监测方案（包括监测参量的选取以及测点的布置）的确定取决于其故障形式及特征，同时也受其结构和工作条件的影响。

　　选取监测参量的首要原则是，所选参量与被检测对象的运行状态之间有着某种内在的对应关系。即被监测对象运行状态的变化必定会导致监测参量的相应变化，这样才能通过对监测参量的分析来判断机器的实际运行状态从而达到监控的目的。

　　选取监测参量的另一原则是，所选参量应尽量的便于测量，从而为信号的获取降低难度。

　　目前工业现场上应用的监控系统的监测参量一般为压力、温度、噪声、振动等。例如我国的水泥厂大部分球磨机就采用声信号来判断磨机喂料量的盈亏。但用声信号做监测参量，存在着干扰大、信号易失真等缺点。因此，对于此类机器状态的监测宜选用振动来作为监测参量。由于此类设备属于固定设备，采用振动信号作为监测参量干扰小、信号稳定，而且也比较好获得。对润滑和液压系统可以采用温度信号和压力信号作为监测参量，这些信号可以比较真观的反映出该系统的工作状态。

2、控制方案的确定

　　（1）控制参量的选择。控制参量是指执行机构或人工直接参与或调节的参数，通过对其调整可以相应的改变被测系统的运行状态，因此控制参量的选择直接关系着控制效果。为了选择一个合适的控制参量，应先对被控系统的结构和工作原理有一个较为透彻的认识，知道通过对那些参数的调整可以使被控系统保持一个较好的工作状态。考虑到我国大部分粉碎设备的现状和原理，我们应从提高设备生产效率和安全性上来考虑这个问题。例如对于球磨机来说，喂料量直接影响到磨机的生产效率：喂料量过多，则产品质量得不到保障，而且降低了粉磨效率；喂料量过少，则磨介磨损加重，并且增大了能耗。因此喂料量应是我们的一个控制参数。对于其它的设备，一般像转速、压力等参量也常常被用做控制参量。（2）预警及紧急事件处理功能的设备。为了提高设备的安全程度，避免恶性事故给企业造成经济损失，有必要进行必要的安全保护功能设备。在适当的时候进行声、光报警或紧急停机处理。（3）手动与自动状态的切换。为了避免由于自动装置发生故障而造成不必要的损失，应设有自动／手动切换装置，在适当情况下可切换为手工操纵模式。

3、信号处理单元的设计

　　信号处理单元的设计主要考虑三个方面：（1）可靠性。首先此种设计方案能够满足工业生产的需求。（2）可行性。该方案能够在工业现场恶劣的环境下稳定正常的长期工作。（3）经济性。该方案的成本不能太高，应具有较好的性能价格比。

　　方案的设计可以从软件和硬件两方面入手。在硬件方面，由于近年来计算机技术和集成电路技术的迅速发展，计算机的价格已经降低到了我们可以接受的价位。由于计算机强大的功能，十分适宜于进行信号处理工作；利用计算机丰富的软件功能，可以用软件实现滤波、放大等功能，在不增加硬件成本的条件下实现相应的功能；利用计算机的高速运行特性，可以很好的满足工业现场的实时监控要求；利用计算机的人机对话功能，可以给用户提供一个较方便的操作介面。

　　下面介绍几种适用于工业控制的计算机：（1）单片微型计算机。单片机是将部分外部设备及CPU集成到一块芯片上的计算机。单片机具有抗干扰性强、可靠性高、体积小、价格低廉等优点。适用于智能仪表及小型控制系统的开发。（2）工业PC。工业PC一般采用通用微型计算机的CPU，为了适应工业现场的需求，一般采用小底板结构，并在扩展性和抗干扰性上作了相应的必进。它具有功能强大，速度快等优点，由于可以采用高级语言进行编程，可以缩短软件开发周期，并可以提供友好的人机接口，在通讯和大量数据存储方面具有较大该的优势，但是价格较为昂贵，适宜于较为高端的控制系统。（3）数字信号处理器。近几年在通讯行业中得到了广泛的应用。由于它独特的内部结构，例如硬件乘法器及分离的数据存储与程序存储区，辅之以针对于其硬件开发的指令系统，使它能够实现对数字信号的高速处理。DSP集成试高、可靠性好、性能出众，它在自动测试设备领域的成功应用可以给我们以借鉴。

　　对于以上三种计算机控制系统的选择应根据用户的具体情况合理选用。对于那些较为简单的应用，适合采取单片机作为处理单元，这样能够满足大部分的工作需求，而且价格较低，大部分用户都可以接受。对于需要频繁进行大量的数据运算，并对实时性要求比较高的应用，适宜采用DSP作为数据处理器件，因为DSP运算速度高，而且特别适合做FFT和卷积运算，而这些又是做频谱分析的一个重要工具。对于那些高端的应用，对系统功能的较高的要求，而且资金较为充裕的用户可以考虑采用工业PC作为处理单元。对于需要采用分布式控制系统的用户可以采用单片机或DSP作为底层的处理单元而采用工业PC作为上一层的控制计算机。

　　在软件方面，应视具体需要实现的功能而选用相应的信号处理及控制算法。一般像相关分析、波形分析及频谱分析以及各种控制算法都有较为成熟的理论指导。设计者只是要把这些理论转换为计算机所能够识别的语言。