粉碎設(shè)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(shè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。但從整個行業(yè)的設(shè)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(yán)重、生產(chǎn)效率低等缺陷。以粉碎設(shè)備為例，除了一些進(jìn)口設(shè)備外，大部分的國產(chǎn)設(shè)備在能耗的控制和設(shè)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(fèi)并降低了國產(chǎn)建材設(shè)備在國際市場的競爭力。

　　在國際上，隨著近年來科學(xué)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(jìn)國家先后出現(xiàn)了以先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測儀器為基礎(chǔ)，以機(jī)械設(shè)備實(shí)際運(yùn)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(jì)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(shí)際的監(jiān)控系統(tǒng)，必將提高我國建材行業(yè)粉碎設(shè)備的整體技術(shù)水平，增強(qiáng)本行業(yè)的綜合實(shí)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(jī)構(gòu)發(fā)出指令。由于該部分能夠?qū)崿F(xiàn)一些邏輯運(yùn)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(shí)現(xiàn)一些簡單的人工智能?？刂茊卧鳛閳?zhí)行機(jī)構(gòu)，接收信號處理單元所發(fā)出的指令，并進(jìn)一步按照指令對被控對象執(zhí)行相應(yīng)的操作。

　　粉碎設(shè)備智能化

　　粉碎設(shè)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(shè)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(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而由控制機(jī)構(gòu)實(shí)施對設(shè)備的智能控制以保持設(shè)備的最佳工作狀態(tài)并在機(jī)器出現(xiàn)故障時及時報警或停機(jī)。

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(diǎn)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(yùn)行狀態(tài)之間有著某種內(nèi)在的對應(yīng)關(guān)系。即被監(jiān)測對象運(yùn)行狀態(tài)的變化必定會導(dǎo)致監(jiān)測參量的相應(yīng)變化，這樣才能通過對監(jiān)測參量的分析來判斷機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)從而達(dá)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(yīng)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(yīng)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(jī)就采用聲信號來判斷磨機(jī)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(diǎn)。因此，對于此類機(jī)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(shè)備屬于固定設(shè)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。控制參量是指執(zhí)行機(jī)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(yīng)的改變被測系統(tǒng)的運(yùn)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(yīng)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(rèn)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(shè)備的現(xiàn)狀和原理，我們應(yīng)從提高設(shè)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(jī)來說，喂料量直接影響到磨機(jī)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(yīng)是我們的一個控制參數(shù)。對于其它的設(shè)備，一般像轉(zhuǎn)速、壓力等參量也常常被用做控制參量。（2）預(yù)警及緊急事件處理功能的設(shè)備。為了提高設(shè)備的安全程度，避免惡性事故給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，有必要進(jìn)行必要的安全保護(hù)功能設(shè)備。在適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行聲、光報警或緊急停機(jī)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(yīng)設(shè)有自動／手動切換裝置，在適當(dāng)情況下可切換為手工操縱模式。

3、信號處理單元的設(shè)計(jì)

　　信號處理單元的設(shè)計(jì)主要考慮三個方面：（1）可靠性。首先此種設(shè)計(jì)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(jì)性。該方案的成本不能太高，應(yīng)具有較好的性能價格比。

　　方案的設(shè)計(jì)可以從軟件和硬件兩方面入手。在硬件方面，由于近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的價格已經(jīng)降低到了我們可以接受的價位。由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能，十分適宜于進(jìn)行信號處理工作；利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件功能，可以用軟件實(shí)現(xiàn)濾波、放大等功能，在不增加硬件成本的條件下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能；利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)行特性，可以很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控要求；利用計(jì)算機(jī)的人機(jī)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(jì)算機(jī)：（1）單片微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)是將部分外部設(shè)備及CPU集成到一塊芯片上的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、體積小、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。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(jì)算機(jī)的CPU，為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的需求，一般采用小底板結(jié)構(gòu)，并在擴(kuò)展性和抗干擾性上作了相應(yīng)的必進(jìn)。它具有功能強(qiáng)大，速度快等優(yōu)點(diǎn)，由于可以采用高級語言進(jìn)行編程，可以縮短軟件開發(fā)周期，并可以提供友好的人機(jī)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(yīng)用。由于它獨(dú)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(shè)備領(lǐng)域的成功應(yīng)用可以給我們以借鑒。

　　對于以上三種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)用戶的具體情況合理選用。對于那些較為簡單的應(yīng)用，適合采取單片機(jī)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(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，并對實(shí)時性要求比較高的應(yīng)用，適宜采用DSP作為數(shù)據(jù)處理器件，因?yàn)镈SP運(yùn)算速度高，而且特別適合做FFT和卷積運(yùn)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(yīng)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(jī)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(jì)算機(jī)。

　　在軟件方面，應(yīng)視具體需要實(shí)現(xiàn)的功能而選用相應(yīng)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(dǎo)。設(shè)計(jì)者只是要把這些理論轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能夠識別的語言。