高振强振动机械的智能变频超前控制系统技术方案

本发明专利技术涉及的是一种高振强振动机械的智能变频超前控制系统，特别是一种高振强振动机械的基于智能变频的超前控制系统，属于振动利用工程技术领域。由上位机、PLC、变频器、振动机、传感器构成闭环控制系统，上位机主要作编程设计及与PLC的通讯，实现程序下载和上存，同时可对PLC程序运行实时监控；PLC作为核心控制器，一方面与上位机交互，可实现编程调整；另一方面通过智能变频超前控制软件，实施对变频器的变频输出控制；变频器一端与PLC相连接，另一端与振动机的驱动电机相连接；通过智能变频控制使振动机的频率按照控制值变化，达到对振动机高振强、瞬态超高振强及其作用时间的有效控制，以确保振动机的正常运行。

Intelligent frequency conversion advanced control system of Gao Zhenqiang vibration machinery

The invention relates to a control system of advanced intelligent inverter with high vibrating intensity of mechanical vibration, especially the advanced intelligent control system based on a Gao Zhenqiang frequency of mechanical vibration, which belongs to the technical field of Engineering Vibration utilization. By the host computer, PLC, inverter, vibrator, sensor constitute a closed-loop control system, mainly for computer programming and communication with PLC, realize the program download and deposit, and the program of the PLC real-time monitoring; PLC as the core controller, a host computer and interactive programming, can realize the adjustment of the other; on the one hand, advanced intelligent inverter control software, the implementation of inverter output of the inverter control; inverter is connected with the PLC, the drive motor and the other end of the vibrator is connected by the vibration frequency; according to the control values of intelligent inverter control, to achieve effective control of vibration, transient Gao Zhenqiang ultra high vibrating intensity and duration in order to ensure the normal operation of the vibrating machine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种高振强振动机械的智能变频超前控制系统，特别是一种高振强振 动机械的基于智能变频的超前控制系统，属于振动利用工程

技术介绍
在很多情况下，振动机械需要系统在工作过程中产生的振动，具有高振动强度(简 称高振强)的特点，具有宽的功率谱曲线的振动性能，来完成一些特殊的作业内容，如振动 筛机的透筛率过低、卡筛、板结；振动磨机粉体的不细化、易团聚、反粉碎；各种料仓、料斗、 溜槽的仓壁振动工作中物料粘结、起拱、滞留的非正常运动；振动混料机中某些多种物料混 合的混合均勻度不高、混合效率过低，变质量振动输送机中的瞬态输送物料集聚的分散、 排解等问题，一般振强的振动机械对于这些问题的解决是无能为力的。然而振动机械的高振强可以在系统中形成一种足够的强振动应力场，这种高振强 及其形成的强振动力场，能打乱物料系统有序的固有振频分布，提高物料的冲击、碰撞或剪 切、挤压能力，有利于解决上述振动机械某些特殊的作业要求，但系统产生具有一定持续时 间的高振强或瞬态超高振强运动状态，若不能进行及时、有效控制，将可能引发如下问题(1)振动机械局部机体结构强度薄弱处易扭曲、易损坏，而机体质量增加会导致系统能 耗、成本迅速增加；(2)主振弹簧崩裂、激振器轴承过早失效、振动体及振动电机发热甚至烧毁，主要零部 件维修频次显著增加；(3)对基础的振动力明显提高、系统噪声大幅攀升，使操作者和周边环境受到严重影响 或无法忍受；(4)当系统达到或进入高次共振模态区时，将会出现部件瞬间破坏或整机瘫痪、报废， 后果不堪设想。普通的控制系统对解决上述问题是无能为力的。国内外研究将变频技术用于振动 机械的报道很多，苏丹应用欧姆龙PLC与上位机通信实现振动机的变频控制，李来强将神 经网络用于振动机阻尼特性的识别等等，但涉及高振强振动机械的基于智能变频的超前控 制问题未见报道。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术中的上述问题，提供一种高振强振动机械的智能变频 超前控制系统，是一种高振强振动机械的具有智能变频功能的超前控制系统，由上位机、 PLC、变频器、振动机、传感器5部分构成；上位机主要作编程设计及与PLC的通讯，实现程 序下载和上存，同时可对PLC程序运行实时监控；PLC作为核心控制器，一方面与上位机交 互，可实现编程调整；另一方面通过PLC的智能变频超前控制软件(简称超前控制软件)，实 施对变频器的变频控制，达到对振动机高振强、瞬态超高振强及其作用时间的有效控制，以 确保振动机的正常运行。由于高振强状态下的强非线性和特性振动，会使样机运行时实际振强等主参数与 预设值相差甚远，出现参数超限超时问题，使系统瞬间失效或瘫痪；构建基于智能变频的超 前控制系统，进行加速度、振强、振幅等主参数的在线监测，通过传感器信号放大，经PLC的 模数转换、识别算法模块，对后续振强等主参数的变化规律及可能极值点，进行数据挖掘、 超前计算，再经约束条件判断推理修正，进行变频控制决策，避免出现振强等主参数的超限 或超时给系统带来的不利影响，实现对磨机的超前控制和系统可靠运转。在进行理论分析和实验的基础上，构建的智能变频超前控制系统，实施多波变正 弦振频递增递减循环曲线，进行振动参数的在线监测，实现实测前波主参数，预测计算中后 波的最大值，经约束条件判断超限超时数值，进行超前减幅功能，且设置降幅不够的实际主 参数急停功能，达到对振动机械实际高振强值、瞬态超高振强限值及其作用时间的有效控 制的目的，使振动机中由高振强形成的强振动力场能得以有效控制，保确系统机体结构及 主要零部件的正常功能。变频曲线设置成为具有对称特点的多波变正弦曲线振频递增递减循环周期特性 的变频控制曲线，在前半周期的递增区段的前1-2波上，完成对振动机上传感器反馈主参 数信息的实时处理，实现实测前波智能预测计算中波最大值及超前控制减幅功能，达到对 振动机高振强、瞬态超高振强及其作用时间的有效控制的目的。一种高振强振动机械的智能变频超前控制系统是采取以下技术方案实现 一种高振强振动机械的智能变频超前控制系统，由上位机、PLC、变频器、振动机、传感器构成闭环控制系统，上位机可对PLC实施信息交互和实时监控；PLC —方面可通过超前控 制软件将控制信号传输给变频器，实现对振动机的变频控制，另一方面又不断接受传感器 传输的检测信号，通过其上积分放大器、计算器等将振动机的振强等参数传输给超前控制 程序软件；变频器一端与PLC相连接，另一端与振动机的驱动电机相连接；通过智能变频控 制使振动机的频率按照控制值变化，从而驱动振动机工作；传感器依靠磁力置于振动机上。本专利技术的超前控制系统的控制方法实施步骤1)变频曲线选择选择的多波变正弦曲线振频递增递减循环周期的振频时间曲线，具 有如下特点选用正弦曲线而不是余弦或其他曲线，是由于其具有的连续性、无突变等特 性，可增加系统的稳定性；采用多波变正弦曲线达到变波周期、变波峰值是振动机工作多频 多幅的需要；振频递增递减则分别可产生系统所需的高振强及大振幅，以实现振动机高振 强的特殊作业要求。2)循环周期设置多波循环一般为奇数波周期，即7、9、11等多波循环，是便于实 现高振强的超前控制；波峰值前半周期递增、后半周期递减循环，中位波峰值最大，且递增 递减循环关于循环周期中点对称，故只需控制递增循环，预计中位波峰值即可；当各正弦波 波峰值较小时取波周期稍长，较大时取波周期稍短。实际运行的振动机系统，由传感器反馈 给控制程序，由于系统的混沌特性，可能与设置的波峰值相差较大，此时需在递增段预先计 算后续最大波峰值及作用时间是否超限，实施超限降幅功能，完成高振强的超前控制，保障 系统的安全运行。3)控制程序编制为实现上述的功能，设置时间对应输出振频的正弦曲线循环变 化图，据此图可进行坐标点的依次输入，完成控制程序编制，若设一个主循环由9波变正弦 曲线组成，以中线对称分布，左侧递增右侧递减，取其振频均值为50赫兹，第一正弦曲线波周期为20s，变化幅度为IOHz ；第二正弦曲线波周期为16s，以此类推，则可得各波曲线及总 的9波变正弦曲线振频循环图。4)超前控制功能分析超前控制软件主要考虑启动缓冲、主循环控制、正弦曲线程 序、实测正弦曲线最大振强值与作用时间控制、对应振强预计值计算、数据采集程序等主要 环节。若设循环周期为9波，则运行时，递增之前4波均进行中位波振强比例预测值计算， 可有效防止中位波振强超限；任1波发现中位波振强预测值超限时，均应在此波未达之前 比例下调之，以实现真正的超前控制功能。5)超前控制软件设置在递增循环中，取A、B、C、D点附 近5ms区域传感器信号的最大振强值，分别与对应点的预计振强值作比 较，超出的比例乘以E点的预计振强值，当得到的值大于振强限值，则把 50 + 15sm (对/8)的正弦变化幅度减少所超出的比例。以此类推，来保证E点最大振强不会 超过设定的系统运行振强限值；此程序还可实现被减幅度的正弦变化曲线的对应额定振强 也相应减少超出幅度，保证所有数值同步变化。上述控制功能实现的同时，当传感器信号所示振强超过15达到60s、超过16达到 30s、超过18达到15s、超过20达到7s、超过22达到3s、超过M达到Is时，主循环均重新开始。6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高振强振动机械的智能变频超前控制系统，其特征在于由上位机、ＰＬＣ、变频器、振动机、传感器构成闭环控制回路，上位机主要作编程设计及与ＰＬＣ的通讯，实现程序下载和上存，同时可对ＰＬＣ程序运行实时监控；ＰＬＣ作为核心控制器，一方面与上位机交互实现编程调整，通过智能变频超前控制软件，将控制信号传输给变频器，实现对振动机的变频控制，另一方面又不断接受传感器传输的检测信号，通过其上积分放大器、计算器将振动机的振强等参数传输给上位机；变频器一端与ＰＬＣ相连接，另一端与振动机的驱动电机相连接；通过智能变频控制使振动机的频率按照控制值变化，从而驱动振动机工作；传感器依靠磁力置于振动机上，达到对振动机高振强、瞬态超高振强及其作用时间的有效控制，以确保振动机的正常运行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘极峰，杨小兰，邵祥兵，陆薛彬，任宝军，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：84