中药磨粉自动控制系统

1　前言

　　大抵因为中医、中药是中华民族国粹之故，中成药占药品生产很大的比重。在众多中药厂的生产过程中，磨粉、粉碎是一个很重要的工序。一般磨粉都是手工或人工控制加料，工作简单重复，生产环境噪声大、粉尘多，极容易出差错。因为不同的药材，有不同的脆性和粘度，操作人员必须随时注意观察电机电流的变化。加料过少，会直接影响班产，加料过多会使药粉相互摩擦加剧，药物温度过高，导致分解、焦化变质、堵塞磨头，电机过载烧毁屡有发生，严重的情况会着火燃烧，如扑救不及时，会造成火灾事故。很多工厂都采用了风动吸粉，电磁振动送料的技术改造。但是，人工调节送料问题依然未能解决。我们应广州某大中药厂的要求，设计、生产了一批磨粉机自动控制台，彻底解决了上述问题。

2　系统工作原理、结构

　　工作系统由电动磨粉机、电磁振动式送料机、电气控制台三部份组成。
　　送料机是一部借助50周波交流电，使电磁铁芯产生振动力的振动送料装置。它的电磁线圈电流采用单相半波控制，改变电流的大小，即可改变送料量。
　　因为电机负载的大、小取决于送料量的多少。调节电磁振动送料器的送料量，就可以改变电机的负载电流。因此，我们通过以下的途径实现送料自动化。
　　(1)我们利用电流传感器对电磁振动送料电路进行电压负反馈控制，稳定送料速度。
　　送料量↑(↓)电机电流↑(↓)→传感器电压↑(↓)→负反馈电压↑(↓)→触发脉冲后移(前移)→SCR电流↑(↓)→SCR电流↓(↑)→送料量↓(↑)
　　(2)把电流的控制划分为四个区间，不同的物料(药材)可选择不同的电流工作区间。
　　送料自动化控制原理方框图见图1。

图1

　　在某种情况下，例如有大团、大块物料进入了磨粉机时，电机的电流会同时增大，如果电流超过该选定区间电流上限时，可控硅的触发脉冲会被禁止，送料机停止送料，直到电流下降至下限值时，送料机才自动恢复送料。
　　我们通过这种双环节控制方法，确保自动送料工作可靠进行。

3　电路工作原理图

　　电路工作原理如图2所示。
　　图2(a)为电动机Y-△起动电路。图2(b)是送料速度选择、稳定控制，四级电流上、下限选择控制电路。图2(c)是振动送料机送料速度控制电路。以下对电路工作作简要说明。

图2　电路工作原理图

(1)图2(b)的四个档次电机电流上、下限控制是通过IC₁、IC₂两个时基集成电路NE555去完成。NE555的内部结构和引脚功能如图3所示。IC₂接成多谐振荡器，作声光闪烁提示告警用。IC₁接成上、下限比较电路。R₁～R₄是下限取值电阻，接IC₁的2脚。R₇～R₁₀是上限取值电阻，接6脚。上、下限电压通过开关KJ作选择，形成四个工作电流区间。由于IC₁的5脚接到稳压管1WY。因此，上、下比较电压应以IC₁5脚电压V₅作为参考点。比较电压值是V₅/2和V₅，而不再是V_CC/3和2V_CC/3。晶体管Q₁、Q₂作反相输出。
　　当落料过多时，电机电流增大，在超过了该档次的电流上限时，IC₁6脚电压V₆≥V₅，IC₁3脚的输出从高转为低电平。Q₁截止，Q₂导通。光电耦合器PC通电，它的输出三极管1/2 PC把单结晶体管Q₁₀₃的E极充、放电电容C₁₀₃短接。封锁了UJT的振荡，从而关断了可控硅SCR。送料停止进行。只有当磨粉机消化过多的物料，电流再度下降，使IC₂ 2脚电压下降至V₂≤V₅/2时，3脚输出高电平，送料机重新恢复供料。超电流上限时，IC2有间歇振荡脉冲输出，主要作超电流声、光提示用。
　　(2)图2(c)所示送料器控制电路，是一个典型的单结晶体管(UJT)脉冲移相触发控制电路。它可通过开关IK作手动、自动操作的转换。自动控制讯号取自电流传感器2CT，并且通过R₁₂～R15、R104加入控制电路。R₁₀₄是负反馈电阻，它的电压相位应与取自4RV的给定电压相位相反。它可以在电机电流增大(减少)时，自动减少(增加)进料量。使电机电流和送料量稳定在某一状态下。R1、C2、C3组成一个微、积分电路，该环节的引入，进一步稳定了工作过程。

图3　NE555时基电路图

4　电路主要元、器件和参数调试、确定

　　(1)电流传感器

　　获取电机负载电流的变化讯号，是实现控制的首要环节。传感器可直接用市售的LQ系列0.5级精度交流电流互感器改制。电流值选取与电机额定值近似，如75/5A或50/5A。电流互感器正常工作时是处于近乎短路状态的，而且不允许开路，以免产生高压危险。因此，互感器次级电阻取值较小，而且要连接可靠。以获得一个具有一定幅值，而且线性度好的控制讯号。

　　(2)元件参数的确定

　　电路元件参数计算不一定与实际工作相符。而生产厂是决不允许作带载加料调试的。例如工作要求四个档次的工作电流上、下限分别为20～25A、25～35A、35～45A、45～55A。而且相差不能太大。我们采用了模拟参数实验来实现。用一个调压器和一个合适的低压变压器，通过短路的方法获得模拟的电机单相电流讯号。并通过计算、调整确定R₁～R_４、R_７～R_１０、R_１２～R_１５的参数。使电路在实际工作中达到预定的设计要求。

　　(3)工艺流程的编制

　　为充份发挥设备的作用。用户应根据实际经济和工艺，确定在四种工作电流下按不同的药物而编制相应的工艺规程。

5　结论

　　我们为该厂设计、生产的控制装置前后共10台。几年来，一直运行正常、生产质量稳定。工人可在隔离室外操作并自动工作。摆脱了噪声、粉尘的困扰，大大降低了劳动强度。单机班产从原来的12公斤提高到32公斤。从未出现过“塞机事故”。实现了优质、文明、安全、高效生产。
　　本项目投资小，收益大，有推广意义。