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基于单片机的输送带配料秤控制系统

发布时间:2021-04-21 14:12:08 |来源:网络转载

0概述
带式输送机被广泛地应用于矿山、冶金、码头和化工等行业, 对于散装的固态原料(矿石 、水泥 、煤粉)进行自动输送, 特别适合于高温 、高空和有害环境下作业。例如, 水泥厂粉磨车间的熟料配料系统就是依靠调节带式输送机的速度来控制水泥磨的进 料量, 完成对各种熟料的配比。输送带配料秤是一种用于测量和控制带式输送机的速度和物料流量的 实时控制器。
1系统硬件组成

为了达到控制目的, 控制系统中应包括以下主要设备:
(1)荷重传感器W
用于测量输送带上的瞬时重量。本系统选用应变式荷重传感器, 其原理是用应变片直接测量弹性元件的应变, 实现间接测量压力。这种方法弹性元件变形极小, 可以测量高频率变化的压力。
(2)测速传感器SR
用于测量输送带的走速。
(3)单片机
鉴于系统的规模采用以AT89S51 单片机为控制核心的系统结构, 构成输送带秤控制器 BWF 。AT89S51 单片机是一种低功耗, 高性能 8 位单片机, 片内含有 4KB 的可反复电擦写的Flash 只读程序存储器;
(4)A D 转换器
A D 转换器选用ADC0809 。用于将荷重传感器测出的模拟量转换为 8 位数字量。
(5)键盘 、显示器
系统配有 6 位共阴极 LED 显示器, 运行时可实时显示瞬时流量。采用 2 ×8 键盘, 包括 0 ~ 9 这 10 个数字键, 6 个功能键 :写入键 WR 、设定键 S 、校零键Z 、返回键MON 、停机键 STOP 、运行键 RUN 。
(6)键盘 、显示器接口
系统采用 8279 键盘、显示器接口 。8279 是专用键盘 、显示控制芯片,  能对显示器自动扫描;能识别键盘上按下键的键号, 可充分提高CPU 工作效率。(7)D A 转换器D A 转换器选用DAC0832 。用于将CPU 输出的数字量转换为模拟量。
2 控制系统及软件设计
从图 1 可以看出在输送带的上方有一个料斗, 输送带运动时物料随输送带输送出去。输送带由滑差电机M(电磁调速异步电动机)驱动, 测速传感器SR 输出信号的频率和输送带速度成正比, 输送带的下方装有荷重传感器W , 输出与输送带上物料成正比的电压信号。输送带配料秤控制器BWF 接收SR 的速度信号和W 的重量信号, 计算输送带上物料的瞬间流量并显示出来, 并将流量实际值和流量的设定值进行比较, 通过PID 调节, 输出电流控制信号, 经前置放大器和功率放大器Q 放大, 控制可控硅VT 的导通角, 从而调节滑差电机M 的转速, 使物料流量稳定在预期的设定值。
带式输送机投入运行前, 输送带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。系统投入正常运行后, 单片机采样输送带荷重信号和走速信号, 将输送带走速信号 v(t )与输送带单位长度上的瞬时重量 P(t )相乘即可计算出输送带上物料的瞬间流量F(t)。瞬间流量可通过 6 个七段数码管显示出来,为操作人员提供工艺数据参考。AT89S51 系统再将流量实际值与其设定值进行比较, 经增量 PID 调节运算后计算出控制量 Vi , 通过DAC0832 转换为电流输出信号(4 ~ 20 mA), 而后经放大去控制可控硅的导通角, 实现调节滑差电机电磁离合器励磁电流的功能, 从而调节执行机构滑差电机的转速, 使输送带上的物料流量尽可能稳定在设定值附近, 并具有良好的静态指标和动态性能。图 2 为系统闭环控制回路原理图。

增量式PID 控制算法只需计算增量, 当存在计算误差或精度不足时, 对控制量计算的影响较小 ;增量式积分项运算仅与本次偏差有关, 不易产生积分饱和, 可取得较好的调节效果, 在实际系统中, 易于实现手动和自动的无扰动切换, 故在控制策略的选用中得到了广泛的推广。

硬件系统配置后, 一些逻辑控制过程还需软件控制实现。软件采用模块化程序设计方法, 其主要任务是根据控制要求完成输送带配料秤控制系统中的控制功能, 并在出现故障时采取声光报警措施。根据系统功能, 将软件划分为若干个功能相对独立的模块, 为每一个模块设计算法和程序流程, 再根据流程图编制程序。每个模块程序调试成功后, 最后连接在一起进行总调。为了提高控制精度, 采用了浮点数的计算, 在程序中调用了大量的实用子程序。该系统主要包括以下几个模块 :主程序的设计 ;键扫描及显示程序 ;键输入和键命令处理;A D 转换程序;D A  转换程序;PID  运算程序 ;运行管理程序 。运行管理程序见图 3 。
3 结 语
各种配料系统对带式输送机的速度和物料流量 要求很高, 单片机根据PID 调节算法对带式输送机的速度和物料流量进行控制, 控制精度高, 稳定性强, 保证了控制设备使用寿命。

 

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