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自動(dòng)化配料控制系統(tǒng)
發(fā)布者:管理員   發(fā)布時(shí)間:2012-11-29 21:09:58 瀏覽次數(shù):

混凝土配料設(shè)備是混凝土攪拌站的主要組成部分,主要用于混凝土生產(chǎn)中原料的稱重,是保證混凝土質(zhì)量的重要前提。由于自動(dòng)化的混凝土攪拌站具有產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)有混凝土生產(chǎn)設(shè)備多采用微機(jī)控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)可以設(shè)定各種原材料的配比和流量,控制各輸入物料的瞬時(shí)流量,從而達(dá)到控制混凝土質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。同時(shí),自動(dòng)控制系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、科學(xué)管理、安全生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段。典型的自動(dòng)化混凝土配料系統(tǒng)示意圖如圖1。


現(xiàn)有混凝土配料控制器采用專用模塊,價(jià)格較高、維修性能差、可擴(kuò)展能力有限、通訊功能弱,因此對(duì)控制器進(jìn)行改進(jìn),開發(fā)新型配料控制器具有實(shí)際意義。
  1、控制芯片的選擇
  采用通用控制芯片代替專用芯片,或降低成本、方便控制程序開發(fā)。使用AT89C52單片機(jī)自帶大量ROM和RAM的微處理器直接構(gòu)成最小系統(tǒng),這種方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)、輸入/輸出能力強(qiáng)、無需附加譯碼電路、所需外部器件較少,同時(shí)具有以下功能:(1)可以和任何總線型單片機(jī)接口,具有良好的通用性;(2)I/O口線可按位任意配置,系統(tǒng)調(diào)試極為方便;(3)具有加密功能;(4)高集成度、高可靠性;(5)可并聯(lián)或級(jí)聯(lián),擴(kuò)展方便??梢?,最小系統(tǒng)具有良好的通用性、靈活性和可靠性,并且大大減少外圍電路。
  2、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的選擇
  由于混凝土配料設(shè)備的工作環(huán)境惡劣,振動(dòng)、煙塵、電磁、高溫、高濕等對(duì)電路構(gòu)成嚴(yán)重威脅,故采用V/F轉(zhuǎn)換器代替A/D轉(zhuǎn)換器。V/F變換過程是對(duì)輸入信號(hào)的積分過程,能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑處理,因而抗干擾能力較強(qiáng);其次是與微處理器的接口簡(jiǎn)單,頻率信號(hào)輸入靈活,只占用一根接口線,便于與接口進(jìn)行光電隔離,進(jìn)一步提高了抗干擾能力和可靠性。
  V/F轉(zhuǎn)換芯片有LM331、LM231、AD654、AD650、TC9400、VFQ-1C、ADVFC32等多種類型,其中性價(jià)比較高的有LM231、AD654兩種,兩者的性能對(duì)比如表1所示,其外圍電路如圖2和圖3所示。




  通過對(duì)比可以看出,AD654具有功耗小、輸出頻率范圍大、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。通過圖2和圖3對(duì)比可知,AD654外圍電路較為簡(jiǎn)單,因此采用AD654作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
  3、控制電路的設(shè)計(jì)
  控制電路除控制芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片外還需要一些外圍電路的支持,如鍵盤掃描電路、顯示電路、接口電路、光電耦合電路、復(fù)位電路等。改進(jìn)前后控制電路的總體結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

  傳感器的信號(hào)通過調(diào)理電路能得到0-1V輸出電壓,從而滿足V/F變換電路輸入要求。AD654外圍電路主要有:6、7腳接入1000pF電容,為保證線性度,減少介電吸收和溫度系數(shù),應(yīng)采用聚苯乙烯、聚丙烯或特氫綸等材料的電容;3、4腳各接1kΩ電阻,為了使輸入信號(hào)可調(diào),3腳可采用1個(gè)精密電阻和1個(gè)可調(diào)電阻;8腳接+5V電壓,1、8腳間接390Ω電阻與光電隔離器件相連;2、5腳接地。電路如圖6所示。
  通信接口采用USB總線接口芯片CH372,實(shí)現(xiàn)USB口通信。CH372是一個(gè)USB總線的通用設(shè)備接口芯片,完全兼容USB V2.0規(guī)范,具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出,可方便地連接至單片機(jī)。通過USB與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)控制。CH372外部器件只需晶振和電容,電路簡(jiǎn)單,其電路如圖7所示。

  4、控制軟件設(shè)計(jì)
  系統(tǒng)軟件采用Keli C51軟件開發(fā)環(huán)境,針對(duì)匯編語言的特點(diǎn)采用模塊化編程方法。程序主要包括5個(gè)模塊:主程序模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、通信模塊。
  4.1主程序模塊
  該模塊主要控制電路的初始化、各芯片的選擇、系統(tǒng)復(fù)位等。系統(tǒng)的復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位,軟件復(fù)位的主要方法有軟件陷阱、指令冗余、軟件WATCHDOG等。需要注意的是軟件復(fù)位和硬件復(fù)位的區(qū)別,硬件復(fù)位指開機(jī)復(fù)位與看門狗復(fù)位,硬件復(fù)位對(duì)寄存器有影響,如復(fù)位后PC=0000H、SP=07H、PSW=00H等,而軟件復(fù)位則對(duì)SP、PSW無影響。故對(duì)于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng),當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí),將SP設(shè)置地址大于07H,或者將PSW的第5位用戶標(biāo)志位在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)設(shè)為1。那么系統(tǒng)復(fù)位時(shí)只需檢測(cè)PSW.5標(biāo)志位或SP值便可判定是否為硬件復(fù)位。
  4.2數(shù)據(jù)處理模塊
  該模塊的主要任務(wù)是將V/F變換形式的脈沖信號(hào)變?yōu)閷?shí)際稱重?cái)?shù)據(jù)。AD654經(jīng)過光電耦合后形成脈沖方波,其頻率要轉(zhuǎn)化為數(shù)值必須通過計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn),計(jì)數(shù)器可以采用單獨(dú)的計(jì)數(shù)芯片加8253可編程計(jì)數(shù)器等,也可以采用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器即單片機(jī)的P3.4或P3.5口。通過計(jì)數(shù)器,AD654的輸出頻率變成讀數(shù)Rk,微處理器每隔一段時(shí)間Ts讀取一次計(jì)數(shù)值Rk,并同保存于RAM存儲(chǔ)器中的計(jì)數(shù)值Rk-n相減,得到的Dk即為模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。
  4.3通信模塊
  通信模塊為USB方式,可以通過USB口和上位機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。單片機(jī)通過8位并口對(duì)CH372芯片進(jìn)行讀寫,所有操作均由1個(gè)命令碼、若干個(gè)輸入數(shù)據(jù)和若干個(gè)輸出數(shù)據(jù)組成。CH372芯片占用2個(gè)地址位,當(dāng)A0引腳為高電平時(shí)選擇命令端