一、系統(tǒng)分析

   磚機(jī)生產(chǎn)中由于不同配料的比例嚴(yán)重影響粉煤灰制品的質(zhì)最，所以磚機(jī)的各種配料的自動(dòng)計(jì)量及精準(zhǔn)加料就顯得較為重要．制磚機(jī)配料控制系統(tǒng)要能勝任環(huán)境惡劣及復(fù)雜的稱(chēng)重工作，精準(zhǔn)度更高，重復(fù)性要好．維護(hù)更容易、更經(jīng)濟(jì)．同時(shí)還要能對(duì)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行管理、處理和計(jì)算，并能進(jìn)行過(guò)程控制．

 

  磚機(jī)配料系統(tǒng)由單片機(jī)控制稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)重和設(shè)定比對(duì)點(diǎn)，可靈活地計(jì)算并輸出控制信號(hào)，執(zhí)行定值稱(chēng)量，控制各個(gè)物料稱(chēng)量料斗和水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)．同時(shí)進(jìn)行誤差檢查．精準(zhǔn)計(jì)算各進(jìn)料倉(cāng)的配料重量，得到想要的重復(fù)性和精度；當(dāng)重量達(dá)到預(yù)定目標(biāo)后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令 ．通過(guò)編碼器控制伺服系統(tǒng)，通過(guò)液壓控制，關(guān)閉進(jìn)料翻斗闊門(mén)．實(shí)現(xiàn)配料精準(zhǔn)計(jì)量及自動(dòng)進(jìn)料．精準(zhǔn)的磚機(jī)配料系統(tǒng)根據(jù)要求和性能，設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖1 ．

 

   該系統(tǒng)主要由稱(chēng)重傳感器和信號(hào)調(diào)理部分、 C8051 單片機(jī)主控部分、健盤(pán)和顯示部分、 USB 數(shù)據(jù)通信、RS232 通信 6 個(gè)部分組成．多路稱(chēng)重傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)選擇輸入到信號(hào)調(diào)理部分．經(jīng)過(guò)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后再進(jìn)人單片機(jī)，同時(shí)通過(guò)后級(jí)FPGA模塊調(diào)整信號(hào)放大倍數(shù)．由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的時(shí)間定位．可通過(guò)健盤(pán)設(shè)置通道號(hào)以及測(cè)量顯示的精度，由液晶（LCD）顯示出來(lái)，通過(guò) RS232 及 USB 與其他單片機(jī)進(jìn)行通信或者和 PC機(jī)進(jìn)行通信．為了使此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠及以后系統(tǒng)擴(kuò)充集成的方便，設(shè)計(jì)時(shí)使用了盡量少的芯片．

  二、精準(zhǔn)的磚機(jī)配料系統(tǒng)的組成

  磚機(jī)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容一般包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)這3大部分．硬件設(shè)計(jì)主要是以單片機(jī)為核心的整個(gè)電子線(xiàn)路的設(shè)計(jì)．軟件設(shè)計(jì)主要包括監(jiān)控管理程序和各種功能模塊的設(shè)計(jì)，抗干擾設(shè)計(jì)則主要是測(cè)控系統(tǒng)的控制器和前向及后向通道的抗干擾措施的采用．在該精準(zhǔn)的磚機(jī)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中．要按功能把系統(tǒng)劃分成若干個(gè)模塊，對(duì)各個(gè)模塊采用“自頂向下”的順序分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，最后將各個(gè)模塊連接起來(lái)進(jìn)行總體調(diào)試．在整個(gè)磚機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)是系統(tǒng)的核心，因此在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)要首先考慮單片機(jī)的選擇，然后再選擇與之配套的外圈芯片

  2.1該精準(zhǔn)配料系統(tǒng)的磚機(jī)單片機(jī)的選用

  本磚機(jī)配料系統(tǒng)核心部分采用 Cygnal公司新多功能單片機(jī)C805lF系列芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)．C805lF 系列單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片．具有與MCS一51指令集完全兼容的高速 CIP一51內(nèi)核，峰值速度可達(dá)25MIPS；在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控側(cè)系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件（包括 PGA 、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、I2C ，看門(mén)定時(shí)器及電源監(jiān)視器等．C8051F單片機(jī)與其他8位單片機(jī)相比具有更為優(yōu)異的性能，成為許多測(cè)控系統(tǒng)的機(jī)型：C8051F主要控制稱(chēng)重傳感器信號(hào)的捕獲、起始和停止信號(hào)的判斷及各路信號(hào)比對(duì)、時(shí)間側(cè)定，數(shù)據(jù)顯示、USB數(shù)據(jù)傳輸、RS232數(shù)據(jù)傳物接口，單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，可以充分利用單片機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)的處理能力，更大限度地消除側(cè)控系統(tǒng)的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差．

   2.2.1精磚磚機(jī)配料系統(tǒng)傳感器的選用

   磚機(jī)配料控制系統(tǒng)包括骨料、石灰、水和輔加劑的計(jì)量控制．如何讓控制系統(tǒng)對(duì)這些原料 的定量稱(chēng)重進(jìn)行控制．這里就必須用到稱(chēng)重傳感器．傳感器是實(shí)現(xiàn)磚機(jī)配料系統(tǒng)測(cè)量與控制的首要環(huán)節(jié)．是測(cè)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的主要功能是對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換．傳感器的種類(lèi)很多．有電阻應(yīng)變式、壓滋式，振弦式、電容式和電感式等．目前，電阻應(yīng)變式應(yīng)用得最為廣泛，它具有制作方便、工藝成熟、價(jià)格便宜、精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

 

   國(guó)內(nèi)外2kg~500kg量程范圍內(nèi)的稱(chēng)重傳感器，不論拉式結(jié)構(gòu)還是壓式結(jié)構(gòu)，均采用雙連孔彈性體作為轉(zhuǎn)換元件．不加線(xiàn)性補(bǔ)償，精度可達(dá)0.02~0.05級(jí)，并具有優(yōu)越的抗偏、抗側(cè)能力，廣泛應(yīng)用于料斗稱(chēng)和皮帶秤．因此本系統(tǒng)的料斗稱(chēng)采用 S 形雙連孔拉壓式傳感器，簡(jiǎn)便起見(jiàn)，其他石灰稱(chēng)和水計(jì)量泵所對(duì)應(yīng)的傳感器都采用此種形式．

  2.2.2傳感器輸出信號(hào)的放大

  磚機(jī)設(shè)備運(yùn)行中，配料放在料倉(cāng)內(nèi)，其重量使傳感器彈性體發(fā)生變形，輸出與重量成正比的電信號(hào)．傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理板將其轉(zhuǎn)化成4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)．傳感器輸出信號(hào)屬于高強(qiáng)嗓聲下的低頻徽弱信號(hào)．所以要求前置放大級(jí)應(yīng)其有高輸入阻抗、高共模抑制比、低嗓聲、高增益且可調(diào)、低功耗和執(zhí)干優(yōu)能力強(qiáng)的特點(diǎn)．經(jīng)過(guò)比較，選用Analog Device公司的低價(jià)儀表放大器AD620，具體實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示.

 

   信號(hào)前置放大級(jí)的增益不易設(shè)定太高，以免在干擾較強(qiáng)時(shí)引起信號(hào)嚴(yán)重失真，為更好地消除共模電壓，設(shè)計(jì)了自舉屏蔽馭動(dòng)電路，如圖2所示．采用緩沖放大器將連接點(diǎn)的共模電位馭動(dòng)到屏蔽線(xiàn)．在輸入共模信號(hào)時(shí)使屏蔽線(xiàn)與芯線(xiàn)等電位．在差模信號(hào)輸人時(shí)沒(méi)有影響．

  2 . 2 . 3 信號(hào)的濾波

  傳感器輸出信號(hào)受到各種嗓聲的干擾，嗓聲來(lái)源通常有下面幾種：工頻干擾、電極接觸噪聲、基線(xiàn)漂移等．其中，這些干擾中50Hz的工頻干擾最為嚴(yán)重，也是最難消除的．其他的各種嗓聲通過(guò)高截低通、高通低截濾波方法可以很好地消除．本文主要討論50H的工頻干擾的濾除．本系統(tǒng)充分發(fā)揮單片機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，編制50Hz數(shù)字濾波程序，從硬件和軟件2方面對(duì)其進(jìn)行消除．硬件部分采用雙T有源濾波器．其具體電路如圖3所示．

 

   2.3后級(jí)PCG、A/D和FPGA

  為避免在干擾較強(qiáng)時(shí)信號(hào)引起嚴(yán)重失真，前置放大級(jí)的增益不能設(shè)定太高，為此要達(dá)到較高的合適的放大倍數(shù)就要有后級(jí)放大器，并且要可調(diào)增益．這里選用可編程增益放大器PGA204．其數(shù)字可編程增益1,10,100, 1000，通過(guò)C8051F控制與前置放大器組合成合適的增益．經(jīng)綜合考慮，A/D轉(zhuǎn)換選用ADS8325. ADS8325是16位，取樣、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器，線(xiàn)性特性非常好．低噪聲，低失真，典型轉(zhuǎn)換速率 100KSPS

  FpGA(FIled一Progratnmable GateArray ，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，模塊主要提高系統(tǒng)的通用性和構(gòu)件性，便于以后系統(tǒng)的擴(kuò)展和重構(gòu)．經(jīng)比較采用Atmel的AT17C512芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)多絡(luò)開(kāi)關(guān)MUX和PGA進(jìn)行邏輯控制，并作為CSO5lF的協(xié)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理．

  三、伺服系統(tǒng)

   CSOSIF輸出控制信號(hào)通過(guò)RS一232與伺服控制系統(tǒng)相連．伺服系統(tǒng)的應(yīng)用使進(jìn)料的控制不但在機(jī)械性能、生產(chǎn)效率上得到了提高，同時(shí)在高速響應(yīng)和高梢度控制方面也具有了 更高水準(zhǔn)．伺服系統(tǒng)采用17 串行編碼器，大大提高了定位精度．

  四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊設(shè)計(jì)法．單片機(jī)配料控制系統(tǒng)主要為3大模塊，即監(jiān)控主程序、接口馭動(dòng)程序和命令處理程序．監(jiān)控主程序主要有C805IF的軟件引導(dǎo)程序．接口驅(qū)動(dòng)程序主要有USB通信程序模塊、RS232通信模塊；命令處理程序又可以細(xì)分為物人／輸出模塊、傳感器信號(hào)的計(jì)算模塊、FPGA處理模塊、 50H：工頻教字濾波模塊和顯示模塊等．核個(gè)程序采用模塊化設(shè)計(jì)方式，程序的顯示和鍵盤(pán)掃描功能模塊由主函數(shù)直接處理，其余各個(gè)模塊采用中斷驅(qū)動(dòng)方式，以提高系統(tǒng)的效率和精度．為更大限度地消除系統(tǒng)側(cè)傲中的嗓聲干擾，充分發(fā)揮單片機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，

  該磚機(jī)精準(zhǔn)配料控制系統(tǒng)充分發(fā)揮C805IF芯片的優(yōu)點(diǎn)，由單片機(jī)控制稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)重和比較，并輸出控制信號(hào)，執(zhí)行定值稱(chēng)量．實(shí)現(xiàn)配料精準(zhǔn)計(jì)量及自動(dòng)進(jìn)料．單片機(jī)與組態(tài)軟件相結(jié)合的智能自動(dòng)控制方式克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一年多的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試臉，有效地提高了生產(chǎn)效率及機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度，節(jié)省了大量人力、物力．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中預(yù)留了擴(kuò)展接口，以便于以后系統(tǒng)的擴(kuò)展與集成．

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