河南磚機配料系統(tǒng)設(shè)計原理分析

時間：2013-07-01作者：河南省杜甫機械制造有限公司瀏覽：488

一、系統(tǒng)分析




   磚機生產(chǎn)中由于不同配料的比例嚴(yán)重影響粉煤灰制品的質(zhì)較，所以磚機的各種配料的自動計量及**加料就顯得較為重要．制磚機配料控制系統(tǒng)要能勝任環(huán)境惡劣及復(fù)雜的稱重工作，**度較高，重復(fù)性要好．維護(hù)較容易、較經(jīng)濟．同時還要能對稱重數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、處理和計算，并能進(jìn)行過程控制．




 

  磚機配料系統(tǒng)由單片機控制稱重傳感器的稱重和設(shè)定比對點，可靈活地計算并輸出控制信號，執(zhí)行定值稱量，控制各個物料稱量料斗和水泵的運轉(zhuǎn)．同時進(jìn)行誤差檢查．**計算各進(jìn)料倉的配料重量，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 ．通過編碼器控制伺服系統(tǒng)，通過液壓控制，關(guān)閉進(jìn)料翻斗闊門．實現(xiàn)配料**計量及自動進(jìn)料．**的磚機配料系統(tǒng)根據(jù)要求和性能，設(shè)計圖見圖1 ．




該系統(tǒng)主要由稱重傳感器和信號調(diào)理部分、 C8051 單片機主控部分、健盤和顯示部分、 USB 數(shù)據(jù)通信、RS232 通信 6 個部分組成．多路稱重傳感器信號經(jīng)過多路開關(guān)選擇輸入到信號調(diào)理部分．經(jīng)過放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后再進(jìn)人單片機，同時通過后級FPGA模塊調(diào)整信號放大倍數(shù)．由單片機內(nèi)部定時器實現(xiàn)**的時間定位．可通過健盤設(shè)置通道號以及測量顯示的精度，由液晶（LCD）顯示出來，通過 RS232 及 USB 與其他單片機進(jìn)行通信或者和 PC機進(jìn)行通信．為了使此系統(tǒng)運行穩(wěn)定**及以后系統(tǒng)擴充集成的方便，設(shè)計時使用了盡量少的芯片．










  二、**的磚機配料系統(tǒng)的組成




  磚機配料系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容一般包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和抗干擾設(shè)計這3大部分．硬件設(shè)計主要是以單片機為**的整個電子線路的設(shè)計．軟件設(shè)計主要包括監(jiān)控管理程序和各種功能模塊的設(shè)計，抗干擾設(shè)計則主要是測控系統(tǒng)的控制器和前向及后向通道的抗干擾措施的采用．在該**的磚機配料系統(tǒng)設(shè)計過程中．要按功能把系統(tǒng)劃分成若干個模塊，對各個模塊采用“自**向下”的順序分別進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試，最后將各個模塊連接起來進(jìn)行總體調(diào)試．在整個磚機系統(tǒng)中，單片機是系統(tǒng)的**，因此在進(jìn)行硬件設(shè)計時要**考慮單片機的選擇，然后再選擇與之配套的外圈芯片







  2.1該**配料系統(tǒng)的磚機單片機的選用




  本磚機配料系統(tǒng)**部分采用 Cygnal公司較新多功能單片機C805lF系列芯片進(jìn)行設(shè)計．C805lF 系列單片機是*集成的混合信號系統(tǒng)級芯片．具有與MCS一51指令集*兼容的高速 CIP一51內(nèi)核，峰值速度可達(dá)25MIPS；在一個芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個單片機數(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 ，看門定時器及電源監(jiān)視器等．C8051F單片機與其他8位單片機相比具有較為優(yōu)異的性能，成為許多測控系統(tǒng)的可以選擇機型：C8051F主要控制稱重傳感器信號的捕獲、起始和停止信號的判斷及各路信號比對、時間側(cè)定，數(shù)據(jù)顯示、USB數(shù)據(jù)傳輸、RS232數(shù)據(jù)傳物接口，單片機測控系統(tǒng)的**是單片機，可以充分利用單片機對于數(shù)據(jù)的處理能力，較大限度地消除側(cè)控系統(tǒng)的隨機誤差和系統(tǒng)誤差．







   2.2.1精磚磚機配料系統(tǒng)傳感器的選用

   磚機配料控制系統(tǒng)包括骨料、石灰、水和輔加劑的計量控制．如何讓控制系統(tǒng)對這些原料 的定量稱重進(jìn)行控制．這里就**用到稱重傳感器．傳感器是實現(xiàn)磚機配料系統(tǒng)測量與控制的首要環(huán)節(jié)．是測控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的主要功能是對原始信號進(jìn)行準(zhǔn)確**的捕捉和轉(zhuǎn)換．傳感器的種類很多．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)用得較為廣泛，它具有制作方便、工藝成熟、價格便宜、精度高、穩(wěn)定性好等特點。




 

   國內(nèi)外2kg~500kg量程范圍內(nèi)的稱重傳感器，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．不加線性補償，精度可達(dá)0.02~0.05級，并具有優(yōu)越的抗偏、抗側(cè)能力，廣泛應(yīng)用于料斗稱和皮帶秤．因此本系統(tǒng)的料斗稱采用 S 形雙連孔拉壓式傳感器，簡便起見，其他石灰稱和水計量泵所對應(yīng)的傳感器都采用此種形式．







  2.2.2傳感器輸出信號的放大

  磚機設(shè)備運行中，配料放在料倉內(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．傳感器輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理板將其轉(zhuǎn)化成4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號．傳感器輸出信號屬于高強嗓聲下的低頻徽弱信號．所以要求前置放大級應(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)能力強的特點．經(jīng)過比較，選用Analog Device公司的**儀表放大器AD620，具體實現(xiàn)電路如圖2所示.







信號前置放大級的增益不易設(shè)定太高，以免在干擾較強時引起信號嚴(yán)重失真，為較好地消除共模電壓，設(shè)計了自舉屏蔽馭動電路，如圖2所示．采用緩沖放大器將連接點的共模電位馭動到屏蔽線．在輸入共模信號時使屏蔽線與芯線等電位．在差模信號輸人時沒有影響．










  2 . 2 . 3 信號的濾波

  傳感器輸出信號受到各種嗓聲的干擾，嗓聲來源通常有下面幾種：工頻干擾、電極接觸噪聲、基線漂移等．其中，這些干擾中50Hz的工頻干擾較為嚴(yán)重，也是較難消除的．其他的各種嗓聲通過高截低通、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)揮單片機系統(tǒng)的強大優(yōu)勢，編制50Hz數(shù)字濾波程序，從硬件和軟件2方面對其進(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PCG、A/D和FPGA

  為避免在干擾較強時信號引起嚴(yán)重失真，前置放大級的增益不能設(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)場可編程門陣列，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)的擴展和重構(gòu)．經(jīng)比較采用Atmel的AT17C512芯片，實現(xiàn)對多絡(luò)開關(guān)MUX和PGA進(jìn)行邏輯控制，并作為CSO5lF的協(xié)處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理．




  三、伺服系統(tǒng)

   CSOSIF輸出控制信號通過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)料的控制不但在機械性能、生產(chǎn)效率上得到了提高，同時在高速響應(yīng)和高梢度控制方面也具有了 較高水準(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

  本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊設(shè)計法．單片機配料控制系統(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、傳感器信號的計算模塊、FPGA處理模塊、 50H：工頻教字濾波模塊和顯示模塊等．核個程序采用模塊化設(shè)計方式，程序的顯示和鍵盤掃描功能模塊由主函數(shù)直接處理，其余各個模塊采用中斷驅(qū)動方式，以提高系統(tǒng)的效率和精度．為較大限度地消除系統(tǒng)側(cè)傲中的嗓聲干擾，充分發(fā)揮單片機系統(tǒng)的強大優(yōu)勢，




  該磚機**配料控制系統(tǒng)充分發(fā)揮C805IF芯片的優(yōu)點，由單片機控制稱重傳感器的稱重和比較，并輸出控制信號，執(zhí)行定值稱量．實現(xiàn)配料**計量及自動進(jìn)料．單片機與組態(tài)軟件相結(jié)合的智能自動控制方式克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點，經(jīng)過一年多的現(xiàn)場生產(chǎn)試臉，有效地提高了生產(chǎn)效率及機械設(shè)備的自動化程度，節(jié)省了大量人力、物力．控制系統(tǒng)設(shè)計中預(yù)留了擴展接口，以便于以后系統(tǒng)的擴展與集成．




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