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      智能稱重儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      發(fā)布時(shí)間:2019-11-25 09:15:32 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      0  引  言

          在工業(yè)控制系統(tǒng)中,許多控制過(guò)程往往與原料(本文稱為物料)  配料控制育關(guān).配料控制的三大關(guān)鍵問(wèn)題是:a.稱量準(zhǔn)確;b.稱一量控制符合一定的誤差范圍;c.配料時(shí)間能滿足生產(chǎn)節(jié)奏的要求.

      這里,物料由進(jìn)料控制口  經(jīng)進(jìn)料控制機(jī)構(gòu)進(jìn)入稱料斗,料斗中裝有稱量機(jī)構(gòu),下方有出料控  制機(jī)構(gòu),進(jìn)出料控制機(jī)構(gòu)一般都由閥門組成. 

          隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,配料控制系統(tǒng)在經(jīng)歷了手工控制階段、  儀表控制階段之后,已進(jìn)入微機(jī)控制階段.

      微機(jī)控制配料系統(tǒng)是當(dāng)前最先進(jìn)的配料控制系統(tǒng),它的優(yōu)越性在于:采用了軟件控制,可引進(jìn)先進(jìn)的控制算法,使控制精度提高,由于微機(jī)的高速運(yùn)算能力,可允許系統(tǒng)采用較大的進(jìn)出料量的閥門,從而加快了生產(chǎn)節(jié)奏:微機(jī)控制系統(tǒng)很容易配置通信接口,使系統(tǒng)能方便地作為一個(gè)大系統(tǒng)的子系統(tǒng).下面就該系統(tǒng)的硬件組成、軟件設(shè)計(jì)思想及控制算法等分別論述.

      智能配料系統(tǒng)的硬件組成

          一個(gè)控制系統(tǒng),其硬件部分一般由模擬量輸入、開(kāi)關(guān)量輸入(即模入、開(kāi)入)通道,模擬量輸出、’開(kāi)關(guān)量輸出(即模出、開(kāi)出)通道,通信通道及外圍接口線路所組成.

      1.1  配料控制系統(tǒng)的功能.

      1.1.1  稱重功能將稱重傳感器的信號(hào)放大,進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,并送入計(jì)算機(jī).

      1.1.2,控制功能驅(qū)動(dòng)進(jìn)出料閥門的開(kāi)啟與關(guān)閉.

      1.1.3  通信功能接受主控系統(tǒng)發(fā)來(lái)的命令.

      1.1.4  檢測(cè)功能  為確認(rèn)閥門是否開(kāi)啟及關(guān)閉,用接近開(kāi)關(guān)米檢測(cè),此開(kāi)關(guān)量要送入計(jì)算機(jī).

      1.1.5  輔助功能  a.顯示料斗中的重量以便觀察;b.預(yù)定稱量值的輸入.當(dāng)配料系統(tǒng)作為獨(dú)立系統(tǒng)時(shí),此功能必不可少;當(dāng)配料系統(tǒng)存在于一個(gè)大系統(tǒng)之內(nèi)時(shí),此功能可省略.
       

      1.2  微機(jī)控制配料系統(tǒng)的硬件組成

      1.2.1  主機(jī)系統(tǒng)8031基本系統(tǒng)為主機(jī)系統(tǒng),內(nèi)含8031,373,8155及273 2等芯片.

      1.2.2模擬量輸入部分  料斗配自有三個(gè)傳感器,這三個(gè)傳惑器采得的信號(hào)經(jīng)串聯(lián)后,由765 0放大器進(jìn)行放火,再送入MC14433進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)8155PB口送入8031.

      1.2.3  開(kāi)關(guān)量輸出部分  由8155 PA口輸出,8155 PA口驅(qū)動(dòng)7406,再經(jīng)光隔后,加功率驅(qū)動(dòng)線路,驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)閥門.

      1.2.4  開(kāi)關(guān)量輸入部分  接近開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào),經(jīng)光隔接PI口.

      1.2.5  通信接口部分  由8031 RXD,TXD接1488,1489電平轉(zhuǎn)換器,作為簡(jiǎn)易R(shí)S-232接口.

      1.2.6  顯示部分  山P1.0,P1.1作串行輸出,至串并轉(zhuǎn)換芯片T4LSJ 64,用三十164驅(qū)動(dòng)匕段顯示器.

      2  軟件設(shè)計(jì)

      為滿足工藝要求,本系統(tǒng)軟件由四部分組成

      2.1  稱重軟件

      該部分軟件的主要功能是將A/D轉(zhuǎn)換所得到的數(shù)值,再經(jīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)換后得物料重量.

      2.2通信軟件

      本機(jī)與主機(jī)的通信協(xié)議定為四種.a(chǎn).主機(jī)發(fā)查詢命令,本機(jī)加答;b.主機(jī)發(fā)進(jìn)料命令,本機(jī)根據(jù)此命令進(jìn)行進(jìn)料;c.主機(jī)發(fā)出料量命令,本機(jī)根據(jù)此命令進(jìn)行出料;d.主機(jī)發(fā)統(tǒng)計(jì)出料量命令,本機(jī)向主機(jī)報(bào)出料量.

       2.3  顯示軟件

      本機(jī)以中斷方式采集數(shù)據(jù),14433在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢時(shí),發(fā)EOC信號(hào),該信號(hào)引起  8031外中斷,8031采得此數(shù)據(jù)后,進(jìn)行處理、存儲(chǔ),每轉(zhuǎn)換兩次(約0.4s)將此值轉(zhuǎn)  化為七段顯示碼,用顯示驅(qū)動(dòng)軟件顯示之.

      2.4控制軟件

      控制軟件又分為出料與進(jìn)料兩部分.兩部分軟件在設(shè)計(jì)思想上相似.我們采用了富有特色的自適應(yīng)確定提前量算法和點(diǎn)動(dòng)時(shí)間自學(xué)習(xí)算法,使機(jī)器具有智能性質(zhì),可稱為智能稱重儀表控制系統(tǒng).由于引進(jìn)了這兩種算法,本系統(tǒng)還可以適應(yīng)各種不同種類物料以不同速度進(jìn)行進(jìn)出料,此得,為提高出料精度,本機(jī)還采用了不僅控制進(jìn)料,而且控制出料的兩次控制去,使系統(tǒng)的控捌精度大大提高.控制軟件部分的框圖從略.

      3  控制算法

      微機(jī)控制配料系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn),就在于可以采用先進(jìn)的軟件算法來(lái)提高精度,這是由于配料系統(tǒng)的進(jìn)出料往住是一個(gè)慣性過(guò)程,不配合以先進(jìn)算法進(jìn)行控制,勢(shì)必會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)大大超出誤差范圍.

      提前關(guān)閉閥門的問(wèn)題,就是個(gè)確定提前量的問(wèn)題,但提前量往往又很難確定.特別是不同物料的流動(dòng)性能不同,單位時(shí)間的流料量也不同。即使是同一物料,因含水程度不同,流料量也不同,因此,在實(shí)際的控制過(guò)程中,提前量應(yīng)當(dāng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)值.為了提高控制精度,本系統(tǒng)采用了自適應(yīng)確定提前量算法.算法如下:

      a.開(kāi)始時(shí),令提前量為一經(jīng)驗(yàn)值J(由實(shí)驗(yàn)測(cè)得),即D=J;b.第一次進(jìn)料命令值假定為F,實(shí)際進(jìn)料量為H;c.下次提前量設(shè)定為D←D+1/2(H - F).

      實(shí)踐證明,使用上述算法,可大大提高精度.但是另一方面,由于實(shí)際的生產(chǎn)情況較為復(fù)雜,即使采用了上述算法,仍然可能出現(xiàn)兩種情況,即實(shí)際進(jìn)料量與命令值相比或大或小,一LL都超出了允許誤差范圍.如果沒(méi)δ為允許誤差值,則有

          F-H>δ    即進(jìn)料量不夠:

          H -F>δ    即進(jìn)料量大于命令值,

      針對(duì)進(jìn)料量不夠的情況,我們采用了進(jìn)料時(shí)的點(diǎn)動(dòng)算法.即用點(diǎn)動(dòng)時(shí)間來(lái)控制閥的開(kāi)度.如將點(diǎn)動(dòng)時(shí)間定為50ms,此時(shí),閥在接到開(kāi)門信號(hào)50ms即關(guān)閥,閥沒(méi)有全部打開(kāi)即關(guān)住.點(diǎn)動(dòng)時(shí)間和點(diǎn)動(dòng)量(即進(jìn)料量)之間存在一定的函數(shù)關(guān)系,這一關(guān)系可通過(guò)試驗(yàn)取得經(jīng)驗(yàn)值.但是,由于每一次進(jìn)出料的環(huán)境差別大,合適經(jīng)驗(yàn)值的測(cè)定是比較困難的,因此,我們又采用了自學(xué)習(xí)的方法來(lái)確定上述函數(shù)關(guān)系:在每次開(kāi)機(jī)后,即進(jìn)行學(xué)習(xí),先點(diǎn)動(dòng)時(shí)間50ms,記莊點(diǎn)動(dòng)值,然后每次都增加25ms點(diǎn)動(dòng)時(shí)間,并記住相應(yīng)的點(diǎn)動(dòng)值,直至0. 5s結(jié)束,并在機(jī)器內(nèi)部形成一張表,每當(dāng)進(jìn)料不夠時(shí),就可求出實(shí)際差值T=F-H,根據(jù)T值,再求相應(yīng)點(diǎn)動(dòng)時(shí)間,并據(jù)此時(shí)間進(jìn)行點(diǎn)動(dòng),對(duì)于進(jìn)料已多的情況,我們采用二次稱量法,即在出料時(shí)采用上述兩算法進(jìn)行出料控制.

      以上微機(jī)控制配料系統(tǒng)已在太原軌枕廠攪拌樓集散控制系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用.該系統(tǒng)中的實(shí)際稱量范圍為0~1023kg,最大進(jìn)料與出料量是180kg/s,控制精度<1%,符合用戶要求.

       

      參考文獻(xiàn)

      1孫涵芳,  徐愛(ài)卿編.MCS-si, 96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用,北京航空航天大學(xué)出版社

      2胡戌,趙依軍編.單片微機(jī)接口技術(shù).人民郵電出版社

       

       

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