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一、模擬量采集模塊
模擬量主要是皮帶秤的稱重信號和速度信號,該模塊包括傳感器及信號調(diào)理部分和模數(shù)轉(zhuǎn)換部分。
1傳感器
皮帶稱重裝置使用的傳感器主要是稱重傳感器和速度傳感器。其中稱重傳感器是皮帶秤對于物料重量進(jìn)行非電量到電量轉(zhuǎn)換的核心元件,它的性能指標(biāo)在很大程度上決定了電子皮帶秤的精度和穩(wěn)定性。速度傳感器用于檢測皮帶的運(yùn)行速度,而重量信號和速度信號的積算反映了皮帶秤的稱量值,因此,速度傳感器的選擇和使用也直接影響了皮帶秤的準(zhǔn)確度。
(1)稱重傳感器
稱重傳感器是將皮帶秤稱重的力信號轉(zhuǎn)換為電信號的核心部件,稱重傳感器按變換原理分類,主要有:電阻應(yīng)變片式、電容式、壓磁式、壓電式等。目前在使用的皮帶秤中,絕大多數(shù)釆用了電阻應(yīng)變片式稱重傳感器。
電阻應(yīng)變片式傳感器一般由受壓彈性元件和應(yīng)變彈性元件組成。整個(gè)傳感器的工作過程是被測壓力通過受壓彈性元件轉(zhuǎn)換成集中力作用于應(yīng)變彈性元件,應(yīng)變彈性元件變形帶動粘貼的應(yīng)變片隨之變形產(chǎn)生電阻差動變化,然后通過全橋接線輸出。因?yàn)閴毫Φ拇笮∨c應(yīng)變成正比,應(yīng)變大小與電阻的變化成正比,電阻的變化率與輸出電壓變化率成正比,所以,被測量與輸出量之間呈線性關(guān)系。同時(shí),由于釆用了應(yīng)變片差動布線和全橋布線,電阻應(yīng)變片式傳感器具有良好的抗載荷或側(cè)向力引起的干擾能力。
(2)速度傳感器
速度傳感器也是電子皮帶秤稱重裝置中的一個(gè)重要設(shè)備。皮帶秤稱重裝置主要需要檢測兩個(gè)物理量,一個(gè)由稱重傳感器測量質(zhì)量信號,另一個(gè)即速度傳感器檢測皮帶的速度,將所得的兩個(gè)信號量轉(zhuǎn)換后進(jìn)行運(yùn)算,可以求得皮帶秤的流量和物料重量。因此,速度檢測的準(zhǔn)確程度,也直接影響到皮帶秤的精度。
速度傳感器主要分為數(shù)字式和模擬式兩類,當(dāng)前國內(nèi)外使用數(shù)字式的速度傳感器較為普遍。數(shù)字式速度傳感器按照獲取速度信號的方式可以分為接觸式和非接觸式;從測量原理上有可以分為測脈沖頻率式(測頻式)和測脈沖周期式(測寬式);從信號轉(zhuǎn)換方式上可以分為磁電式和光電式。合理的選擇稱重傳感器和速度傳感器對于電子皮帶秤的測量精度非常重要。
2AD轉(zhuǎn)換電路
AD轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢在于它把大部分的轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)移到數(shù)字域,并且把高性能模擬與數(shù)字處理融合在儀器。模擬元件釆用單個(gè)比較器、積分器和1位DAC。由于1位DAC只有兩個(gè)輸出,因此它在整個(gè)電壓范圍內(nèi)均是線性化的。這種高水平的線性化是AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高精度化的原因之一,最終的絕對精度主要取決于基準(zhǔn)電壓的精度。
ADS1232是一個(gè)精密的24位AD轉(zhuǎn)換器,它內(nèi)部帶有低噪聲的可編程精密放大器,精密的Delta-SigmaAD轉(zhuǎn)換器和內(nèi)置的振蕩器。ADS1232為橋路傳感器的應(yīng)用及報(bào)告稱重儀器提供一個(gè)完全的前端解決方案,它具有非常低的噪聲,采樣速率為10Hz及80Hz,對于50Hz與60Hz具有大于lOOdB的抑制能力。對于稱重儀器的應(yīng)用,ADS1232是最容易使用的。
在稱重儀器中,大量釆用比例測量方法,在這里橋路的接地電壓同時(shí)為AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓,因?yàn)闃蚵返妮敵稣扔跇蚵返慕拥仉妷?,而AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)果也正比于參考電壓,因此釆用比例方法測量時(shí),AD轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果只與橋路阻抗的變化有關(guān),因此可以大大地提高測量精度。
二、通信模塊
1RS232通信
RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國等公司一起開發(fā)的,1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0?20000bps范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題,如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備,因此,它作為一種標(biāo)準(zhǔn),目前已在微機(jī)通信接口中廣泛釆用。
2以太網(wǎng)通信
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,信息交換技術(shù)覆蓋了各行各業(yè)。在自動化領(lǐng)域,越來越多的企業(yè)需要建立包含從工廠現(xiàn)場設(shè)備層到控制層、管理層等各個(gè)層次的綜合自動化網(wǎng)絡(luò)管控平臺,建立以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息化系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對制造業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),利用了交換以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和實(shí)效性,最大限度地滿足了用戶和生產(chǎn)廠商的需求。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實(shí)效、高擴(kuò)展性及高智能的魅力,吸引著越來越多的制造業(yè)廠商。
所謂工業(yè)以太網(wǎng),一般來講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容,但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。
以太網(wǎng)進(jìn)入工業(yè)自動化領(lǐng)域的直接原因是,現(xiàn)場總線多種標(biāo)準(zhǔn)并存,異種網(wǎng)絡(luò)通信困難。在這樣的技術(shù)背景下,以太網(wǎng)逐步應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域,并且快速發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展得益于以太網(wǎng)多方面的技術(shù)進(jìn)步。首先是通信速率的提高,其次由于釆用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和交換技術(shù),使以太網(wǎng)交換機(jī)的各端口之間數(shù)據(jù)幀的輸入和輸出不再受CSMA/CD機(jī)制的制約,避免了沖突;再加上全雙工通信方式使端口間兩對雙絞線(或光纖)上分別同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù),而不發(fā)生沖突。
以太網(wǎng)Ethernet指的是由某公司創(chuàng)建并聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范,是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測技術(shù))技術(shù),并以10M/s的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。
三、模擬量輸出模塊
在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的研制中,模擬量輸出接口的設(shè)計(jì)往往是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。在對外部設(shè)備驅(qū)動時(shí),某些設(shè)備(如變頻調(diào)速器等)只能采用模擬量驅(qū)動;在主從式測控系統(tǒng)中,利用主機(jī)輸出模擬信號控制從機(jī)的設(shè)定值也是一種常用的手段;另外,在有些測量儀表中,為將現(xiàn)場測量的參量傳送出去,也常釆用模擬信號傳送的方法。
4?20mA電流環(huán)模擬信號傳輸方式雖然逐漸被現(xiàn)場總線等數(shù)字化傳輸方式所取代,但是因?yàn)槠浣涌谳^為簡單,且具有統(tǒng)一的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),所以仍然有一定的市場。
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