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1 前言

電磁振動(dòng)定量給料機(jī)是一種新型給料設(shè)備, 用來把塊狀、 顆粒狀及粉狀物料從儲(chǔ)料斗中均勻連續(xù)或定量地給到受料裝置中去。在工業(yè)生產(chǎn)中, 定量給料設(shè)備廣泛應(yīng)用于煤礦、 冶金、 化工、 食品等行業(yè)中。隨著生產(chǎn)的發(fā)展, 對(duì)配料的精度要求越來越高,因此開發(fā)和研制定量給料機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng), 提高配料精度和設(shè)備的自動(dòng)化水平, 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

工作時(shí), 電磁振動(dòng)給料機(jī)按控制給定量,將貯料斗里的物料送給固體流量計(jì), 流量計(jì)將實(shí)際給料量檢測(cè)出來,反饋給控制系統(tǒng)。如果實(shí)際值與系統(tǒng)的給定值不相符, 調(diào)節(jié)電磁振動(dòng)給料機(jī), 使給料量達(dá)到系統(tǒng)的值。從溜槽式固體流量計(jì)流出的物料經(jīng)水平振動(dòng)輸送機(jī), 垂直螺旋輸送機(jī)又回到貯料器中, 構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)( 見圖 1) 。如果實(shí)際值與系統(tǒng)的給定值相符, 物料就由輸料口輸出。采用控制給料機(jī)的振幅來達(dá)到定量給料, 作為控制對(duì)象的電磁振動(dòng)給料機(jī)的振幅, 由晶閘管控制的電壓決定。

3 硬件控制接口

主要分為 8 個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì), 即電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 程序監(jiān)視器設(shè)計(jì)、 存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)、 AP D 轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)、 DP A 轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)、 鍵盤顯示接口設(shè)計(jì)、 強(qiáng)電驅(qū)動(dòng) IP O 口設(shè)計(jì)和串行口擴(kuò)展設(shè)計(jì)( 見圖2) 。

在整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中, 電源的設(shè)計(jì)是要首先考慮的, 為 8031 供電為直流+5V, ADC574 和DAC1210 供電需+ 5 V 和一組+ /- 12 V 電源, 控制強(qiáng)電繼電器則需要+ 12 V 供電。通過輸入、 降壓、整流、 濾波、 穩(wěn)壓, 輸出所需電壓。

由于單片機(jī)的自身抗干擾能力較差, 尤其是在一些條件比較惡劣, 噪聲大的場(chǎng)合, 常會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)因外界干擾而導(dǎo)致死機(jī)的現(xiàn)象, 造成系統(tǒng)不能正常工作, 設(shè)置程序監(jiān)視器 MAX692 是為了有效地抗干擾和保護(hù)數(shù)據(jù), 使系統(tǒng)可靠工作。

系統(tǒng)采用 8031 單片機(jī)來開發(fā), 擴(kuò)展一片 27256程序存儲(chǔ)器和一片 6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。選用 74LS138譯碼器作為芯片的片選, 系統(tǒng)輸入模擬量和輸出模擬量各一路, 考慮系統(tǒng)對(duì)精度的要求, 分別選用 12位的ADC574和 12位DAC1210 作為系統(tǒng)A/ D和D/ A的擴(kuò)展, A/ D 和 D/A 與 C/U 之間采用總線隔離技術(shù), 從固體流量計(jì)測(cè)出的流量經(jīng)電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器, 轉(zhuǎn)換成電壓, 經(jīng) ADC574 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量, 經(jīng)單片機(jī)中PID 控制, 控制 DAC1210 的輸出電壓控制晶閘管, 再調(diào)節(jié)給料機(jī)的振幅。系統(tǒng)中有2個(gè)垂直螺旋輸送機(jī)的振動(dòng)電機(jī)、2 個(gè)水平輸送機(jī)的振動(dòng)電機(jī)和1 個(gè)電振機(jī)需要控制啟動(dòng)和停止, 單片機(jī)通過光電隔離將控制信號(hào)傳給這些強(qiáng)電控制設(shè)備。用8155擴(kuò)展 8 個(gè)鍵盤、8 個(gè)七段數(shù)碼管顯示接口。采用PC機(jī)作為上位機(jī), 單片機(jī)作為下位機(jī)的分布式結(jié)構(gòu), 選用 MAX485 芯片對(duì) 8031 的串行口進(jìn)行擴(kuò)展, 實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)叢機(jī)的遠(yuǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)控制。

系統(tǒng)控制框圖: 反饋量經(jīng) A/D 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量, 然后與設(shè)定量作差值運(yùn)算, 經(jīng) PID 控制器運(yùn)算, 輸出結(jié)果經(jīng) D/A 變成模擬量, 調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù),控制執(zhí)行機(jī)構(gòu), 達(dá)到調(diào)節(jié)的目的( 見圖 3) 。

4 軟件設(shè)計(jì)

將系統(tǒng)程序分為五大主要模塊即主程序模塊、顯示模塊、鍵盤操作模塊、 串行口通信模塊、 定時(shí)器T0 中斷處理模塊和PID 控制模塊。

主程序模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。顯示模塊是將片內(nèi) RAM 的顯存信息送給 8155 輸出顯示。鍵盤操作模塊功能是進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、 標(biāo)定以及系統(tǒng)啟動(dòng)和停止的控制。串行口通信模塊設(shè)置串行口工作方式為 3, 實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信, 由于下位機(jī)的實(shí)時(shí)性較高, 因而一般采用串行中斷的方式進(jìn)行通信。定時(shí)器 T0中斷處理模塊主要是實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、 順序啟動(dòng)設(shè)備、延時(shí)停機(jī)。PID 控制模塊是根據(jù) PID 控制增量式算法算出 △u( n) , 再根據(jù) u( n) = u( n- 1) + △u ( n) 算出控制量 u( n) , 并將其轉(zhuǎn)換成整數(shù), 發(fā)送給 D/ A 轉(zhuǎn)換器。

5 結(jié)語

電磁振動(dòng)給料機(jī)由于運(yùn)用了機(jī)械振動(dòng)學(xué)的共振原理, 消耗電能少。采用單片機(jī)控制電磁振動(dòng)給料機(jī)給料均勻, 調(diào)節(jié)給料機(jī)的振幅, 在額定振幅范圍內(nèi), 通過輸入自動(dòng)控制信號(hào)可以直接調(diào)節(jié)振幅, 可以調(diào)節(jié)給料機(jī)的給料量。具有結(jié)構(gòu)簡單, 易于調(diào)節(jié), 工作穩(wěn)定和遠(yuǎn)距離微機(jī)控制等特點(diǎn), 可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的集中控制和自動(dòng)控制。

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