基于单片机物料皮带配料秤控制系统设计.doc

第一章 前言 1.1 课题的研究意义及目的 在七八十年代随着我国经济的发展与改革开放的需要从冶金、电力、建材等系统，在成套系统进口的同时配套进口了相当数量的各类皮带秤产品。此阶段比较突出的是上海宝钢集团在一期、二期项目引进的设备中配套进口了相当数量的日本大和衡器株式会社（Yamato）生产的非定量/定量皮带秤产品，由于该产品的质量稳定可靠赢得了我国市场的认可。到了上世纪末本世纪初一批原国有企业与大专院校、科研院所由于体制问题从而分离出众多的民营企业，自行开发了各种皮带秤产品。在此阶段的合资企业如北京大和引进了日本大和CFC-100皮带秤仪表技术；上海大和在日方增资控股后全面引进了日本大和非定量/定量皮带秤包括耐压式计量给煤机用传感器、仪表与整机开发技术。 总体上说我国目前的非定量皮带秤、定量皮带秤的承重装置的结构形式还没有完全突破上述的几种类型目前针对不同现场恶劣环境的基础性测试与理论研究还缺乏实用性的突破。由于皮带秤的动态准确度受环境变化影响因素太多，应该客观地说，目前我国皮带秤产品的可靠性应用与研究与国外先进水平相比较还是相当落后的连续累计自动衡器主要指皮带类的连续累计自动衡器，简称皮带秤。我国最早出现机械式非定量非定量皮带秤是在上世纪五十年代，而真正意义上的电子非定量皮带秤是在六十年代，当时由机械部北京起重运输机械研究所研制生产了第一代电子非定量皮带秤，随后机械部上海工业自动化仪表研究所、太原工学院等单位也相继开发出全电子非定量皮带秤产品。在七八十年代开始，机械部先后组织了从日本大和（Yamato）引进非定量/定量皮带秤整机产品技术；从美国梅里克(Melick)引进非定量/定量皮带秤整机产品技术；从德国申克(Schenck)引进定量皮带秤整机产品技术；从美国拉姆齐(Ramsey)引进非定量/定量皮带秤整机产品技术；电力部组织了从日本大和（Yamato）引进给煤机（定量皮带秤）整机产品技术；从美国史道克(Stock)引进给煤机（定量皮带秤）整机产品技术。作为我国火力发电行业最关键的称重设备之一的耐压式计量给煤机的发展，代表了我国电子皮带秤产品技术已经发展到了一个更高的台阶。 1.3 本论文的工作及安排8051等芯片设计的智能变送器和系统误差自适应调节的方法。 论文的第一部分主要就皮带配料秤的特点、工作原理及结构作了简要描述，突出地介绍了皮带配料秤的用途及功能。 论文的第二部分说明了皮带配料秤的结构和原理。包括物料自动称量的原理和实现，芯片介绍。 论文的第三部分重点描述了皮带配料秤单片机控制系统的结构工作原理和实现。突出地介绍了一种PC机与单片机的一种远距离串行通信方法。 论文的第四部分介绍系统常见的皮带跑偏等问题的处理方法。如果能注意这些问题，那会使皮带配料秤运行更加安全方便。 第二章 总体设计方案 皮带配料秤控制系统的总体设计思想为：皮带输送机投入运行前，输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。系统投入正常运行后，单片机采样皮带荷重信号(通过ADC0809)和走速信号(T法测速)，将皮带走速信号V(t)与皮带单位长度上的瞬时重量P(t)相乘即可计算出皮带上物料的瞬间流量F(t)。瞬间流量可通过6个七段数码管显示出来，为操作人员提供工艺数据参考。8051系统再将流量实际值与其设定值进行比较，经增量PID调节运算后计算出控制量Vi，通过DAC0832转换为电流输出信号(4～20 mA)，而后经放大去控制可控硅的导通角，实现调节滑差电机电磁离合器励磁电流的功能，从而调节执行机构滑差电机的转速，使输送皮带上的物料流量尽可能稳定在设定值附近，并具有良好的静态指标和动态性能。 2.1 硬件系统方案选择 (1) 单片机8051最小系统的设计。 8051芯片是整个皮带秤系统的核心，选择8051芯片是因为它本身自带片内程序存储器，使用起来比较方便，性能也比较稳定。 (2) A/D转换接口的扩展。 A/D转换部分为称重传感器和放大电路提供激励电压和稳定的电压电源，并提供放大器称重传感器输出的称重模拟信号，同时还要把模拟信号转换成数字信号输出。 显示接口的扩展。 系统中主要配有6个七段数码显示管来显示测出的瞬时流量F(t)，为操作人员提供工艺数据参考。 D/A转换接口的扩展。 D/A转换主要是将单片机处理后，经模糊算法得出控制输出，经转换后控制可控硅 键盘是由若干个按钮组成的开关组，其作用非常之大，在调试过程中用来输入设定值及各种参数。根据本皮带秤的系统需要，采用的是2X8键盘，包括0～9这10个数字键，6个功能键，因此，键盘在此次系统中发挥着极其重要的作用。 2.2 软件系统方案选择 软件部分的设计主要是针对键的扫描，对数据进行采集并处理，计算出瞬时流量，再进行PID调节，控制可控硅的导通角，从而控制滑差电机的转速。可分为以下