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配料是陶瓷生產(chǎn)過程中的重要步驟，配料的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。單線單機(jī)陶瓷配料控制系統(tǒng)的效率和精度受人為因素影響較大，不利于產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高。本文設(shè)計(jì)了一種分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，以MCS51單片機(jī)為控制器控制現(xiàn)場設(shè)備，采用485標(biāo)準(zhǔn)總線實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)與多個(gè)現(xiàn)場級(jí)單片機(jī)控制器之間的通信。監(jiān)控程序采用模塊化設(shè)計(jì)，控制管理界面豐富友好，易于操作。整個(gè)系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單合理，而且具有較強(qiáng)的控制和管理功能。
1.系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)由586工控計(jì)算機(jī)、12塊MCS51單片機(jī)控制板、檢測及電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路、同步信號(hào)電路和晶閘管控制電路組成。
陶瓷配料過程中，陶瓷粉末通過進(jìn)料斗均勻分布在傳送帶上，傳送帶上的物料重量由載荷傳感器測量，傳送帶的速度由測速發(fā)電機(jī)檢測。這兩個(gè)檢測信號(hào)經(jīng)過放大后，輸入到以LM331為核心的電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，成為數(shù)字脈沖信號(hào)，增強(qiáng)其抗干擾能力。然后將這些脈沖信號(hào)輸入單片機(jī)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。
本系統(tǒng)采用89C52單片機(jī)，內(nèi)部有三個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器[1，2]，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中的單片機(jī)需要負(fù)責(zé)重量脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)、速度脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)采樣時(shí)長的定時(shí)控制和晶閘管觸發(fā)脈沖的移相角時(shí)間控制。如果每個(gè)計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器獨(dú)立使用，則需要四個(gè)計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器。為了充分利用單片機(jī)的硬件資源，并考慮到傳送帶的速度和粉料的重量不是瞬時(shí)劇烈的物理量，單片機(jī)采用內(nèi)部計(jì)數(shù)器T1分時(shí)計(jì)數(shù)這兩個(gè)物理量，即利用單片機(jī)的P1.6和P1.5端口發(fā)出門控信號(hào)。當(dāng)P1.6=1，P1.5=0時(shí)，單片機(jī)對(duì)速度脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，P1.6=0，P1.5=1。
單片機(jī)經(jīng)過計(jì)數(shù)和轉(zhuǎn)換計(jì)算，得到皮帶上的載荷信號(hào)、皮帶的速度信號(hào)和實(shí)際的進(jìn)給速度，并與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上輸入的給定的進(jìn)給速度進(jìn)行比較。實(shí)際進(jìn)給速率通過通訊發(fā)送到工控機(jī)，通過PID運(yùn)算得到相應(yīng)的調(diào)節(jié)量，然后將調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)移相角參數(shù)，通訊作為定時(shí)器移相觸發(fā)角的時(shí)間常數(shù)發(fā)回單片機(jī)。同步信號(hào)電路主要由LM339和變壓器組成。同步信號(hào)連接到單片機(jī)的外部中斷接口INT0。通過中斷子程序，采用定時(shí)器T2根據(jù)移相觸發(fā)角的時(shí)間常數(shù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生可控硅觸發(fā)脈沖，從而調(diào)節(jié)雙向晶閘管電路的輸出電壓，控制轉(zhuǎn)差電機(jī)離合器的勵(lì)磁線圈電流，實(shí)現(xiàn)傳送帶的速度控制和陶瓷原料成分的流量控制。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，方便各種生產(chǎn)線的調(diào)試，每個(gè)單片機(jī)都配有一個(gè)6位LED數(shù)字顯示器和小鍵盤，用于調(diào)試或輸入給定值，顯示工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工控機(jī)故障時(shí)的單機(jī)運(yùn)行。
2.系統(tǒng)功能和軟件設(shè)計(jì)
陶瓷配料計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能如下:(1)利用單片機(jī)監(jiān)控12條生產(chǎn)線中陶瓷粉料的重量、傳送帶的速度信號(hào)以及每條生產(chǎn)線中陶瓷粉料的實(shí)際輸送流量；(2)工控機(jī)根據(jù)實(shí)際流量與給定值的偏差，通過PID調(diào)節(jié)晶閘管的移相觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)皮帶的速度控制；(3)設(shè)定每條生產(chǎn)線的給定流量值、線號(hào)、秤號(hào)和粉料類型、轉(zhuǎn)動(dòng)秤設(shè)置、流量報(bào)警錯(cuò)誤設(shè)置、操作人員和操作密碼設(shè)置；(4)各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警和故障診斷提示功能；(5)各種運(yùn)營數(shù)據(jù)的記錄、歸檔和打印功能。
系統(tǒng)軟件由單片機(jī)實(shí)時(shí)控制軟件和工控機(jī)監(jiān)控模塊軟件組成。單片機(jī)軟件由主程序模塊、重量和速度測量模塊、單片機(jī)運(yùn)行子程序、可控硅移相觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊等組成。單片機(jī)有聯(lián)機(jī)運(yùn)行模式和單機(jī)運(yùn)行模式兩種運(yùn)行狀態(tài)，由單片機(jī)鍵盤輸入設(shè)置。在線運(yùn)行模式下，單片機(jī)每2秒采集一次速度和重量信號(hào)，計(jì)算流量信號(hào)，與工控機(jī)通訊，產(chǎn)生晶閘管移相觸發(fā)脈沖。
根據(jù)系統(tǒng)的要求，用VisualBasic語言編寫了工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，該軟件由主程序模塊、通信子程序模塊、PID模塊、數(shù)據(jù)給與記錄模塊和打印模塊組成。
工控計(jì)算機(jī)的主控界面包括日常監(jiān)控、轉(zhuǎn)秤、啟動(dòng)轉(zhuǎn)秤、報(bào)警文件、數(shù)據(jù)維護(hù)、打印報(bào)告、系統(tǒng)描述等子菜單。在日常監(jiān)控子菜單中，顯示每條生產(chǎn)線的給定流量、實(shí)際流量、流量誤差和設(shè)定報(bào)警誤差。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，需要通過啟動(dòng)選擇菜單選擇生產(chǎn)線的線號(hào)、電子秤的秤號(hào)和要混合的陶瓷粉的粉號(hào)。如果其他生產(chǎn)線在運(yùn)行過程中需要加入操作，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)秤子菜單，設(shè)置線號(hào)、秤號(hào)和粉號(hào)。因?yàn)橄到y(tǒng)管理的可以混合的生產(chǎn)線、電子秤、陶瓷粉品種多，響應(yīng)數(shù)據(jù)也多。因此，菜單中專門設(shè)置了一個(gè)數(shù)據(jù)維護(hù)子菜單，主要負(fù)責(zé)維護(hù)電子秤、生產(chǎn)線、陶瓷粉的名稱、生產(chǎn)線管理員的姓名和密碼、報(bào)警錯(cuò)誤設(shè)置、停機(jī)報(bào)警和停機(jī)時(shí)間、報(bào)警記錄維護(hù)、調(diào)試記錄維護(hù)等。
3總結(jié)
本文介紹的陶瓷配料分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有功能齊全、操作方便、界面豐富友好、擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠滿足一般陶瓷配料生產(chǎn)線的控制要求。

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