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0  引  言

    在工業(yè)控制系統(tǒng)中，許多控制過程往往與原料（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)計思想及控制算法等分別論述．

1 智能配料系統(tǒng)的硬件組成

    一個控制系統(tǒng)，其硬件部分一般由模擬量輸入、開關(guān)量輸入（即模入、開入）通道，模擬量輸出、’開關(guān)量輸出（即模出、開出）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放大，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并送入計算機(jī)．

1.1.2，控制功能驅(qū)動進(jìn)出料閥門的開啟與關(guān)閉．

1.1.3  通信功能接受主控系統(tǒng)發(fā)來的命令．

1.1.4  檢測功能  為確認(rèn)閥門是否開啟及關(guān)閉，用接近開關(guān)米檢測，此開關(guān)量要送入計算機(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，此功能必不可少；當(dāng)配料系統(tǒng)存在于一個大系統(tǒng)之內(nèi)時，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  料斗配自有三個傳感器，這三個傳惑器采得的信號經(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  開關(guān)量輸出部分  由8155 PA口輸出，8155 PA口驅(qū)動7406,再經(jīng)光隔后，加功率驅(qū)動線路，驅(qū)動氣動閥門．

1.2.4  開關(guān)量輸入部分  接近開關(guān)的輸入信號，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，作為簡易RS-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)動匕段顯示器．

2  軟件設(shè)計

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)計出料量命令，本機(jī)向主機(jī)報出料量．

 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，發(fā)EOC信號，該信號引起  8031外中斷，8031采得此數(shù)據(jù)后，進(jìn)行處理、存儲，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)動時間自學(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)的一個顯著優(yōu)點(diǎn)，就在于可以采用先進(jìn)的軟件算法來提高精度，這是由于配料系統(tǒng)的進(jìn)出料往住是一個慣性過程，不配合以先進(jìn)算法進(jìn)行控制，勢必會使整個系統(tǒng)大大超出誤差范圍．

提前關(guān)閉閥門的問題，就是個確定提前量的問題，但提前量往往又很難確定．特別是不同物料的流動性能不同，單位時間的流料量也不同。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)際的控制過程中，提前量應(yīng)當(dāng)是一個動態(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．開始時，令提前量為一經(jīng)驗(yàn)值J（由實(shí)驗(yàn)測得），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，

針對進(jìn)料量不夠的情況，我們采用了進(jìn)料時的點(diǎn)動算法．即用點(diǎn)動時間來控制閥的開度．如將點(diǎn)動時間定為50ms，此時，閥在接到開門信號50ms即關(guān)閥，閥沒有全部打開即關(guān)?。c(diǎn)動時間和點(diǎn)動量（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)值的測定是比較困難的，因此，我們又采用了自學(xué)習(xí)的方法來確定上述函數(shù)關(guān)系：在每次開機(jī)后，即進(jìn)行學(xué)習(xí)，先點(diǎn)動時間50ms，記莊點(diǎn)動值，然后每次都增加25ms點(diǎn)動時間，并記住相應(yīng)的點(diǎn)動值，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，就可求出實(shí)際差值T=F-H，根據(jù)T值，再求相應(yīng)點(diǎn)動時間，并據(jù)此時間進(jìn)行點(diǎn)動，對于進(jìn)料已多的情況，我們采用二次稱量法，即在出料時采用上述兩算法進(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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