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一 前言

在配合飼料生產(chǎn)過程中，需要根據(jù)不同的飼料品種，按照預(yù)先確定的配方，把各種不同的原料按比例進(jìn)行混合。配料的精度和速度關(guān)系到飼料的質(zhì)量和產(chǎn)量，為了提．高配料的精度和速度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和增加產(chǎn)量，目前已廣泛地采用了微機(jī)控制技術(shù)。本文介紹的配合飼料微機(jī)配料控制系統(tǒng)已應(yīng)用于長(zhǎng)沙市某大米廠配合飼料生產(chǎn)線。該系統(tǒng)采用本所研制的TY中西文兼容工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，配料精度高，用戶使用方便，工作穩(wěn)定可靠，是一種性能優(yōu)良的微機(jī)配料控制系統(tǒng)。

二 系統(tǒng)概述

1控制原理

微機(jī)控制的配合飼料生產(chǎn)線包括生產(chǎn)機(jī)組系統(tǒng)和微機(jī)配料系統(tǒng)。生產(chǎn)機(jī)組系統(tǒng)可以分成進(jìn)料部分和配料部分。進(jìn)料部分主要由粉碎機(jī)、提升機(jī)、風(fēng)機(jī)、輸料機(jī)和分配器等設(shè)備組成。配料部分包括料倉(cāng)、給料機(jī)、電子稱和混合料機(jī)。配料部分的主要功能是在進(jìn)料設(shè)備把各種不同的原料放入各自的料斗后，按照配方給定的比例下料進(jìn)入稱斗，并進(jìn)行稱重，然后再送入混合料機(jī)進(jìn)行一定時(shí)間攪拌，均勻地混合成飼料成品。因此，配料是配合飼料生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。微機(jī)配料主要是對(duì)這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制。人們事先把各種固定的配方輸入計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)按照配方的比例來(lái)控制下料、稱重和混合，并實(shí)時(shí)檢測(cè)稱重傳感器的信號(hào)，作出判斷，向配料各執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令，從而實(shí)現(xiàn)配料自動(dòng)化。整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)配有手動(dòng)控制輔助機(jī)構(gòu)，可以按照自動(dòng)或手動(dòng)工作方式控制運(yùn)行。

2主要功能

微機(jī)配料控制系統(tǒng)主要包括工控機(jī)的系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件，以及與采樣、檢測(cè)、報(bào)警等執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)的電器設(shè)備。系統(tǒng)具有以下幾方面的主要功能。

①人機(jī)交互及管理：人機(jī)交互和管理所體現(xiàn)的各項(xiàng)功能是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)性能的一個(gè)重要方面。本系統(tǒng)具有中文信息的處理能力，采用在菜單方式下進(jìn)行中文提示。操作人員可以通過功能鍵或光標(biāo)移動(dòng)來(lái)選擇和執(zhí)行各種操作。系統(tǒng)提供了一個(gè)固定配方庫(kù)。配方多達(dá)100種。操作人員可以對(duì)已存入的配方進(jìn)行查詢、修改或指定一個(gè)工作配方，也可以臨時(shí)輸入和抹去一個(gè)配方。系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)顯示和打印功能。在配料過程中計(jì)算機(jī)可以在CRT屏幕上顯示出配料控制流程圖，并用光標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)指示，能同時(shí)顯示稱號(hào)和配料重量等，使操作人員對(duì)配料情況一目了然。打印機(jī)可進(jìn)行中文打印。系統(tǒng)可向生產(chǎn)管理部門提供各種生產(chǎn)信息報(bào)表。

②實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制：系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集各配料稱的稱重信號(hào)，能自動(dòng)去皮、自動(dòng)校零和自動(dòng)修正誤差，并根據(jù)已指定的配方比例及有關(guān)算法來(lái)選擇和控制下料，且隨時(shí)進(jìn)行判斷，給相應(yīng)的給料機(jī)、電子稱門、混合料機(jī)門發(fā)出開關(guān)信號(hào)。

⑧狀態(tài)測(cè)試與報(bào)警：在配料過程中對(duì)受控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題是安全生產(chǎn)的重要保證。系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)檢測(cè)各給料機(jī)、稱門的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、行程開關(guān)及其他設(shè)備的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和故障立即報(bào)警。

④現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)保護(hù)：本系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)保護(hù)區(qū)。計(jì)算機(jī)把現(xiàn)行配方數(shù)據(jù)和配料中的其他重要數(shù)據(jù)都置于保護(hù)區(qū)內(nèi)，若忽然停電或系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要停機(jī)處理，保護(hù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失?，F(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)后配料仍可繼續(xù)進(jìn)行。

三 系統(tǒng)硬件

1硬件構(gòu)成

本控制系統(tǒng)的硬件主要由工控機(jī)的各電路控制板，外部的繼電器、接觸器、熱繼電器、行程開關(guān)和稱重傳感器組成。如圖1微機(jī)配料控制系統(tǒng)方框圖所示。

①系統(tǒng)控制板，系統(tǒng)控制板(CPU板)是配料系統(tǒng)的控制中心。系統(tǒng)軟件固化在E-PROM中。掉電數(shù)據(jù)保護(hù)區(qū)為8KRAM。漢字庫(kù)固化了全部國(guó)標(biāo)一、二級(jí)漢字和符號(hào)。32K刷新存貯器可存貯一幅配料控制流程圖。

②檢測(cè)控制通道：I/O板是系統(tǒng)CPU對(duì)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)控制的輸入輸出通道。輸入口主要作為行程開關(guān)、面板開關(guān)等狀態(tài)信號(hào)的輸入。為了在故障檢測(cè)時(shí)能產(chǎn)生中斷信號(hào)，輸入口使用了一片PIO。如某電機(jī)因運(yùn)行發(fā)熱，相聯(lián)的熱繼電器受熱后斷開電路使電機(jī)停運(yùn)，同時(shí)接通中間繼電器將電機(jī)過載信號(hào)經(jīng)光電隔離器送到PIO，PIO即向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。輸出口寄存器主要是用來(lái)寄存CPU發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)。如系統(tǒng)控制某稱門電機(jī)啟動(dòng)，控制信號(hào)被輸出口寄存器接收保存，再經(jīng)光電隔離器輸出后由晶體管放大驅(qū)動(dòng)外部繼電器，使相連的接觸器吸合啟動(dòng)電機(jī)。

③稱重采樣接口：A/D板是系統(tǒng)實(shí)時(shí)采樣稱重信號(hào)的轉(zhuǎn)換接口，電路包括濾波器、高精度線性放大器、模擬信號(hào)開關(guān)、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC1210，12位)及控制命令寄存器。在配料過程中，稱重傳感器將落料的重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。傳感器輸出的電壓模擬信號(hào)輸入到A/D板中，經(jīng)濾波放大后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。CPU就是在此對(duì)稱重信號(hào)進(jìn)行采樣。

2硬件抗干擾措施

在飼料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，干擾問題十分突出。本系統(tǒng)采取了幾點(diǎn)有效的抗干擾措施．

①電容濾波：為防止直流電源的干擾，在電路模板的電源線和主要IC芯片的電源端分別對(duì)地接上電容器，濾掉電源中的干擾信號(hào)。計(jì)算機(jī)電源地線同外圍電路地線不共一點(diǎn)，且牢靠接大地。

②光電耦合：系統(tǒng)輸入輸出的開關(guān)量數(shù)字信號(hào)在I/O通道板上經(jīng)光電隔離器耦合。由于光電隔離的輸入輸出間的絕緣度極高，信號(hào)在此是光電轉(zhuǎn)換傳輸，不是直接的電信號(hào)聯(lián)系，因此隔絕了外來(lái)的干擾信號(hào)。

③屏蔽傳輸：配料過程中模擬信號(hào)的干擾直接影響配料的精度。系統(tǒng)對(duì)由稱重傳感器到A/D板之間長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸采用屏蔽導(dǎo)線連接，以防止模擬信號(hào)的干擾。金屬屏蔽線與A/D板上的外部電路的地線共接一點(diǎn)，可靠接大地。模擬信號(hào)經(jīng)硬件濾波器去除干擾信號(hào)再輸入放大器。

④互鎖控制：在配料過程中，設(shè)備的啟停運(yùn)行必須遵循一定的規(guī)則。如給料機(jī)下料時(shí)必須先關(guān)稱門；電子稱放料時(shí)，必須先關(guān)混合料機(jī)門。一般來(lái)說(shuō)，在自動(dòng)配料工作方式時(shí)，軟件控制保障了這些規(guī)則不會(huì)遭到破壞，但是在手動(dòng)方式時(shí)，由于人的操作失誤可能違反這些規(guī)則，造成配料失敗。為了防止這種人工干擾，本系統(tǒng)在強(qiáng)電柜的電器線路中設(shè)計(jì)了互鎖控制電路來(lái)保障配料設(shè)備的正確啟動(dòng)運(yùn)行。

四 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)監(jiān)控軟件和配料控制軟件，系統(tǒng)軟件從提高系統(tǒng)的管理和控制性能、方便使用和易維護(hù)的目標(biāo)出發(fā)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1監(jiān)控軟件

監(jiān)控軟件主要是對(duì)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行管理。監(jiān)控軟件具有中西文兼容信息的處理能力，能進(jìn)行漢字輸入、顯示和打印，具有屏幕編輯和調(diào)試等多種功能，這為系統(tǒng)控制軟件的調(diào)試、數(shù)據(jù)處理和維護(hù)帶來(lái)了極大的方便。軟件中設(shè)計(jì)了工業(yè)控制需要的多功能通用子程序庫(kù)，可供系統(tǒng)控制軟件調(diào)用。

2控制軟件

控制軟件主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)配料系統(tǒng)的過程控制．根據(jù)配合飼料配料控制系統(tǒng)的需要，控制軟件設(shè)計(jì)了各種控制功能程序模塊和控制子程序。主要包括“控制系統(tǒng)狀態(tài)初始化”、“自動(dòng)工作控制”、“手動(dòng)工作控制”、“自動(dòng)配料”、“狀態(tài)測(cè)試”、“故障檢測(cè)”等。配料控制軟件按照自動(dòng)控制和手動(dòng)控制模式控制系統(tǒng)運(yùn)行，其主程序流程框圖如圖2所示。為了提高配料控制系統(tǒng)的性能，提高配料的精度和速度，保障控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，控制軟件采取了有效的措旋。

①軟件抗干擾措施：在配料控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，雖然稱重傳感器的模擬信號(hào)經(jīng)屏蔽傳輸和硬件濾波，但也很難消盡信號(hào)中的尖峰干擾。因此，控制軟件對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行軟件濾波和處理。每次CPU對(duì)A/D轉(zhuǎn)換采樣，每個(gè)數(shù)值要檢測(cè)讀取兩個(gè)數(shù)據(jù)。軟件對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)濾波，每取得6個(gè)數(shù)值后進(jìn)行中值濾波，然后對(duì)經(jīng)過濾波的數(shù)值進(jìn)行五點(diǎn)平滑處理。這樣可獲得高精度的稱重?cái)?shù)值。

②軟件檢測(cè)故障并提示：在系統(tǒng)配料過程中，控制軟件能自動(dòng)地檢測(cè)各稱門、混合料門的開關(guān)不到位故障及給料機(jī)不下料等故障。這些故障是通過控制軟件對(duì)反饋行程開關(guān)的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)而獲得的。當(dāng)軟件檢測(cè)到故障或錯(cuò)誤后，隨即點(diǎn)亮相互的報(bào)警燈和在鍵盤揚(yáng)聲器上進(jìn)行蛙聲報(bào)警，并在CRT屏幕上顯示出故障部位。操作人員可使控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)入“手動(dòng)工作”方式，按照軟件的提示來(lái)排除故障，可以贏得時(shí)間，使系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。

五 結(jié)束語(yǔ)

本微機(jī)配料控制系統(tǒng)，不僅適用于飼料行業(yè)，而且也可以移植到如玻璃、橡膠、化工、食品等其他行業(yè)，適用于對(duì)各種顆粒料、粉狀物進(jìn)行自動(dòng)配料控制。

 

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