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1. 1設計背景

    隨著科學技術的不斷發(fā)展和技術上的進步，各種加工食品的出現(xiàn)，對食品包裝技術和設備都提出了新的要求，定量包裝秤量在包裝領域正起著越來越大的作用。秤量精確度的高低在一定程度上也影響到企業(yè)的利益和消費者對企業(yè)的信賴程度。所以說，配料稱重控制器在包裝領域起著舉足輕重的作用。

    配料稱重控制器的核心是物料的秤量和控制。每一種物料設有單獨的貯料倉，每一個貯料倉的下面都有一個電動氣閥。所有物料的貯料倉的氣閥都對著計量斗，所有的物料通過其所在的貯料倉的閥門按一定速度依次流入計量斗。計量斗上安裝的傳感器將重量信號轉換成電壓信號送入稱重控制器的模擬量輸入端。稱重控制器可根據(jù)輸入的電壓信號來控制各種物料貯料倉閥門的開啟或關閉，從而可精確地控制各種物料的配料比例。

    目前的稱重控制系統(tǒng)一般采用STD總線工控機或PC總線工控機對多臺配料秤進行集中控制。由于配料生產現(xiàn)場往往距控制室較遠，強、弱模擬信號混雜，必須采取較完全的屏蔽抗干擾措施才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。集中控制對主機及其測控電路要求較高，整個系統(tǒng)的通用性和靈活性較差，成本較高[2]0

    實際上每臺配料秤都可視為一個獨立的生產單元，用單片機就地對其實施測量與控制，若干臺控制器經(jīng)數(shù)字通信接口聯(lián)網(wǎng)組成分布式微機控制系統(tǒng)，可大大簡化線路結構，便于系統(tǒng)制造與安裝維護，能顯著提高系統(tǒng)的性能價格比和組成靈活性[3]0

    在建筑、包裝、醫(yī)藥、玻璃、建材、化工等行業(yè)中，配料是生產過程的重要組成部分，其配料過程是否按照規(guī)定的配比(組成產品的各種原材料重量值之比)進行是衡量企業(yè)產品質量的關鍵，因此在配料生產過程中對組成產品的每一種原材料的重量值進行控制就顯得尤為重要。如果配料的質量達不到要求，輕則造成原料、能源的浪費，重則影響產品的質量和產率，并且有些重要生產崗位的配料失誤甚至會給整個生產釀成事故。以水泥熟料配料來說，水泥是建筑、水利工程中應用最廣泛的材料之一，其經(jīng)濟、技術指標對整個建筑、水利質量和成本有著舉足輕重的關系[[5]。同時水泥又是一種特殊的材料，其質量不合格就不能拿來使用，否則會造成重大的質量和安全事故。在冶金行業(yè)中，配料是其生產過程的重要組成部分，煉鋼生產中所用的保護渣是由石灰石、玻璃粉、石墨、水泥、工業(yè)氯化鈉、蘇打等8種物料按照一定的比例配置的，燒結工藝中的配料自動化是燒結礦生產的關鍵，它決定了燒結礦的鐵分、堿度、氧化美、煤耗等幾大指標。在高爐生產過程中秤重計量的自動控制更是必不可少，它對提高煉鐵生產產量，提高質量,降低焦比等起到了決定性的作用，在轉爐生產自動化重必不可少的是原料配料的自動化，在轉爐煉鋼過程中，按化學反應要求按一定的比例定量加入各類副原料進入爐內，去除有害元素，控制成分。其它如煤炭能源工業(yè)中的連續(xù)物料秤重計量，造紙廠中自動涂料制備車間的配料系統(tǒng)，作為紙張或紙板涂色料成分的配料，在塑料工業(yè)中，PVC絕緣材料的生產需要4種能處理50到70個配方的配料系統(tǒng)，原料通常為PVC粉末、PVC顆粒料和填充粉的組合。在洗滌劑生產中，配置漿料包括對預先計算好的幾種液體和粉末成分進行配料。在玻璃生產中，主要原材料如砂子、碎玻璃、化學制品和有色粉末等的配料等等。因此，配料精度的高低制約著整個生產的產品質量和產量，應對配料過程中的質量和產量控制給予足夠的重視

但是由于這些行業(yè)工作壞境惡劣、灰塵大，電網(wǎng)電壓波動大且組分多，生產線長、控制過程復雜，所以要求配料系統(tǒng)具有控制可靠、配料準確、抗干擾能力強等特點。目前，我國這些行業(yè)設備簡陋，大多采用手動或者半自動控制，普遍存在配料秤重不準、裝料次序混亂、系統(tǒng)可靠性不高等缺陷，這將會影響產品的技術和特性，也遠遠不能滿足生產的要求。伴隨著計算機技術和自動化技術的迅速發(fā)展，人們對生產過程自動化程度的要求也越來越高，目前利用微型計算機組成的自動化配料系統(tǒng)在各行業(yè)的應用也越來越廣泛。這是因為微型機配料控制系統(tǒng)可以按照設定配比和流量控制各輸入物料的瞬時流量，從而達到控制各種產品和產量的目的.

2國內外可編程稱重控制器的發(fā)展概況

使用穩(wěn)定可靠，價格適中，受到國內廣大用戶的歡迎。因此，承德自動化計量儀表廠、香港志美電子有限公司等也推出一批可編程稱重控制器。但從總體上說，由于受國內研發(fā)和制造水平的限制，儀表的技術含量、功能，特別是在稱重精度、網(wǎng)絡通信等方面與國外相比尚由一些差距.

1. 3本課題研究的目的與意義

    開發(fā)一款功能完善的可編程稱重控制器，具有較高的秤量精度和使用可靠性。在可編程方面，用戶可以根據(jù)自己的需要來編制工作流程，可準確方便的實現(xiàn)各種復雜的控制過程;在使用方面，操作界面簡單易懂，可通過鍵盤和LED顯示結合來完成參數(shù)設置、數(shù)據(jù)查看、程序編程和稱重過程控制等各式各樣操作?？刂破鬟€具有繼電器輸出控制和開關量輸入采集功能，完成工業(yè)現(xiàn)場各種要求的控制方式。除此之外，該控制器還配備有一路4--20mA電流輸出，用于重量變送、失重秤的PID控制等。作為一款現(xiàn)代化智能儀表，本控制器還應該具有強大的通訊功能，可根據(jù)具體需要選用RS-232或RS-485標準串行通訊接口與上位機進行通訊，上位機亦可通過此標準接口對控制器進行遠程控制和監(jiān)視。

4本課題的研究工作

    本文闡述了可編程稱重控制器的設計方案，對稱重控制儀表的主要性能指標和各功能模塊進行了詳細的說明。從系統(tǒng)的硬件總體設計到各硬件模塊的器件選擇、電路原理設計、功能分析等全面的介紹了本稱重控制器硬件電路的實現(xiàn)及其特點。在軟件方面，主要介紹了系統(tǒng)固件程序的設計框架和程序的主要組成，對各個主要功能模塊和軟件特殊應用進行了詳細說明。針對本控制器的可編程特點，系統(tǒng)地介紹了可稱重控制器在可編程功能實現(xiàn)中的特殊要求和實現(xiàn)的方法?？偨Y所做的主要工作如下:

    (1)系統(tǒng)總體方案的設計和硬件配置。硬件設計方面包括:

    ①核心MCU選型，最小系統(tǒng)搭建。

    ②A/D轉換芯片的選取和附加電路的設計。

    ③按鍵顯示模塊的芯片選型和電路設計

    ④繼電器輸出和開關量輸入模塊的芯片選型和電路設計

    ⑤D/A變送輸出部分器件的選取和電路的設計

    ⑥串行通訊接口芯片的選型和電路設計(包括RS-2犯和RS-485接口)

    ⑦實時時鐘模塊的芯片選型和電路設計

    ⑧電源模塊的芯片選型和電路設計

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