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皮帶輸送機(jī)廣泛用于冶金、礦山、碼頭、化工等行業(yè)，對于散裝的固態(tài)原料進(jìn)行自動(dòng)輸送.皮帶配料秤 是一種用于測量和控制皮帶輸送機(jī)速度和物料流量的實(shí)時(shí)控制器，其用途十分廣泛.本文采用單片 機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID控制，達(dá)到對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使皮帶配料秤的性能價(jià)格比全面提高.

1 皮帶配料系統(tǒng)工作及測量原理

皮帶配料秤的結(jié)構(gòu)如圖1所示.皮帶上方有一料斗，皮帶運(yùn)動(dòng)時(shí)，由給料裝置使物料隨皮帶輸送⑥ 岀去；輸送皮帶由滑差電機(jī)m驅(qū)動(dòng)，輸送皮帶上物 S/ H料流量的整定值由操作員鍵盤輸入.系統(tǒng)投入運(yùn)行 后，控制器的8098單片機(jī)定時(shí)采樣皮帶荷重信號(hào)和后，控制器的8098單片機(jī)定時(shí)采樣皮帶荷重信號(hào)和成正比的電信號(hào).輸送皮帶下方裝有荷重傳感器W乙它輸出與皮帶上物料荷重成正比的電壓信號(hào).皮帶 配料秤控制器接到SF和WZ的電信號(hào)，計(jì)算皮帶物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，并顯示結(jié)果，同時(shí)通過PID 控制規(guī)律輸岀控制電流對電機(jī)進(jìn)行控制，使物料流量穩(wěn)定在設(shè)定值上.

1.1瞬時(shí)流量的測量

設(shè)F為單位長度皮帶上的物料的瞬時(shí)荷重，【，為皮帶的瞬時(shí)線速度，則瞬時(shí)流量為F(r) = P【’ (1)

式中P = P(x)為荷重傳感器電壓輸出信號(hào)的函數(shù)，可近似地由3次多項(xiàng)式表示為F(x) = q ??(「) +人疽(1) +c x(r) + d (2)

式中E)為荷重傳感器在時(shí)刻，輸出的電壓信號(hào)；Q,b,c,d按調(diào)試過程中現(xiàn)場測定的數(shù)據(jù)計(jì)算得 岀，則瞬時(shí)流量為

F(r) = [& x，(r) + 8 x2(r) + cx(r) + d] F (3)

1.2累計(jì)流量的測量

由于計(jì)算機(jī)是釆樣控制系統(tǒng)，其釆樣周期&很小，可認(rèn)為攵時(shí)間內(nèi)流量為一常數(shù)尤，則皮帶上通過 的物料流量為 法=£攵，在時(shí)間r內(nèi)累計(jì)流量為w=t w,=£f, &l= I 1

1.3流量控制

在流量測試的基礎(chǔ)上，把流量設(shè)定值和實(shí)測瞬時(shí)流量值進(jìn)行比較計(jì)算出誤差，應(yīng)用PID控制算法公式⑴

T T

Au, = u,-u,_l = /c;,[e,— e, + -y (e, - 2e,_, + <_,)計(jì)算輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后實(shí)施控制.

2皮帶配料秤的硬件構(gòu)成

如圖2所示，荷重信號(hào)經(jīng)放大和濾波輸入到ACH7端，8098的A/D轉(zhuǎn)換器測出荷重信號(hào)的數(shù)字量； 光電轉(zhuǎn)速傳感器經(jīng)整形和光隔后輸入到HSI端，經(jīng)8098HSI部件測試轉(zhuǎn)速脈沖周期，從而求出轉(zhuǎn)速；報(bào)警 信號(hào)由PWM輸出到報(bào)警電路，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警；控制變量由HSO部件輸出，經(jīng)有源濾波.功率放大后去 圖4中用NE555構(gòu)成了一個(gè)施密特觸發(fā)器，它的作用是將邊沿變化緩慢的波形整形，使其邊緣陡峭 變?yōu)榫匦尾?，同時(shí)由于施密特觸發(fā)器具有回差電壓，因而抗干擾能力很強(qiáng).所選傳感器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生300個(gè)脈 沖，其頻率滿足HSI能測量的頻率范圍.所測轉(zhuǎn)速公式為« = 60/3007], T,為HSI測出的脈沖周期，從而實(shí) 現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的測量.

2.3控制變量輸出電路

PID控制變量輸出電路由8098的HSO部件、光電隔離器、二級(jí)低通有源濾波器構(gòu)成.有源濾波是濾除 HSO輸出的占空比可變的PWM信號(hào)高頻分量，保存直流量，從而利用8098的HSO實(shí)現(xiàn)了 D/A轉(zhuǎn)換.

主程序及鍵輸入處理程序主要針對人機(jī)接口而編制.主要任務(wù)是對系統(tǒng)初始化，提供人機(jī)接口 的監(jiān)控.當(dāng)系統(tǒng)在現(xiàn)場調(diào)試中，各個(gè)部件工作都正常,計(jì)算參數(shù)都已確定并固化到EPROM后，即投入使 用.正常情況下，用戶只需輸入流量整定值，就可按下運(yùn)行鍵使系統(tǒng)投入運(yùn)行.運(yùn)行管理程序則實(shí)現(xiàn)了對 速度、荷重信號(hào)的釆樣計(jì)算，并據(jù)算出的流量值與設(shè)定值之間的差進(jìn)行判斷是否報(bào)警，若誤差超過允許值 則報(bào)警，并計(jì)算累計(jì)流量值且顯示，同時(shí)經(jīng)PID計(jì)算岀控制變量輸出到D/A,對電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制•

4 結(jié)論

1）選用8098單片機(jī)構(gòu)成皮帶配料秤的控制器，可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)算速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠 性高，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛.

2）采用較易實(shí)現(xiàn)的PID控制規(guī)律，并充分利用8098豐富的中斷資源，不僅提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，也 保證了精度.

參考文獻(xiàn)：

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（2］ 徐用懋，顏綸亮.微機(jī)在過程控制中的應(yīng)用［M】.清華大學(xué)出版社，1989

（3］ 謝劍英.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社.1988

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