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1、應用背景
在企業(yè)生產(chǎn)工藝過程中，需要將各種原料按照一定的比例配成混合物料，配比的準確性以及配料自控系統(tǒng)的可靠性都將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟效益。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多情況下是通過現(xiàn)場操作人員按照配比，人工調(diào)節(jié)給料機的給料量。其缺點是給料量的大小完全靠操作人員的經(jīng)驗或"人工跑盤"的結(jié)果來決定，配比精度較差，操作人員勞動強度大，自動化水平極低。因此實現(xiàn)高精度自動配料對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。

配料系統(tǒng)的主要功能決定系統(tǒng)開發(fā)需要解決的主要問題包括：
·實時采集各秤體的重量和速度信號
·經(jīng)過高速運算，得到物料的實時流量和累計量
·根據(jù)實時流量信號和生產(chǎn)配方通過PID運算輸出調(diào)節(jié)信號
·動態(tài)檢測和處理配料過程中可能出現(xiàn)的各種信號和故障
·稱重模塊與上位機通訊
·上位機集中監(jiān)控管理 　　

2、解決方案
為研究價格低廉、自動化程度高、適合國情特別是適合老企業(yè)改造的計算機配料技術(shù)，經(jīng)過多年的探索和努力，終于研制出可以適用于各行業(yè)、符合各種精度要求和各種現(xiàn)場環(huán)境的計算機自動配料技術(shù)及方法。
系統(tǒng)由IPC-610作為主機，通過ADAM4000系列亞當模塊采集現(xiàn)場的重量和速度信號，通過P4CPU快速計算處理后，得到各種物料的累計量和流量值。而PCL-733、PCL-734和PCLD-880板卡的配合可以起?，F(xiàn)場的設(shè)備，并對各設(shè)備的運行狀況進行監(jiān)測。經(jīng)過對流量設(shè)定值和流量實際值得比較和PID運算，由模塊輸出DC4～20mA控制現(xiàn)場給料幅度，完成控制流程。系統(tǒng)屬于集中式配料。其特點是各種性能可以和國內(nèi)外最昂貴的成套設(shè)備相比，造價又是其幾分之一，達到最優(yōu)秀的投資效益比，設(shè)計方案組合靈活、操作簡便、運行維護量低、自動化程度高，可以使系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行。
系統(tǒng)組成：
 

·工控機IPC-610P4/256M/64M/60G/52X/網(wǎng)卡/USB
·重量采集ADAM-4016模擬量采集模塊
·速度采集ADAM-4080D脈沖計數(shù)模塊
·電流控制ADAM-4021數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊
·開關(guān)量控制PCLD-880、PCL-733、PCL-734
·數(shù)據(jù)采集卡PCL-745B
·電器控制部分
·機械測量部分（測速、測重）
·監(jiān)控軟件

3、工作原理
配料自控系統(tǒng)通過計算機集中監(jiān)測、控制管理配料設(shè)備，完成物料計量、物料配比、故障報警和數(shù)據(jù)輸出等功能。系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機IPC610及ADAM4000系列數(shù)據(jù)采集控制模塊，由雙絞線連接的RS-485通訊，它既能完成傳統(tǒng)配料的全部功能，又能大幅度降低設(shè)備成本，使配料控制系統(tǒng)在較大范圍內(nèi)很容易實現(xiàn)自動，半自動，手動三種模式的調(diào)節(jié)，是微機控制配料系統(tǒng)的發(fā)展方向。
稱重傳感器與速度傳感器將變化的重力信號與速度信號經(jīng)過ADAM重量、速度檢測模塊，經(jīng)RS-485傳送至用戶的計算機管理系統(tǒng)（上位機）。上位機將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)加以處理及計算，求出瞬時流量與累積重量，并與設(shè)定的流量值比較，通過PID計算，計算出調(diào)節(jié)量后將數(shù)據(jù)傳送至ADAM電流控制模塊，轉(zhuǎn)換為模擬電流（DC4-20mA）控制變頻器，從而改變電機的運行速度達到調(diào)節(jié)流量的目的。通過上位機對現(xiàn)場的實時監(jiān)控，從而形成了一套有效的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
 

4、實現(xiàn)原理和動態(tài)數(shù)學模型
（1）計量原理
在皮帶秤類動態(tài)計量過程中，最基本的原理是根據(jù)稱重傳感器的載荷值計算出"單位長度"上的物料平均重量，再測出"單位時間"內(nèi)皮帶所經(jīng)過的長度，就可以計算出"單位時間"內(nèi)通過的物料重量，如果我們將"單位時間"細分到很短的時間段（如100毫秒），那么各段的總累加值就可以近似于真實的累計值。
分解動態(tài)計量模型，定義如下參數(shù);
計量皮帶整圈長度LP(m),可以通過卷尺實測得到。
最大速度下，皮帶運行一圈累計脈沖數(shù)PR;
確定調(diào)整A/D零點值和修正系數(shù)計算所需皮帶運行圈數(shù)；
在規(guī)定運行圈數(shù)內(nèi)，測算出A/D零點值WZ
通過掛碼或?qū)嵨镄ｒ灥确绞接嬎愠龇Q量的修正系數(shù)K
每100毫秒檢測一次A/D數(shù)值WG
則，每個周期（100毫秒）的累計量=（WG-WZ）*100毫秒的脈沖數(shù)*K
總累計量，將每個100毫秒累計量進行累加即可得到總累計量。
如果將累計量除以單位時間，并進行相應的單位轉(zhuǎn)換就可以將單位轉(zhuǎn)換為噸/小時、公斤/米等所需要監(jiān)測的信息。

（2）控制原理
系統(tǒng)的調(diào)節(jié)采用工業(yè)控制中非常穩(wěn)定可靠PID調(diào)節(jié)控制方式，無振蕩，無超調(diào)。并可以實現(xiàn)手動自動狀態(tài)的無擾動切換。
PID調(diào)節(jié)輸出，目的保證偏差為零，并使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是設(shè)定值（SP）和實測值（PV）的差。PID控制的基本原理是基于下面的算式：
輸出M(t)是比例項、積分項和微分項的函數(shù)。
t
M(t)＝KC*e+KC∫edt+Minit+KC*de/dt
0
輸出＝比例項＋積分項＋微分項
其中：
M(t)PID回路的輸出，是時間的函數(shù)
KCPID回路的增益
EPID回路的偏差（給定值與實際值之差）
MinitPID回路輸出的初始值
在許多控制系統(tǒng)中只需要一種或兩種控制類型。
在實際應用中，系統(tǒng)僅選用比例項和積分項兩種調(diào)節(jié)方式。
從實際應用效果看，控制穩(wěn)定，效果非常理想。

（3）軟件的編制
如果說通過硬件部分的搭建，稱為系統(tǒng)的骨架，那么軟件部分就是系統(tǒng)的靈魂。自動配料控制系統(tǒng)軟件是根據(jù)配料行業(yè)的特殊需求，結(jié)合ADAM4000系列模塊自身特點并進行相應的算法改進和優(yōu)化，通過VisualBasic6.0語言編制。VisualBasic6.0是面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言，具有高效、簡單易學、功能強大等優(yōu)點。它既可以通過DLL來實現(xiàn)I/0端口的輸入輸出，也可以通過API函數(shù)或Mscomm控件實現(xiàn)串口通訊，還能夠充分發(fā)揮VB數(shù)據(jù)庫功能強大以及生成用戶界面快的優(yōu)點。由于模塊配有DOS、Windows多種操作系統(tǒng)下的驅(qū)動程序，并可以在VisualBasic、BorlandC++、VisualC++和Delphi等多種開發(fā)環(huán)境下使用。通過類和各種控件的有效利用，不但加快了數(shù)據(jù)的實時處理速度并提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
軟件部分通過RS485總線實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并處理，并提供皮帶秤零點自動調(diào)整、自動校秤、歷史曲線監(jiān)控、高低限報警、現(xiàn)場設(shè)備故障報警、設(shè)備連鎖起停和計控數(shù)據(jù)的日常存儲、查詢、打印等工作。根據(jù)用戶的要求，提供遠程計算機聯(lián)網(wǎng)，進行數(shù)據(jù)的遠程查詢、實時顯示等。

5 系統(tǒng)特點
（1）根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場條件，系統(tǒng)可以同時控制獨立幾條干料線和幾條與干料線相關(guān)的液體配料線，每條配料線上可根據(jù)用戶要求設(shè)置稱重點和測速點。
（2）配料控制系統(tǒng)除傳感器外，全部安置在遠離現(xiàn)場的中央控制室內(nèi)進行集中操作控制，實現(xiàn)遠程控制。
（3）配料精確度高：在國產(chǎn)件的條件下，單機精度優(yōu)于0.1％；系統(tǒng)配料精度優(yōu)于0.5％。
（4）自動化程度高：自動調(diào)零、自動校秤，打印當班記錄、配料報表，自動聲光報警。中央控制運行程序自動起動停止設(shè)備，故障點監(jiān)控輸出，屏幕動畫顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)。
（5）操作簡單：系統(tǒng)提供全自動、半自動、手動三種操作方式。全自動方式下，不需要人為干預，微機自動完成全部配料過程，并實時打印。半自動方式下，允許在工控計算機上進行手動操作操作。配料命令發(fā)出后，系統(tǒng)可以自動完成一個稱重點的全部稱重過程。手動方式則通過現(xiàn)場調(diào)速旋鈕控制設(shè)備的運行。
（6）運行可靠：已有多套系統(tǒng)在冶金、電力、食品行業(yè)得到運用，除自然停產(chǎn)檢修外，其余時間晝夜不停連續(xù)運轉(zhuǎn)，未曾發(fā)生過實質(zhì)性故障。
（7）維護方便：系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間采用模塊結(jié)構(gòu)，接觸件連接、檢修。維護都行方便。通過公司提供的檢測軟件可以很方便的對設(shè)備進行維護檢測。
 

結(jié)束語
基于ADAM－4000系列配料稱重模塊的微機集中配料監(jiān)控系統(tǒng)以投資低、結(jié)構(gòu)合理、配置靈活、開發(fā)方便、運行可靠，保證配料自控系統(tǒng)安全有效運行，贏得用戶的廣泛贊譽。

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