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在煉膠工藝中，炭黑的自動(dòng)稱(chēng)量極大地提高了生產(chǎn)效率，而且使混煉生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化成為可能。本文介紹的智能型炭黑稱(chēng)重儀應(yīng)用單片機(jī)，操作靈活，精度高,具有良好的抗干擾性能。
1工作原理
采用電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。根據(jù)電阻應(yīng)變計(jì)原理，將4個(gè)應(yīng)變片分別貼在梁上，組成全橋平衡電路。當(dāng)炭黑稱(chēng)量斗作用于彈性梁時(shí)，使梁變形并引起應(yīng)變片電阻變化。電橋失去平衡，產(chǎn)生與載荷成正比的不平衡輸岀電壓。對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行放大和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機(jī)中。單片機(jī)根據(jù)鍵盤(pán)輸入的工作方式信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。當(dāng)選擇單自動(dòng)時(shí),單片機(jī)控制計(jì)量過(guò)程，顯示稱(chēng)量結(jié)果和處理報(bào)警;當(dāng)選擇全自動(dòng)時(shí)，單片機(jī)顯示稱(chēng)量結(jié)果并將其以BCD碼形式傳到上位機(jī)，由上位機(jī)根據(jù)生產(chǎn)配方控制稱(chēng)量過(guò)程并處理報(bào)警。
2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
圖1示出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。它主要由兩部分組成。一部分是模擬輸入通道,包括傳感器、量程放大器和A/D轉(zhuǎn)換器等；另一部分是主控板，完成控制、存儲(chǔ)、處理、計(jì)算、通訊、顯示及系統(tǒng)故障診斷等功能。系統(tǒng)采用8031單片機(jī)作主控元件,通過(guò)接口芯片8255完成與模擬輸入通道的接口。
3系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)的軟件流程如圖2所示。

當(dāng)選擇單自動(dòng)工作方式時(shí)，通過(guò)功能鍵和數(shù)字鍵設(shè)定皮重、快稱(chēng)值和稱(chēng)量值。然后按下啟動(dòng)稱(chēng)量鍵即可開(kāi)始計(jì)量。計(jì)量結(jié)束后，按下炭黑排放鍵，則稱(chēng)量后的炭黑就通過(guò)稱(chēng)量料斗出口導(dǎo)管卸入密煉機(jī)中，系統(tǒng)進(jìn)入稱(chēng)量準(zhǔn)備狀態(tài)，等待下一次稱(chēng)量。當(dāng)岀現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，先處理好故障,再按下復(fù)位鍵，即可解除報(bào)警狀態(tài)。
當(dāng)選擇全自動(dòng)工作方式時(shí),按下通訊鍵,則整個(gè)計(jì)量操作過(guò)程由上位機(jī)依據(jù)生產(chǎn)配方自動(dòng)執(zhí)行。上位機(jī)控制電磁閥和電動(dòng)閥等，執(zhí)行計(jì)量并處理報(bào)警。
為了高速、精確地計(jì)量，系統(tǒng)設(shè)有快、慢稱(chēng)量控制功能。此外，控制軟件還具有自動(dòng)除皮重和零位補(bǔ)償功能。
4模擬輸入通道
模擬輸入通道電路如圖3所示。該電路分辨率高，穩(wěn)定性好,零點(diǎn)漂移小。在采取下面所述措施后，較好地解決了干擾與稱(chēng)重精度間的矛盾。

41電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器
選用量程為10kg的傳感器，通過(guò)“杠桿”可測(cè)量炭黑重量范圍為0—100kgo供橋電壓5V,輸出電壓0—5mVo如圖3所示，電橋中設(shè)置了補(bǔ)償電路g為零點(diǎn)平衡電阻,R為零點(diǎn)溫度補(bǔ)償電阻，Re為靈敏度補(bǔ)償電阻。
供橋直流穩(wěn)壓源的電壓波動(dòng)將直接影響傳感器輸岀電壓。因此,供電源采用了W723集成穩(wěn)壓器，同時(shí)由其分壓對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器提供2V的基準(zhǔn)源。當(dāng)供橋電壓波動(dòng)引起A/D轉(zhuǎn)換輸入變化時(shí)，基準(zhǔn)源電壓值也隨之按同樣比例改變,這樣就確保了A/D轉(zhuǎn)換器輸出的穩(wěn)定性。
4.2量程放大器
放大器應(yīng)具有穩(wěn)定的高放大倍數(shù)，能夠解決好高放大倍數(shù)與零點(diǎn)漂移的矛盾，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
為了減小空間電磁波對(duì)傳感器輸岀的微弱信號(hào)的干擾和傳感器與放大器之間存在電位差而引起的共模干擾的影響，首先應(yīng)將信號(hào)接到具有差動(dòng)輸入的放大器中，然后用屏蔽導(dǎo)線(xiàn)傳送信號(hào)。這樣不僅避免外界電磁波的感應(yīng)，而且使每根導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容效應(yīng)對(duì)稱(chēng)，可較好地抵消共模干擾。
放大電路前級(jí)由斬波穩(wěn)零運(yùn)放ICL7650接成差動(dòng)電路。這樣，電路的漂移和共模干擾問(wèn)題可由放大器本身的穩(wěn)零特性、低漂移及高共模抑制比得以解決。后級(jí)由運(yùn)放741接成反相放大電路。
放大倍數(shù)Av=[(&+R+R*0.5Rw)/R]Rs/R,改變Rw可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。目前一、二級(jí)分別取200,1-6倍,總放大倍數(shù)為330倍。
放大器的外接輸入和反饋電路均配以低溫度系數(shù)高精度電阻。輸岀端的低通濾波器辨率為1/19999。
4-4光電傳輸
為了提高過(guò)程通道的信噪比，有效抑制尖脈沖和各種噪聲的干擾,A/D轉(zhuǎn)換器輸岀的信號(hào)須經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離后再進(jìn)入計(jì)算機(jī)。由于A/D轉(zhuǎn)換器分時(shí)控制輸出，對(duì)光電耦合器的響應(yīng)速度要求較高。發(fā)光二級(jí)管的工作電流太小會(huì)影響傳輸靈敏度，太大會(huì)增加光敏三級(jí)管的退飽和時(shí)間。對(duì)于4N25型光電耦合器，電流值一般宜控制在10mA左右。
5結(jié)語(yǔ)
本裝置應(yīng)用于我廠煉膠分廠，經(jīng)運(yùn)行、測(cè)定,證明具有良好的抗干擾性能。計(jì)量100kg炭黑的誤差小于200g。它不僅解決了炭黑高精度計(jì)量問(wèn)題，而且提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

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