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1定量給料電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)和工作原理
定量給料電子皮帶秤是一種自動(dòng)測(cè)量和控制傳遞的物料流量的稱量裝置,廣泛應(yīng)用于顆粒或粉狀的物料配料系統(tǒng)中。電子皮帶秤由秤體、重量傳感器及稱重控制系統(tǒng)組成。秤體部分由傳送帶、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支架組成。稱重控制系統(tǒng)由滑差電機(jī)和稱量控制器組成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。
重量傳感器將檢測(cè)到的物料毛重信號(hào)g1送入控制器,經(jīng)去皮后物料凈重為g?；铍姍C(jī)中附有測(cè)速電機(jī),測(cè)出的轉(zhuǎn)速信號(hào)V送入控制器?？刂破鞲鶕?jù)公式Q=Kgv計(jì)算瞬時(shí)物料流量Q(公

圖1電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)

式中的K為比例常數(shù)),如果電子皮帶秤給定的物料流量為Q給,則根據(jù)偏差值e=Q給-Q和偏差變化率ev=∃e∃t,按設(shè)定的控制算法給出控制量u,調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使Q=T1Q給,與此同時(shí),控制儀按公式G=∫0Qdt計(jì)算傳送的物料量,這就是定量給料電子皮帶秤的工作原理。
2控制算法的確定和FUZZY—PID控制算法
調(diào)速定量給料電子皮帶秤用于配料系統(tǒng)中,對(duì)給料流量的控制有很高的精度要求。我們研制單片機(jī)控制的定量給料電子皮帶秤的初期,采用的是PID控制算法,掛碼檢定時(shí)還能達(dá)到要求的控制精度,實(shí)物檢定時(shí),特別是物料顆粒大小不一時(shí),控制精度達(dá)不到要求。這是由于料斗下到傳送帶上的物料重量是隨機(jī)變化的,控制系統(tǒng)的特性是時(shí)變的,其數(shù)學(xué)模型很難確定。因此采用了FUZZY—PID控制算法,下面就對(duì)該控制算法進(jìn)行介紹。
211數(shù)字PID控制算法
數(shù)字PID控制算法有位置式算法和增量式算法兩種。我們根據(jù)控制對(duì)象的情況選用的是位置式算法。PID的控制原理框圖如圖2所示。

PID位置式算法的算式為

圖2PID控制原理框圖

u=u

+K{e-e    +Te+TΑ[e-    2e

+e    ]}

i    i-1

p    i    i-1        i    iI

i-1

i-2

式中    Kp——比例系數(shù)    TI——積分時(shí)間
TΑ——微分時(shí)間    T——采樣周期合理選擇Kp、TI、TΑ、T是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳控制的保證。
212模糊控制器(FC)
模糊控制器由三部分組成。模糊化、模糊推理決策、逆模糊化。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3模糊控制器的結(jié)構(gòu)框圖
計(jì)算機(jī)計(jì)算對(duì)象的輸出值Q和給定值Q給的偏差值e及偏差值的導(dǎo)數(shù)eα后,經(jīng)量化因子K1和K2離散化,分為7個(gè)模糊子集,即
E{NL,NM,NS,0,PS,PM,PL}
Eα{NL,NM,NS,0,PS,PM,PL}
將它們的量化論域分別定為:
E{-    5,    -    4,-    3,-    2,    -    1,0,+    1,    +    2,    +    3,+    4,+    5}
Eα{-    5,    -    4,-    3,-    2,    -    1,0,+    1,    +    2,    +    3,+    4,+    5}
U{-    5,    -    4,-    3,-    2,    -    1,0,+    1,    +    2,    +    3,+    4,+    5}
如果確定e的最大變化范圍為[A,B],eα的最大變化范圍為[C,D],那么

K1=

+5-    (-5)
B-A

10
B-A

K2=+5-    (-5)
D-C

=    10
D-C

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)此雙輸入(E和Eα)單輸出(U)的模糊控制器,構(gòu)造形如IFE=NL
ANDEα=NL,THENU=PL的控制規(guī)則表,結(jié)合量化論域的分級(jí)及對(duì)模糊子集的隸屬度,
得到模糊控制表,存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。表1是我們?cè)陔娮悠С幽：刂破髦杏玫哪：刂票怼?/span>

模糊推理決策的過(guò)程就是查表輸出的過(guò)程,從而得到輸出量U,U經(jīng)比例因子K3逆模糊化,將模糊輸出量U轉(zhuǎn)化為精確量u,施于被控制對(duì)象。
213FUZZY—PID控制算法
對(duì)于時(shí)變數(shù)學(xué)模型難以確定的控制對(duì)象,FUZZY控制算法有較強(qiáng)的適應(yīng)性,但模糊控制不具備積分作用,不能消除穩(wěn)態(tài)誤差,對(duì)穩(wěn)態(tài)精度的控制不能令人滿意,在給定值附近,模糊控制反而容易引起振蕩。由于PID控制中有積分作用,能消除穩(wěn)態(tài)誤差,因此將模糊控制和PID控制相結(jié)合,發(fā)揮這兩種控制各自的長(zhǎng)處,形成了FUZZY—PID控制算法,即大偏差時(shí)采用模糊控制,小偏差時(shí)采用PID控制。圖4是其結(jié)構(gòu)框圖。

圖4FUZZY—PID控制框圖
程序判斷偏差e的大小進(jìn)行控制模式的切換,E0的數(shù)值根據(jù)控制要求通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。

3    控制器的硬件電路
控制器的硬件電路結(jié)構(gòu)如圖5所示?？刂破饕?031單片機(jī)為核心,還包括有下列電路:
311重量信號(hào)輸入通道
重量傳感器把重量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),經(jīng)放大器放大后,再進(jìn)行VF轉(zhuǎn)換,送入
8031的T0口進(jìn)行計(jì)數(shù)。
312傳送帶速度信號(hào)輸入通道

圖5控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖

傳送帶是由滑差電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的,滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速反映了傳送帶的速度?；铍姍C(jī)附有的測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生頻率與轉(zhuǎn)速成正比的正弦電壓信號(hào),經(jīng)整形后送8031的T1口計(jì)數(shù)。
313鍵盤(pán)和顯示器的接口
由8279構(gòu)成16鍵鍵盤(pán)和10個(gè)數(shù)碼管顯示器的接口。6個(gè)數(shù)碼管顯示下料量G,另4個(gè)數(shù)碼管顯示物料流量Q或給定物料流量Q給等參數(shù)。
314定時(shí)電路
定時(shí)電路產(chǎn)生半秒鐘定時(shí)中斷信號(hào),以便把1秒鐘分成兩半,前半秒為對(duì)重量信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)間,后半秒為計(jì)算物料流量Q、累計(jì)下料量G和送控制量u的時(shí)間。半秒的定時(shí)信號(hào)由8253的O通道和1通道對(duì)8031的ALE分頻獲得,該信號(hào)送8031的INT0端實(shí)現(xiàn)定時(shí)中斷。
315滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制電路
滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速由線圈的勵(lì)磁電壓決定,該電壓由晶闡管對(duì)電網(wǎng)中的一相電壓進(jìn)行半波整流獲得,控制電路由8253的2通道構(gòu)成數(shù)字觸發(fā)器。改變8253的2通道的時(shí)間常數(shù)字就改變了輸出觸發(fā)脈沖跟同步信號(hào)上升沿的時(shí)間間隔,即改變了晶闡管的導(dǎo)通角。從而使晶闡管輸出的直流電壓改變。
316帶掉電保護(hù)的數(shù)據(jù)RAM6116
該RAM用來(lái)存儲(chǔ)FUZZY—PID控制器的參數(shù)Kp、TI、TD、K1、K2、K3、模糊控制表、給定流量Q給、皮重g皮、流量計(jì)算比例常數(shù)K,以及計(jì)算所得的數(shù)據(jù)G、Q、e、i等。
317看門(mén)狗電路
用來(lái)抗電磁干擾,防止程序“跑飛”。

ei-1、ei-2、ui、ui-1

4控制器的軟件設(shè)計(jì)
控制器的軟件由主程序,鍵中斷服務(wù)程序和定時(shí)中斷服務(wù)程序組成。

主程序完成初始化和按顯示標(biāo)志顯示相應(yīng)參數(shù)的功能,其程序框圖如圖6所示。

圖6主程序框圖
鍵中斷服務(wù)程序完成各種參數(shù)的設(shè)置,測(cè)皮重及測(cè)量控制物料流量的操作轉(zhuǎn)換等功能。其程序框圖從略。
定時(shí)中斷服務(wù)程序完成重量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集,傳送帶速度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集,瞬時(shí)物料流量Q的計(jì)算,下料量G的積算,控制量的計(jì)算和輸出,皮重的測(cè)量和計(jì)算。其程序框圖如圖7所示。
5結(jié)束語(yǔ)
采用FUZZY—PID控制算法的定量給料電子皮帶秤控制器,經(jīng)實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)檢定,完全達(dá)到控制精度的要求。配備該控制器的定量給料電子皮帶秤已于1994年在滁州通用電子機(jī)械設(shè)備廠投產(chǎn),并已在一些中、小型水泥廠的生料配料系統(tǒng)和熟料配料系統(tǒng)中推廣使用。由于能保證配料按要求的配比投料,提高了水泥產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,獲得用戶的好評(píng)。

圖7定時(shí)中斷服務(wù)程序框圖
 

 

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