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配料工序是水泥、化工、食品、建材等工農業(yè)生產中的一個重要環(huán)節(jié),也是水泥、 化工、 食品、建材等生產的源頭工序。例如水泥生產需要由各種原料按一定的比例進行混合；飼料的生產需根據各種牲畜的生長規(guī)律,在不同的生長期需要成份含量不同的飼料；各種化工產品、建筑材料、農藥的生產也是一樣。配料質量控制的優(yōu)劣直接關系著下游生產能否順利進行。如果配制料液的質量達不到要求,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[3]。因此，配料精度的高低和配料速度的大小制約著整個生產的產品質量和產量，應對配料過程的質量和產量控制給予高度重視。

微機配料控制系統(tǒng)是配料工藝過程控制和質量控制的關鍵環(huán)節(jié)之一。微機配料控制系統(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的質量和產量的目的；同時它也是實現生產過程自動化和智能化、企業(yè)的科學管理、安全穩(wěn)定生產和節(jié)能降耗的重要技術手段。微機配料控制系統(tǒng)在生產中的應用不僅可以提高配料質量和產量,也大大減輕了崗位工人的勞動強度,提高了生產效率。因此，優(yōu)化設計研制技術先進、設備成熟、經濟實用的微機配料控制系統(tǒng)至關重要。

然而目前現存的微機配料系統(tǒng)總存在一定的不足，有的成本高，不易推廣；有的精度與可靠性差，無法在環(huán)境惡劣、現場干擾大的場合滿足高精度的配料要求。并且大多數使用的是通用計算機系統(tǒng)，因而成本高、靠干擾能力差。本文提出的基于單片機微控制器的多通道微機配料系統(tǒng)采用高可靠性的專用處理器芯片8031 構成中央控制單元，是一種高精度、智能化的新型斗式配料設備，它能夠精確控制 8 個通道的物料的配料量，還可以實現全自動配料與各通道的自動校稱，無需人為干預，可以極大地提高產品的產量與質量，減輕工人的勞動強度。而且，系統(tǒng)采用高分辨率彩顯技術設計人機對話界面，并能驅動通用打印機打印報表，針對各種故障信息，系統(tǒng)能夠提供異常報警，減小事故的發(fā)生。因此，系統(tǒng)具有極高的推廣價值。

1 微機配料系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)微處理器控制單元采用間歇式的靜態(tài)稱重原理，即每一循環(huán)周期完成下料、稱重、放料、混合配料、再下料的過程。由于這種計量采用斷續(xù)進料、 斷續(xù)出料的間歇式靜態(tài)稱量的工作方式，在一定程度上克服了給料沖擊、皮重不均、零點漂移的影響。

在整套系統(tǒng)運行初期，首先進行校秤。校秤在配料系統(tǒng)中具有重要的作用。校秤直接影響到配料的精度。其次設定參數。根據工藝不同，參數的設定有所不同，但主要是臺時產量和配比關系的設定。當參數設定好后，啟動系統(tǒng)。

系統(tǒng)運行時，對每個料斗秤進行動態(tài)檢測，初步判斷給料是否達到配料設定值。如果動態(tài)檢測到達到設定值，則停止給料。停機后緩沖一定時間才開始稱量。對于由于動態(tài)檢測所帶來的給料誤差以及其它原因引起的單次配料誤差，通過下一次配料的補充或一定的算法來實現這種誤差的降低。

2 系統(tǒng)組成結構

整個系統(tǒng)可以分為四個組成部分，即檢測部分、數據處理部分、人機接口部分以及控制部分。檢測部分主要是將從稱重傳感器出來的很低的信號通過前置放大器進行放大，然后通過濾波電路取出干擾，接著通過模數轉換器將模擬信號轉化為數字信號傳給單片機。人機接口部分主要處理與人的交互，一是通過顯示器等顯示設備將系統(tǒng)運行的狀態(tài)顯示給用戶，二是通過鍵盤等輸入設備將系統(tǒng)運行的參數輸入到計算機。控制部分主要通過驅動器控制執(zhí)行器件，其中電機用以控制放料時開關門動作，而電振機控制下料的動作。數據處理部分是系統(tǒng)的核心，主要是負責協調其余三部分的工作，并完成數據處理任務，并如將傳感器傳過來的信號轉化為相應的重量信息并通過人機接口部分顯示出來，根據當前下料或放料的狀態(tài)控制電機和電振機的啟停等。

3 系統(tǒng)硬件設計的關鍵技術

（1）8031 微處理器的采用。由于微機配料系統(tǒng)的運行環(huán)境比較惡劣， 灰塵和干擾都很嚴重，若采用通用計算機則無法滿足可靠性的要求，而且價格比較高。而單片機具有體積小、重量輕、功能強、價格低等優(yōu)勢，而且抗干擾能力強，可靠性高， 因此本系統(tǒng)采用了 8031 單片機作為系統(tǒng)的微處理器。

（2）高性能 A/D 轉換器的選用。在 A/D 轉換器的選用上，我們采用了 MAX180，它是一個完整的 12 位數據采集系統(tǒng)，由 8 路多路開關、大帶寬采樣保持電路、低漂移的穩(wěn)壓基準和多適應性的微處理接口組成。具有高轉換率和低功耗的特點，適用于高速伺服回路、數字信號處理、高精度過程控制、自動測試系統(tǒng)等。根據以上特點，結合系統(tǒng)實際需要，本系統(tǒng)選擇了 MAX180。

（3）前向通道處理技術。系統(tǒng)的前向通道主要由傳感器、數據放大器、濾波網絡及模數轉換器構成，該部分主要完成數據的采集，預處理和轉換。

為保證配料精度，特采用 0.02%的高精度電阻應變式壓力傳感器。物料重量的變化會引起電橋兩端電壓的變化，由傳感器完成重量到電壓的轉換，從而拾取物料的重量。傳感器將重量信號轉換為電信號后，由數據放大器將轉換所得的弱電信號進行前置放大，提高信號的共模抑制比，以便提高有效電信號在傳輸過程中的抗干擾能力，否則，由于傳輸過程中信號的衰減，就會造成有效信號的畸變、失真，使有效信號被噪聲掩蓋，以至于不能識別。然后由濾波網絡將傳過來的電壓信號進行放大濾波，濾除空間雜散電容和電磁輻射等高頻干擾，提高信噪比，并且將電信號轉換成 A/D （模/數） 轉換器 MAX180 所要求的大信號模擬電壓。 本系統(tǒng)中MAX180 工作在單極性、單端工作方式，則就通道 0 而言其控制字為E0H。MAX180 CS 端接于 8031 的 P 2.7 端，故其地址是 7FFFH，MAX180與 8031 的連接。

最后， 將經過放大、 濾波處理的電信號經 A/D轉換器轉換后送入計算機處理。

（4）后向通道控制技術。本系統(tǒng)的控制對象包括有 8 個電振機和 8 個料斗門。采用可控硅控制電振機的起停，根據可控硅移相調壓原理，來調整電振機的下料速度，從而保證配料的準確性。料斗門的開關是由微處理器控制相應的固態(tài)繼電器來實現的，固態(tài)繼電器具有帶負載能力強，隔離可靠等特點，保證了料斗開關門的可靠性。

4 系統(tǒng)軟件設計的關鍵技術

（1）非線性修正技術

非線性修正技術是智能儀器儀表中一種常用的技術，由于模擬信號在傳輸和放大過程中通常會產生一定的非線性失真，因此需要對采樣值進行非線性修正處理[33] 。通常是將實際測量值與一組經驗值相比較，并根據其對應關系，對測量值進行修正。

考慮到在傳感信號、放大電路、A/D 轉換和傳輸過程中客觀的一些非線性因素存在，在配料系統(tǒng)中，利用單片微機軟件對采樣數據進行快速非線性修正,從而在精度上進一步保證了測量值在整個測量信號范圍之內具有良好的線性。

下面介紹本系統(tǒng)使用的線性插值法的實現。表示測得的重量值與測得 的電壓值之間的關系，圖中的曲線就是實際的輸出結果。

使用線性插值時把 0 到滿量程 Wmax分成 n段,以各段直線 AB、BC、CD 來代替對應的曲線。當測得的電壓 U 滿足 U _2  3 時， 插值法計算重

量時 W=W ₂ +K(U － U ₂ ) ，其中 k=(W ₃ －W ₂ )/( U₃－U ₂ )同理可以計算其它區(qū)段的重量值。為減小誤差的產生，在插值法進行修正時,對曲線中曲率大的部分,插值的距離要?。环粗?，對曲線中曲率小的部分，插值的距離可以大一點。

（2）軟件去皮及誤差補償技術

皮重即配料計量秤在配料開始前已具有的重量。由于物料具有一定的粘性或秤斗出現一些死角，秤斗會存在一些黏附物質。配料系統(tǒng)中對皮重允許有一定范圍，若超過范圍則認為皮重超重錯誤，須人工或自動進行去皮重操作?？紤]到自動配料過程中皮重不可避免，因此在每一次配料開始時均須測量皮重,再根據皮重值修正配料要求的最終值，最終測得稱量時再將其去除。

（3）模塊化設計技術

系統(tǒng)軟件設計采用了模塊化的設計方法，將各個功能編制成功能子程序，以便系統(tǒng)測試和功能的擴充。在程序中有數據處理、自動校稱、鍵盤響應、CRT 顯示、報表打印等多個子程序。系統(tǒng)編程語言采用匯編語言 MCS-51，下面以MAX180 的數據采集為例說明系統(tǒng)的軟件設計方法。
 

5 結論

本系統(tǒng)采用 8031 單片機作為中央處理器， 利用 8255 擴展，外接了鍵盤、顯示器、通用打印機等外設。同時采用了前向通道處理、后向通道處理等硬件設計措施及非線性修正、軟件去皮、誤差補償等軟件設計措施，從而保證了系統(tǒng)的可靠性高、控制精確，且具有人機界面友好，操作簡便等特點。經過在重慶市榮昌長橋水泥廠、宜賓高縣水泥廠的使用，取得了滿意的控制效果，因此具有較高推廣價值，可廣泛應用于建材、 火電、礦山等行業(yè)的配料中。

 

 

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