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配料是陶瓷生產(chǎn)過程中的重要步驟，配料的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。單線單機陶瓷配料控制系統(tǒng)的效率和精度受人為因素影響較大，不利于產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的進一步提高。本文設(shè)計了一種分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為核心，以MCS51單片機為控制器控制現(xiàn)場設(shè)備，采用485標(biāo)準(zhǔn)總線實現(xiàn)工業(yè)計算機與多個現(xiàn)場級單片機控制器之間的通信。監(jiān)控程序采用模塊化設(shè)計，控制管理界面豐富友好，易于操作。整個系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單合理，而且具有較強的控制和管理功能。
1.系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計
整個系統(tǒng)由586工控計算機、12塊MCS51單片機控制板、檢測及電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路、同步信號電路和晶閘管控制電路組成。
陶瓷配料過程中，陶瓷粉末通過進料斗均勻分布在傳送帶上，傳送帶上的物料重量由載荷傳感器測量，傳送帶的速度由測速發(fā)電機檢測。這兩個檢測信號經(jīng)過放大后，輸入到以LM331為核心的電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，成為數(shù)字脈沖信號，增強其抗干擾能力。然后將這些脈沖信號輸入單片機的計數(shù)器進行計數(shù)。
本系統(tǒng)采用89C52單片機，內(nèi)部有三個定時器/計數(shù)器[1，2]，因為控制系統(tǒng)中的單片機需要負(fù)責(zé)重量脈沖信號計數(shù)、速度脈沖信號計數(shù)、計數(shù)采樣時長的定時控制和晶閘管觸發(fā)脈沖的移相角時間控制。如果每個計時器/計數(shù)器獨立使用，則需要四個計時器/計數(shù)器。為了充分利用單片機的硬件資源，并考慮到傳送帶的速度和粉料的重量不是瞬時劇烈的物理量，單片機采用內(nèi)部計數(shù)器T1分時計數(shù)這兩個物理量，即利用單片機的P1.6和P1.5端口發(fā)出門控信號。當(dāng)P1.6=1，P1.5=0時，單片機對速度脈沖信號進行計數(shù)，P1.6=0，P1.5=1。
單片機經(jīng)過計數(shù)和轉(zhuǎn)換計算，得到皮帶上的載荷信號、皮帶的速度信號和實際的進給速度，并與工業(yè)控制計算機上輸入的給定的進給速度進行比較。實際進給速率通過通訊發(fā)送到工控機，通過PID運算得到相應(yīng)的調(diào)節(jié)量，然后將調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)移相角參數(shù)，通訊作為定時器移相觸發(fā)角的時間常數(shù)發(fā)回單片機。同步信號電路主要由LM339和變壓器組成。同步信號連接到單片機的外部中斷接口INT0。通過中斷子程序，采用定時器T2根據(jù)移相觸發(fā)角的時間常數(shù)實時產(chǎn)生可控硅觸發(fā)脈沖，從而調(diào)節(jié)雙向晶閘管電路的輸出電壓，控制轉(zhuǎn)差電機離合器的勵磁線圈電流，實現(xiàn)傳送帶的速度控制和陶瓷原料成分的流量控制。為了提高整個系統(tǒng)的可靠性，方便各種生產(chǎn)線的調(diào)試，每個單片機都配有一個6位LED數(shù)字顯示器和小鍵盤，用于調(diào)試或輸入給定值，顯示工作狀態(tài)，實現(xiàn)工控機故障時的單機運行。
2.系統(tǒng)功能和軟件設(shè)計
陶瓷配料計算機控制系統(tǒng)的主要功能如下:(1)利用單片機監(jiān)控12條生產(chǎn)線中陶瓷粉料的重量、傳送帶的速度信號以及每條生產(chǎn)線中陶瓷粉料的實際輸送流量；(2)工控機根據(jù)實際流量與給定值的偏差，通過PID調(diào)節(jié)晶閘管的移相觸發(fā)角，實現(xiàn)皮帶的速度控制；(3)設(shè)定每條生產(chǎn)線的給定流量值、線號、秤號和粉料類型、轉(zhuǎn)動秤設(shè)置、流量報警錯誤設(shè)置、操作人員和操作密碼設(shè)置；(4)各種運行數(shù)據(jù)的實時顯示、報警和故障診斷提示功能；(5)各種運營數(shù)據(jù)的記錄、歸檔和打印功能。
系統(tǒng)軟件由單片機實時控制軟件和工控機監(jiān)控模塊軟件組成。單片機軟件由主程序模塊、重量和速度測量模塊、單片機運行子程序、可控硅移相觸發(fā)脈沖產(chǎn)生模塊等組成。單片機有聯(lián)機運行模式和單機運行模式兩種運行狀態(tài)，由單片機鍵盤輸入設(shè)置。在線運行模式下，單片機每2秒采集一次速度和重量信號，計算流量信號，與工控機通訊，產(chǎn)生晶閘管移相觸發(fā)脈沖。
根據(jù)系統(tǒng)的要求，用VisualBasic語言編寫了工業(yè)計算機監(jiān)控軟件，該軟件由主程序模塊、通信子程序模塊、PID模塊、數(shù)據(jù)給與記錄模塊和打印模塊組成。
工控計算機的主控界面包括日常監(jiān)控、轉(zhuǎn)秤、啟動轉(zhuǎn)秤、報警文件、數(shù)據(jù)維護、打印報告、系統(tǒng)描述等子菜單。在日常監(jiān)控子菜單中，顯示每條生產(chǎn)線的給定流量、實際流量、流量誤差和設(shè)定報警誤差。當(dāng)系統(tǒng)開始運行時，需要通過啟動選擇菜單選擇生產(chǎn)線的線號、電子秤的秤號和要混合的陶瓷粉的粉號。如果其他生產(chǎn)線在運行過程中需要加入操作，進入旋轉(zhuǎn)秤子菜單，設(shè)置線號、秤號和粉號。因為系統(tǒng)管理的可以混合的生產(chǎn)線、電子秤、陶瓷粉品種多，響應(yīng)數(shù)據(jù)也多。因此，菜單中專門設(shè)置了一個數(shù)據(jù)維護子菜單，主要負(fù)責(zé)維護電子秤、生產(chǎn)線、陶瓷粉的名稱、生產(chǎn)線管理員的姓名和密碼、報警錯誤設(shè)置、停機報警和停機時間、報警記錄維護、調(diào)試記錄維護等。
3總結(jié)
本文介紹的陶瓷配料分布式計算機控制系統(tǒng)具有功能齊全、操作方便、界面豐富友好、擴展性強的特點，能夠滿足一般陶瓷配料生產(chǎn)線的控制要求。

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