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0概述
帶式輸送機(jī)被廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè), 對于散裝的固態(tài)原料(礦石 、水泥 、煤粉)進(jìn)行自動(dòng)輸送, 特別適合于高溫 、高空和有害環(huán)境下作業(yè)。例如, 水泥廠粉磨車間的熟料配料系統(tǒng)就是依靠調(diào)節(jié)帶式輸送機(jī)的速度來控制水泥磨的進(jìn) 料量, 完成對各種熟料的配比。輸送帶配料秤是一種用于測量和控制帶式輸送機(jī)的速度和物料流量的 實(shí)時(shí)控制器。
1系統(tǒng)硬件組成

為了達(dá)到控制目的, 控制系統(tǒng)中應(yīng)包括以下主要設(shè)備:
(1)荷重傳感器W
用于測量輸送帶上的瞬時(shí)重量。本系統(tǒng)選用應(yīng)變式荷重傳感器, 其原理是用應(yīng)變片直接測量彈性元件的應(yīng)變, 實(shí)現(xiàn)間接測量壓力。這種方法彈性元件變形極小, 可以測量高頻率變化的壓力。
(2)測速傳感器SR
用于測量輸送帶的走速。
(3)單片機(jī)
鑒于系統(tǒng)的規(guī)模采用以AT89S51 單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 構(gòu)成輸送帶秤控制器 BWF 。AT89S51 單片機(jī)是一種低功耗, 高性能 8 位單片機(jī), 片內(nèi)含有 4KB 的可反復(fù)電擦寫的Flash 只讀程序存儲器;
(4)A D 轉(zhuǎn)換器
A D 轉(zhuǎn)換器選用ADC0809 。用于將荷重傳感器測出的模擬量轉(zhuǎn)換為 8 位數(shù)字量。
(5)鍵盤 、顯示器
系統(tǒng)配有 6 位共陰極 LED 顯示器, 運(yùn)行時(shí)可實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)流量。采用 2 ×8 鍵盤, 包括 0 ～ 9 這 10 個(gè)數(shù)字鍵, 6 個(gè)功能鍵 :寫入鍵 WR 、設(shè)定鍵 S 、校零鍵Z 、返回鍵MON 、停機(jī)鍵 STOP 、運(yùn)行鍵 RUN 。
(6)鍵盤 、顯示器接口
系統(tǒng)采用 8279 鍵盤、顯示器接口 。8279 是專用鍵盤 、顯示控制芯片,  能對顯示器自動(dòng)掃描;能識別鍵盤上按下鍵的鍵號, 可充分提高CPU 工作效率。(7)D A 轉(zhuǎn)換器D A 轉(zhuǎn)換器選用DAC0832 。用于將CPU 輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。
2 控制系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì)
從圖 1 可以看出在輸送帶的上方有一個(gè)料斗, 輸送帶運(yùn)動(dòng)時(shí)物料隨輸送帶輸送出去。輸送帶由滑差電機(jī)M(電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng), 測速傳感器SR 輸出信號的頻率和輸送帶速度成正比, 輸送帶的下方裝有荷重傳感器W , 輸出與輸送帶上物料成正比的電壓信號。輸送帶配料秤控制器BWF 接收SR 的速度信號和W 的重量信號, 計(jì)算輸送帶上物料的瞬間流量并顯示出來, 并將流量實(shí)際值和流量的設(shè)定值進(jìn)行比較, 通過PID 調(diào)節(jié), 輸出電流控制信號, 經(jīng)前置放大器和功率放大器Q 放大, 控制可控硅VT 的導(dǎo)通角, 從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)M 的轉(zhuǎn)速, 使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值。
帶式輸送機(jī)投入運(yùn)行前, 輸送帶上物料流量的設(shè)定值由操作人員在鍵盤上設(shè)定。系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后, 單片機(jī)采樣輸送帶荷重信號和走速信號, 將輸送帶走速信號 v(t )與輸送帶單位長度上的瞬時(shí)重量 P(t )相乘即可計(jì)算出輸送帶上物料的瞬間流量F(t)。瞬間流量可通過 6 個(gè)七段數(shù)碼管顯示出來,為操作人員提供工藝數(shù)據(jù)參考。AT89S51 系統(tǒng)再將流量實(shí)際值與其設(shè)定值進(jìn)行比較, 經(jīng)增量 PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算后計(jì)算出控制量 Vi , 通過DAC0832 轉(zhuǎn)換為電流輸出信號(4 ～ 20 mA), 而后經(jīng)放大去控制可控硅的導(dǎo)通角, 實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機(jī)電磁離合器勵(lì)磁電流的功能, 從而調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 使輸送帶上的物料流量盡可能穩(wěn)定在設(shè)定值附近, 并具有良好的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能。圖 2 為系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖。

增量式PID 控制算法只需計(jì)算增量, 當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí), 對控制量計(jì)算的影響較小 ;增量式積分項(xiàng)運(yùn)算僅與本次偏差有關(guān), 不易產(chǎn)生積分飽和, 可取得較好的調(diào)節(jié)效果, 在實(shí)際系統(tǒng)中, 易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的無擾動(dòng)切換, 故在控制策略的選用中得到了廣泛的推廣。

硬件系統(tǒng)配置后, 一些邏輯控制過程還需軟件控制實(shí)現(xiàn)。軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法, 其主要任務(wù)是根據(jù)控制要求完成輸送帶配料秤控制系統(tǒng)中的控制功能, 并在出現(xiàn)故障時(shí)采取聲光報(bào)警措施。根據(jù)系統(tǒng)功能, 將軟件劃分為若干個(gè)功能相對獨(dú)立的模塊, 為每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)算法和程序流程, 再根據(jù)流程圖編制程序。每個(gè)模塊程序調(diào)試成功后, 最后連接在一起進(jìn)行總調(diào)。為了提高控制精度, 采用了浮點(diǎn)數(shù)的計(jì)算, 在程序中調(diào)用了大量的實(shí)用子程序。該系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊 :主程序的設(shè)計(jì) ;鍵掃描及顯示程序 ;鍵輸入和鍵命令處理;A D 轉(zhuǎn)換程序;D A  轉(zhuǎn)換程序;PID  運(yùn)算程序 ;運(yùn)行管理程序 。運(yùn)行管理程序見圖 3 。
3 結(jié) 語
各種配料系統(tǒng)對帶式輸送機(jī)的速度和物料流量 要求很高, 單片機(jī)根據(jù)PID 調(diào)節(jié)算法對帶式輸送機(jī)的速度和物料流量進(jìn)行控制, 控制精度高, 穩(wěn)定性強(qiáng), 保證了控制設(shè)備使用壽命。

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