皮帶配料稱控制系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 蘭州理工大學畢業設計皮帶配料稱控制系統設計畢業論文目錄第1章 緒論 1 1 2第2章 皮帶配料秤控制系統總體設計方案 4 4第3章 硬件結構及原理電路 6 MCS51單片機 6 8051單片機 6 8 9 9 11 14 14 15 17 17 18 19 21 22 DAC0832在控制電機中的應用 22 24 26 27 27 28 28第4章 皮帶配料秤控制系統軟件設計 30 30 30 31 31 32 33 WR鍵處理 33 S鍵處理 33 MON鍵、Z鍵、STOP鍵、RUN鍵處理 34 35 36 37 37 顯示程序 37 報警處理 38設計總結 39參考文獻 40外文原文和譯文 41致謝 63附錄1：程序清單 65附錄2：元件清單 74I 第1章 緒論根據最新的定義，皮帶配料秤是一種連續累計自動衡器。衡器是利用作用在物體上的重力來確定物體質量的計量儀器，按操作方式的不同可分為：自動衡器和非自動衡器。自動衡器就是指在稱量過程中不需要操作者干預就能按設定的處理程序自動稱量的衡器。其中，連續累計自動衡器是不需要對質量細分的就可以對皮帶上散裝物料進行連續稱量。皮帶配料秤就是在皮帶輸送物料時對物料進行連續累計稱量的一種自動衡器。皮帶配料秤廣泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行業的物料配比當中，其配料的準確與否直接影響著國民生產的各個部門。配料系統的使用可以提高各個部門的自動化水平和各個生產系統的可靠性，降低工人勞動強度，提高生產效率和產品質量，從而擴大公司的效益。在煤炭行業，配料系統用于定量供煤，能否準確配料直接決定配煤質量。在化工行業，配料系統用于多種原材料的定量配比，它可以起到減員增效，節約成本，減少誤差，從而創造更大的利潤。在食品加工行業，配料系統的使用代替了大量的手工勞動，提高了勞動生產效率，使得食品加工更方便、快捷。在建材行業，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混合需要用配料系統對其進行定量配比。由此可見，配料系統的應用非常廣泛。皮帶配料系統簡稱為配料系統，它與皮帶傳輸系統的設計原理和組成結構基本相同，不同的是，配料系統在皮帶傳輸系統的基礎上又增加了“配料”這一功能。它起源于 19 世紀末，各項新技術發展的十分迅速，隨著皮帶輸送系統的出現，配料系統也隨之產生。最早的皮帶輸送系統稱重原理來自于斗式輸送機對物料連續自動稱量的裝置。隨著傳感器技術的迅速發展，配料系統的發展也是十分迅速。配料系統的發展大致有四個階段：第一階段是五、六十年代的純機械式配料系統，通常采用機械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這種配料系統只具有識別計數和啟動功能。第二階段是六、七十年代的傳感器電子儀表配料系統，隨著模擬電路和數字電路的發展，逐漸出現了各種小型的配料電動儀表。它可以實現平衡、識別和累計計算等功能。第三、四階段是20世紀七十年代末的微機智能化配料系統。電子配料系統首次引入計算機，提高了集成度。配料系統中的累計量運算采用累加法代替了積分法。第一、二階段的配料系統只能進行簡單的累計計算和測量，而且準確度較低，對系統運行過程中的變化不能進行有效控制，因此其計量過程準確度較低，缺乏穩定性，動態性能差。而第三、四階段的配料系統結合了微機技術、現代計量技術、網絡技術、通訊技術、工業控制等技術，不但增強了計量的準確性，而且對在計量過程中出現的問題能夠進行實時監測和控制，同時，儀表的顯示、調零、報警等功能也越來越完善。而通訊技術的發展更是增強了儀表的遠程維護診斷與數據傳輸的功能。單片機配料系統是在大規模集成芯片技術成熟的基礎上應運而生的。單片機配料系統設計電路復雜程度低，可靠性大大提高，可以滿足客戶實用性的要求。所以迄今為止，單片機配料系統在一定程度上占據了中小型企業配料生產的主控地位。隨著我國經濟的發展，工業生產規模的擴大，計算機技術的迅速發展，基于STD總線或PC總線的工業控制計算機已經提上日程，并且在我國占據了一定地位，因為工業控制計算機可靠性比較高，組成系統功能靈活，組態方便，具有模塊化、組合化、標準化的特點。隨著工業控制計算機的廣泛應用，基于工控機的配料系統也出現在工業場合。這種配料系統大多采用集中控制方式，計算機除具有工藝流程控制、工況實時顯示、提供數據存儲、報表打印等功能外，還要完成對各對象的直接控制和數據采集任務。計算機配料控制系統有很多功能是單片機配料系統不能完成的，但是它的整體構造比較龐大，因此不適合中小規模的企業應用。并且它的操作要求比較高不適合一線工人的具體操作要求，往往需要配料的量不是一成不變的，需要一線工人時刻的調整和控制，因此，單片機控制的皮帶配料秤具有更廣泛的應用。配料秤是冶金、水泥、化工、建材、食品等工農業生產中的一個重要環節，也是冶金、水泥、化工、建材、食品等生產過程中的源頭工序。例如水泥生產時需要由各種原料按一定的比例進行混合處理；飼料的生產需根據牲畜的生長規律，在不同的生長期需生產成份含量不同的飼料；各種化工產品、建筑材料、農藥等產品的生產也是一樣的。配料質量的高低直接關系著下游生產過程能否順利的進行。如果配料的質量達不到要求，輕則造成原料和能源的浪費，重則影響產品的產量和質量，并且有些特殊生產崗位的配料錯誤會給整個生產釀成嚴重事故。因此，配料精度的高低和配料速度的大小影響著整個生產過程，我們應該足夠重視配料過程的質量和產量控制。目前，隨著自動化控制程度的提高，物料秤自動控制不僅關系到生產質量而且還關系著人身安全，在早期的混凝土配置中完全是依靠大量的人力來完成的，不僅勞動強度大并且水泥粉塵的污染損害工人的身體健康?，F在許多建筑工程和工廠大規模的建設等都要求建設生產時必須使用皮帶配料秤單片機控制器來控制物料的自動配比，利用皮帶配料秤單片機控制器來完成配料的輸送和配比，只需一人或幾人就可以在現場或遠離物料配料場控制配料的完成，不僅節省了人力物力，也減少了環境污染，很大程度的提高了生產效率，并為企業降低了生產成本。為了提高產品質量，物料必須實現科學的配比，在食品、冶金、化工、飼料加工等行業也越來越注重物料配比的準確度和配料的控制速度，也就需要高精度高速度的皮帶配料秤控制系統來進行自動控制。我設計的皮帶配料秤控制系統正是為了此目的。隨著半導體技術的發展，單片機的應用越來越多。現在利用單片機和微機組成的皮帶配料秤已廣泛地應用在冶金、化工、建材、飼料加工等多種行業，皮帶配料秤控制系統不僅具有自動化程度高，操作人員勞動強度低，而且配料精度較高，產品質量可以得到保障，還能實現物料的配比，自動和手動相互結合，實現了自動跟蹤誤差調整、混合、顯示、稱重。單片機配料秤控制系統是配料過程控制和質量控制的關鍵環節。微機配料控制系統可以按照設定好的配比和流量控制各種物料的瞬時流量，達到控制各種產品產量和質量的目的，同時它也是實現生產過程自動化、安全穩定生產和節能降耗的重要技術。單片機配料控制系統在生產中不僅可以提高配料產量和質量，也減輕了工人的勞動強度，從而提高了生產效率。因此使用皮帶配料秤單片機控制系統能顯著地提高工作效率，增加經濟效益，提升管理的現代化水平，同時研制技術先進、設備成熟、經濟實用的單片機配料控制系統也是至關重要的。隨著我國工業自動化程度的提高，配料系統將在現在和未來的市場需求中占據相當大的比例。皮帶配料系統作為一種新興的高新技術產業而越來越受到世界各國的普遍關注。在西方發達國家，配料系統的生產技術已經相對完善；而在中國，由于先前的技術水平落后，這使得積極開發研制更加精確、方便、可靠、功能更強大的配料系統控制器具有重要意義。而且，中國地大物博、資源豐富，各項工業生產正在以不可阻擋的勢頭向前發展?？梢钥吹?，中國廣大的市場為配料系統的發展提供了廣闊的前景。另一方面，我國目前的主要矛盾是落后的生產力滿足不了人民日益增長的物質文化需要。在物質方面，我們需要又快又好的生產出我們所需要的物質產品，所以我們要進行生產自動化，實現生產的快速性與精確性。綜上所述，我們可以看到配料自動控制系統的研究設計對我國經濟發展有著很重要的意義，精確的配料技術不僅可以擴大生產量，還可以是生產出來的產品具有很高的質量和性能，經得起市場的考驗，使我們的產品在世界經濟市場上更具有競爭力。 第2章 皮帶配料秤控制系統總體設計方案皮帶配料秤是一種動態控制型平衡器，它利用皮帶的運轉將皮帶上運載的物料進行稱重，并且能夠根據設定流量的要求通過改變電機的轉速調整皮帶的運行速度，從而是物料流量達到設定流量保持在附近，并且能夠通過數碼管顯示瞬時流量。下面就介紹以8051單片機為核心的皮帶配料秤的工作原理和整體結構。皮帶輸送機廣泛地應用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業，對于散裝的固態原料（如礦石、水泥、煤粉）進行自動輸送，特別適合于高溫、高空和有害環境作業。水泥廠粉磨車間的熟料配料系統就是依靠調節皮帶輸送機的速度來控制水泥磨的進料量，完成對各種熟料的配比。皮帶配料稱是一種用于測量和控制皮帶輸送機的速度和物料流量的實時控制器，其工藝結構如圖21所示。圖21：皮帶配料秤工藝結構圖圖21中，皮帶上方有一個料斗，皮帶轉動時物料隨皮帶輸送出去。輸送皮帶由滑差電機M（電磁調速異步電機）進行驅動，測速傳感器SR輸出信號的頻率和皮帶的速度成正比，皮帶下方裝設荷重傳感器W，輸出的電壓信號與皮帶上的物料成正比。皮帶配料稱控制器BWF接受SR的速度信號和W的重量信號，計算皮帶上物料的瞬間流量并且顯示出來，將流量實際值和流量設定值進行比較，通過PID調節，輸出電流控制信號，經前置放大器和功率放大器Q放大，控制可控硅VT的導通角，從而調節滑差電機M的轉速，使物料流量穩定在預期的設定值附近。物料流量的設定值由操作員在鍵盤上設定，系統運行后，單片機對皮帶的荷重信號和走速信號進行采集，并且計算瞬時流量和控制電流（420mA）,實現對流量的控制。根據皮帶配料秤的技術要求，本次設計采用以8051單片機為控制核心構成皮帶配料秤控制器BWF。硬件部分主要有8051 單片機、荷重傳感器、皮帶走速測量、A/D 轉換器(ADC0809)、D/A 轉換器(DAC0832)、鍵盤掃描電路、顯示電路等組成，系統硬件組成框架如圖22所示。 單片機荷重傳感器放大A/D復位電路報警電路鍵盤、顯示器電路整形測速傳感器物料D/A放大可控硅 控制板圖22：系統硬件組成框圖皮帶配料秤控制系統的設計思想為：皮帶輸送機工作之前，皮帶上物料流量的設定值由操作人員在鍵盤上進行設定。系統投入正常運行后，單片機采樣皮帶荷重信號(通過ADC0809轉換)和皮帶走速信號，將皮帶走速信號與皮帶單位長度上的瞬時重量相乘即可計算出皮帶上物料的瞬間流量F(t)。瞬間流量可通過6個八段數碼管顯示出來，為操作人員提供數據參考。單片機系統再將流量實際值和它的設定值進行比較，經增量PID調節運算后計算出控制量Vi，通過DAC0832 轉換為電流輸出信號(4～20mA)，而后經放大去控制可控硅的導通角，實現調節滑差電機電磁離合器勵磁電流的功能，從而調節滑差電機的轉速，使得物料的流量盡可能穩定在設定值附近。根據現場控制和操作的實際需要，對皮帶配料稱控制器有以下要求：?！?0mA的滑差電機速度調節信號。——10mV的皮帶荷重信號和速度信號。%。軟件部分的設計主要是針對鍵的掃描，對數據進行采集處理，計算瞬時流量，再進行PID調節，控制可控硅的導通角，從而控制滑差電機的轉速。第3章 硬件結構及原理電路 MCS51單片機單片機是一種集成的電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。 8051單片機MCS51（8051）單片機是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時器/計數器和多種功能的I/O線等一臺計算機所需要的基本功能部件，由英特爾公司于1981年制造。8051單芯片是同步式的順序邏輯系統，整個系統的工作完全是依賴系統內部的時脈信號，用以來產生各種動作周期及同步信號。在8051單片機中已內建時鐘產生器，在使用時只需接上石英晶體諧振器（或其它振蕩子）及電容，就可以讓系統產生正確的時鐘信號。MCS51單片機內包含下列幾個部件：（1）一個8位CPU； （2）一個片內振蕩器及時鐘電路； （3）4K字節ROM程序存儲器；（4）128字節RAM數據存儲器；（5）兩個16位定時器/計數器；（6）可尋址64K外部數據存儲器和64K外部 圖31：8051引腳排列圖程序存儲器空間的控制電路； （7）32條可編程的I/O線（四個8位并行I/O端口）；（8）一個可編程全雙工串行口；（9）具有五個中斷源、兩個優先級嵌套中斷結構。8051單片機都采用40引腳的雙列直插封裝方式，引腳排列圖如圖31， 40條引腳說明如下： （1）Vcc正常工作時為+5V電源； （2）Vss接地。 （1）XTAL1為內部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。（2）XTAL2為內部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接振蕩源。 ，ALE/,和/Vpp（1）RST/VPD當振蕩器運行時，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，可以由VPD向內部提供備用電源，以保持內部RAM中的數據。（2）ALE/正常操作時為AL