设计举例皮带配料秤单片机控制系统.pptx
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设计举例皮带配料秤单片机控制系统会计学第2页/共74页技术要求 根据现场控制和操作的实际需要,皮带配料秤控制器的技术要求有以下几项:(1) 输入键盘,用以输入流量设定值等参数和操作命令。(2) 6位的瞬时流量显示器。(3) 输出一路4~20 mA的滑差电机速度调节信号。(4) 接受0~10 mV的皮带荷重信号和速度信号。(5) 系统控制误差小于1%。 第3页/共74页总体设计方案 皮带配料秤控制系统的总体设计思想为:皮带输送机投入运行前,输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。 系统投入正常运行后,单片机采样皮带荷重信号(通过ADC0809)和走速信号(T法测速),将皮带走速信号V(t)与皮带单位长度上的瞬时重量P(t)相乘即可计算出皮带上物料的瞬间流量F(t)。瞬间流量可通过6个七段数码管显示出来,为操作人员提供工艺数据参考。 8031系统再将流量实际值与其设定值进行比较,经增量PID调节运算后计算出控制量Vi,通过DAC0832转换为电流输出信号(4~20 mA),而后经放大去控制可控硅的导通角,实现调节滑差电机电磁离合器励磁电流的功能,从而调节执行机构滑差电机的转速,使输送皮带上的物料流量尽可能稳定在设定值附近,并具有良好的静态指标和动态性能。 第4页/共74页硬件设计部分的设计分为以下几部分:(1) 单片机8031系统的设计。(2) A/D转换接口的扩展。(3) 显示接口的扩展。(4) D/A转换接口的扩展。(5) 检测元件的选择。(6) 键盘接口的扩展。 软件部分的设计主要是针对键的扫描,对数据进行采集并处理,计算出瞬时流量,再进行PID调节,控制可控硅的导通角,从而控制滑差电机的转速。可分为以下几个模块:(1) 主程序的设计。(2) 键扫描及显示程序。(3) A/D转换程序。(4) D/A转换程序。(5) PID运算程序。 第5页/共74页第6页/共74页硬件结构及组成原理 1.8031系统的设计 因8031片内无程序存储器,故系统采用外接地址锁存器74LS373扩展一片64 KB的2764 EPROM。它的特点是用户可擦除,可编程,可通过锁存器与8031直接连接。图6-40为8031扩展程序存储器硬件原理图。 第7页/共74页图6-40 存储器扩展原理图 第8页/共74页 2.A/D转换接口扩展 在本系统的数据采集过程中,主要有两种需检测的数据,一种是皮带走速信号V(t),另一种是运行中皮带单位长度上的瞬时重量P(t),两者的乘积为此时的瞬时流量F(t),即:F(t)=P(t)×V(t)。第9页/共74页 单位长度皮带上的瞬时重量(皮带荷重信号)采集方法如下: (1) 由荷重传感器测出瞬时变化的应变情况,并转化为电压信号以0~10 mV输出。 (2) 经过放大器变为标准电压0~5 V,送入A/D转换器ADC0809输入电路IN0(A/D转换器的0通道)。 (3) 经A/D转换器把模拟量转换为8位数字量送入8031的P0口。 (4) 在8031中进行数据的处理就得到了单位长度上皮带的瞬时重量。 第10页/共74页图6-41重量采集电路原理图 ADC0809的工作过程如下: (1) 置P2.7为0,选中ADC0809。 (2) 再用输出指令启动A/D转换开始(WR=0)。 (3) 判断EOC(转换结束标记)是否为1,若为1,则转换结束。 (4) 转换结束后,用读信号(RD=0)控制三态门(在ADC0809内部),将转换结果读入8031,存入相应数据缓冲区。 第11页/共74页第12页/共74页 3.荷重传感器原理 本系统选用的荷重传感器属于应变式压力计,其原理是用应变片直接测量弹性元件的应变,实现间接测量压力。这种方法弹性元件变形极小,可以测量高频率变化的压力。 应变元件实际是一个测力应变筒,被测压力经膜片转换成相应大小的力,再传给应变筒。应变筒受压缩变形,沿轴向贴的应变片受压阻值变小,沿周向贴的应变片受拉阻值增大,组成应变电桥即可得到输出电压值,从而测出压力值的大小。应变传感器结构图见图6-42。 第13页/共74页图6-42 应变传感器结构图 第14页/共74页图6-43 荷重传感器输出全桥电路第15页/共74页 测量荷重传感器原理采用全桥,其中输出电压VSC=V×ΔR1/R1。 全桥中的R1、R2、R3、R4阻值均相等。 ΔR1为应变片测力时变化的阻值,它反映了所测压力的大小与输出电压Vsc的关系(成正比)。本设计使用全桥的目的在于:当R1=R2=R3=R4时,电桥电压灵敏度最高,并消除了非线性误差,也起到了补偿作用。 荷重传感器全桥输出原理图如图6-43所示。 4.皮带走速的测量 皮带走速的测量方法如下: (1) 由测速传感器输出的信号,其频率为皮带走速的线性函数,该频率由光
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