摘要：雙管智能型螺旋電子稱是一種以單片機(jī)為核心的智能化的調(diào)速螺旋電子稱，它能對各種非粘結(jié)性粉狀物料的流量進(jìn)行自動檢測，并能進(jìn)行流量控制，實現(xiàn)定量給料，是一個機(jī)電一體化的計算機(jī)檢測、控制系統(tǒng)。它主要由調(diào)速螺旋輸送機(jī)、恒速稱體和單片機(jī)檢測、控制器等部分組成。本設(shè)計主要包括該裝置的機(jī)械部分設(shè)計、單片機(jī)檢測和控制部分的硬件、軟件設(shè)計和抗干擾措施等。設(shè)計的該裝置計量精密，控制精確，流量調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定，系統(tǒng)功能豐富，操作方便，智能化、自動化程度高，運行可靠，抗干擾能力強(qiáng)?？蓮V泛用于建材、化工、冶金、糧食加工、發(fā)電等各行業(yè)。

關(guān)鍵詞：螺旋電子稱 ；單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) ；流量檢測 ；智能儀表

中圖分類號：TH7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

Design of double-tube intelligent screw electronic scale

Wu Xiang

Department of Mechanical Engineering，Yancheng institute of technology， Yancheng ，224051，

Abstract：Double-tube intelligent electronic scale is a kind of intelligent instrument taking the single-chip microcontroller as the core， it can not only convey the cohesiveness powder which is measured automatically to various kinds， but also can carry on the flow control ， and realize the ration for the material. This device is integrated of a piece of electromechanics， control system which make up mainly of the transfer speed spiral conveyer ， constant speed balance body and single-chip microcontroller measuring ， controller ，etc. The design includes the installation of the mechanical part of the design， testing and control of part of the microcontroller hardware， software design and anti-jamming measures. The designed result indicate that this device precision is relatively high， flow adjusting function is steady， the systematic function is abundant ，easy to operate， intelligent， highly automated， reliable， strong anti-interference. It can be widely used in building materials， chemical industry， metallurgy， food processing， power generation and other industries.

Key words： electronic scale of the spiral application system ； the single-chip micro controller ；the flow measuring ； intelligence instrument

1 前言

在水泥生產(chǎn)過程中，配料是重要的組成部分，為了提高生產(chǎn)效率和自動化程度，一般均采用自動配料。多年來我國科技人員研制了一些以單片機(jī)或工業(yè)控制計算機(jī)為主控機(jī)的自動配料裝置。但目前市面上的產(chǎn)品較少、功能不全，遠(yuǎn)不能適應(yīng)生產(chǎn)和科技進(jìn)步的需要，為此，需要開發(fā)一種能自動對各種非粘結(jié)性粉狀物料的流量進(jìn)行自動測量和定量控制的智能化稱重裝置。本設(shè)計的內(nèi)容是設(shè)計一種雙管智能型螺旋電子稱，所設(shè)計的螺旋電子稱的特點是計量精密，控制精確，智能化、自動化程度高，運行可靠，抗干擾能力強(qiáng)。可廣泛用于建材、化工、冶金、糧食加工、發(fā)電等各行業(yè)。

2 螺旋電子稱的工作原理與結(jié)構(gòu)

螺旋電子秤是根據(jù)科氏力與物料質(zhì)量流量之間成線性關(guān)系的原理設(shè)計的。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。物料從入料口進(jìn)入裝在筒內(nèi)的螺旋，螺旋的轉(zhuǎn)速由電磁調(diào)速電機(jī)控制，物料隨著螺旋的轉(zhuǎn)動向前移動，物料在向前移動過程中要經(jīng)過裝在螺桿下面的壓力傳感器，壓力傳感器將物料的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成毫伏級的電壓信號，并通過前置放大器轉(zhuǎn)換為0～+5V 的直流電壓信號，再經(jīng)濾波和A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，將得到的數(shù)字信號傳送給單片機(jī)。單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理得到物料重量，一方面將物料重量送給數(shù)碼顯示管顯示；另一方面對物料重量作PI 調(diào)節(jié)，所得控制量經(jīng)過D/A 轉(zhuǎn)換后輸出電壓信號給變頻器，變頻器控制調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而自動調(diào)節(jié)螺旋的轉(zhuǎn)速，也就自動控制了物料的流量，達(dá)到精確控制固體物料流量的目的。

3 機(jī)械部分設(shè)計

雙管智能型螺旋電子稱是由調(diào)速螺旋輸送機(jī)、恒速螺旋輸送機(jī)、稱架、底座、傳感器、支撐架等部件組成。

3.1調(diào)速螺旋輸送機(jī)的設(shè)計

調(diào)速螺旋輸送機(jī)通過調(diào)速電機(jī)控制螺旋絞刀的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制物料流量。

調(diào)速螺旋輸送機(jī)的構(gòu)造：螺旋輸送機(jī)由螺旋體、進(jìn)出料口及驅(qū)動裝置三大部分組成；螺旋輸送機(jī)本體包括頭部、尾部軸承、螺旋料槽、蓋板、底座等組成。驅(qū)動裝置由電動機(jī)、擺線針輪減速機(jī)、聯(lián)軸器及底座等組成。頭部有進(jìn)料口，尾部設(shè)有出料口。

3.2恒速螺旋輸送機(jī)的設(shè)計

恒速螺旋輸送機(jī)由一恒速電機(jī)通過減速機(jī)減速到設(shè)定的轉(zhuǎn)速，以一恒定的轉(zhuǎn)速均勻穩(wěn)定地輸送物料。恒速螺旋輸送機(jī)設(shè)計的方法和思路與調(diào)速螺旋輸送機(jī)的設(shè)計基本相同。為簡化設(shè)計，一些零部件的設(shè)計中采取相同的結(jié)構(gòu)

3.3稱體的設(shè)計

稱體是料槽、電磁調(diào)速電機(jī)、減速器等三大部件的載體。在螺旋輸送機(jī)工作時，同時承擔(dān)著物料的重量。所以，它的強(qiáng)度、剛度要求比較高。

稱體選用熱軋槽鋼（GB707-88）。由調(diào)速電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、聯(lián)軸器及料槽長度可得：稱架的長度為2408mm，寬度為1104mm。稱體的外圍所選槽鋼為：熱軋槽鋼 。為增加強(qiáng)度，節(jié)省材料，在電機(jī)和減速機(jī)的底座下面采用框架式結(jié)構(gòu)，選用熱軋槽鋼 。

3.4 支撐架的設(shè)計

支撐架用于支撐調(diào)速螺旋輸送機(jī)，并承擔(dān)物料的重量，需要設(shè)計一加強(qiáng)筋，用來增加其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。支撐架的長度由調(diào)速螺旋輸送機(jī)、恒速螺旋輸送機(jī)的大小以及它們的空間相對位置而定。支撐架的上端用螺栓固定在稱架上，螺栓的直徑為12mm，兩螺栓相間94mm。下部用螺栓固定在整機(jī)的底座上，用四個M10×80mm螺栓進(jìn)行固定。

3.5砝碼盤的設(shè)計

砝碼盤是用來裝或卸砝碼，與配重配合使用來調(diào)整零點和滿值.砝碼盤的底部為一圓塊，直徑為φ160mm，高為20mm，在砝碼安裝處，刨去厚為8mm，故此處高為12mm。在砝碼盤的底盤上焊有一掛鉤，鉤的內(nèi)徑為12mm，外徑為20mm。鉤的高度根據(jù)恒速螺旋輸送機(jī)的管徑而定。

4 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

單片機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件和軟件。硬件是指單片機(jī)本身及其外圍設(shè)備，軟件則為管理計算機(jī)的程序。硬件是單片機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件是單片機(jī)控制的靈魂。單片機(jī)本身是通過各種接口及外圍設(shè)備與生產(chǎn)過程發(fā)生關(guān)系，并對生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及控制的。

4.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括兩大部分內(nèi)容：一是單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展部分設(shè)計。它包括存儲器擴(kuò)展和接口擴(kuò)展。存儲器的擴(kuò)展是指EPROM和RAM的擴(kuò)展，接口擴(kuò)展是指8255、8155、8279以及其他功能器件的擴(kuò)展。二是各功能模塊的設(shè)計。如信號測量模塊、信號控制功能模塊、人機(jī)對話功能模塊、通訊功能模塊等，根據(jù)系統(tǒng)功能要求配置相應(yīng)的A/D、D/A、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等外圍設(shè)備。

4.1.1前向通道

前向通道由傳感器，前置放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路組成。

傳感器選用BHR-8M密封型電阻應(yīng)變式傳感器，為減小傳感器特性起始端的非線性誤差的影響，工作時要加預(yù)載荷，大小一般為傳感器滿量程載荷的10%，傳感器供橋電壓選用10VDC。

由于荷重傳感器輸出的電壓信號很微弱，所以采用二級精密放大作為前置放大電路。前置放大的第一級采用CMOS動態(tài)校零集成運放ICL7650，此級將輸入電壓0—0.5V放大到0—2V，第二級采用高輸入阻抗集成運放LF356，將0—2V電壓放大到0—5V。

單片機(jī)只接受和輸出數(shù)字量，而所測壓力是模擬量，在單片機(jī)的輸入端還需用到A/D轉(zhuǎn)換器，在單片機(jī)的輸出端還需用到D /A轉(zhuǎn)換器由于流量信號的變化頻率較低，故選用雙積分型3又1/2位A/D轉(zhuǎn)換器5G14433。

4.1.2單片機(jī)及系統(tǒng)擴(kuò)展及人機(jī)通道

本設(shè)計選用8031系列單片機(jī)，擴(kuò)展一片EPROM27256作為程序存貯器，擴(kuò)展一片SRAM6116作為數(shù)據(jù)存貯器，擴(kuò)展一片8155作為鍵盤，擴(kuò)展一片8279顯示器和打印機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器的接口。帶有各備電池的掉電保護(hù)電路可防止單片機(jī)內(nèi)的RAM和6116中的數(shù)據(jù)丟失。

4.1.3 后向通道

后向通道由D/A轉(zhuǎn)換和I/V轉(zhuǎn)換電路和SCR控制器組成。

選用DAC0832芯片作為D/A轉(zhuǎn)換器，參考電壓由MCI1403提供，D/A 轉(zhuǎn)換后的電流信號由集成運放4558構(gòu)成的I/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換0～5V的電壓信號送SCR調(diào)速控制器。

SCR調(diào)速控制器的基本電路是一單晶體管移相觸發(fā)控制器，由輸入電壓信號的大小來控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

4.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，包括管理程序和應(yīng)用程序兩大部分。管理程序主要有系統(tǒng)初始化，自檢、鍵盤管理、顯示、打印控制、參數(shù)設(shè)定修改，故障診斷報警等模塊。應(yīng)用程序主要有采樣、數(shù)字濾波、零點自動跟蹤、數(shù)據(jù)處理，PID調(diào)節(jié)運算、定時控制、實時控制、實時日歷時鐘等模塊。

4.2.1 主程序

主程序由準(zhǔn)備程序和鍵盤處理程序進(jìn)行鍵盤掃描，區(qū)分?jǐn)?shù)字鍵與功能鍵，并作相應(yīng)的處理。準(zhǔn)備程序完成系統(tǒng)初始化、自檢、提示符顯示等功能。鍵盤控制處理程序進(jìn)行鍵盤掃描，區(qū)分?jǐn)?shù)字鍵與功能鍵，并作相應(yīng)處理。判斷其是否是功能鍵還是數(shù)字鍵。如為數(shù)字鍵，則送緩沖顯示區(qū)，以便顯示；如為功能鍵，既轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能鍵中斷服務(wù)程序，完成相應(yīng)的操作。

4.2.2 定時器To中斷服務(wù)程序

為保證系統(tǒng)運行后對流量的檢測、控制工作間斷，用8031單片機(jī)內(nèi)的定時器To和軟件計數(shù)器配合確定采樣數(shù)據(jù)處理和流量控制的時間。將定時器To一次定時的時間作為基本采樣時間，內(nèi)部RAM和30H、2FH單元分別作為采樣和控制的時間計數(shù)器，這些計數(shù)器中的初值可由鍵盤設(shè)計和修改。定時器To的溢出中斷設(shè)置為高優(yōu)先級中斷。

4.2.3采樣和數(shù)據(jù)處理子程序

該模塊主要完成數(shù)據(jù)采樣、數(shù)字濾波、零點自動跟蹤、數(shù)據(jù)處理、瞬時量顯示等工作。數(shù)字濾波程序采用中值濾波方法，連續(xù)輸入3個采樣值，取中間值作為有效信號。零位自動跟蹤程序能自動跟蹤零點的漂移，減小誤差。數(shù)據(jù)處理程序完成零位補(bǔ)償、標(biāo)度轉(zhuǎn)換，計算瞬時量值、累計流量值等工作。

5 結(jié)論

雙管智能型螺旋電子稱是一個機(jī)電一體化產(chǎn)品。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上運用了雙管輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)，使得檢測的參數(shù)大大簡化，不僅節(jié)省了電子元件，而且使控制方式大大簡化，方便了程序的編制。控制系統(tǒng)采用8031單片機(jī)為核心，運行可靠，抗干擾能力強(qiáng)。通過外接各種擴(kuò)展，能夠顯示瞬時流量值、累計流量值，并對速度進(jìn)行調(diào)控，實現(xiàn)定量給料。其技術(shù)要求、性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

主 要 參 考 文 獻(xiàn)

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