配料工序是水泥、化工、食品、建材等工农业生产中的一个重要环节,也是水泥、 化工、 食品、建材等生产的源头工序。例如水泥生产需要由各种原料按一定的比例进行混合；饲料的生产需根据各种牲畜的生长规律,在不同的生长期需要成份含量不同的饲料；各种化工产品、建筑材料、农药的生产也是一样。配料质量控制的优劣直接关系着下游生产能否顺利进行。如果配制料液的质量达不到要求,轻则造成原料、 能源的浪费,重则影响产品的质量和产率,并且有些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产酿成事故[3]。因此，配料精度的高低和配料速度的大小制约着整个生产的产品质量和产量，应对配料过程的质量和产量控制给予高度重视。

微机配料控制系统是配料工艺过程控制和质量控制的关键环节之一。微机配料控制系统可以按照设定配比和流量控制各输入物料的瞬时流量， 从而达到控制各种产品的质量和产量的目的；同时它也是实现生产过程自动化和智能化、企业的科学管理、安全稳定生产和节能降耗的重要技术手段。微机配料控制系统在生产中的应用不仅可以提高配料质量和产量,也大大减轻了岗位工人的劳动强度,提高了生产效率。因此，优化设计研制技术先进、设备成熟、经济实用的微机配料控制系统至关重要。

然而目前现存的微机配料系统总存在一定的不足，有的成本高，不易推广；有的精度与可靠性差，无法在环境恶劣、现场干扰大的场合满足高精度的配料要求。并且大多数使用的是通用计算机系统，因而成本高、靠干扰能力差。本文提出的基于单片机微控制器的多通道微机配料系统采用高可靠性的专用处理器芯片8031 构成中央控制单元，是一种高精度、智能化的新型斗式配料设备，它能够精确控制 8 个通道的物料的配料量，还可以实现全自动配料与各通道的自动校称，无需人为干预，可以极大地提高产品的产量与质量，减轻工人的劳动强度。而且，系统采用高分辨率彩显技术设计人机对话界面，并能驱动通用打印机打印报表，针对各种故障信息，系统能够提供异常报警，减小事故的发生。因此，系统具有极高的推广价值。

1 微机配料系统工作原理

系统微处理器控制单元采用间歇式的静态称重原理，即每一循环周期完成下料、称重、放料、混合配料、再下料的过程。由于这种计量采用断续进料、 断续出料的间歇式静态称量的工作方式，在一定程度上克服了给料冲击、皮重不均、零点漂移的影响。

在整套系统运行初期，首先进行校秤。校秤在配料系统中具有重要的作用。校秤直接影响到配料的精度。其次设定参数。根据工艺不同，参数的设定有所不同，但主要是台时产量和配比关系的设定。当参数设定好后，启动系统。

系统运行时，对每个料斗秤进行动态检测，初步判断给料是否达到配料设定值。如果动态检测到达到设定值，则停止给料。停机后缓冲一定时间才开始称量。对于由于动态检测所带来的给料误差以及其它原因引起的单次配料误差，通过下一次配料的补充或一定的算法来实现这种误差的降低。

2 系统组成结构

整个系统可以分为四个组成部分，即检测部分、数据处理部分、人机接口部分以及控制部分。检测部分主要是将从称重传感器出来的很低的信号通过前置放大器进行放大，然后通过滤波电路取出干扰，接着通过模数转换器将模拟信号转化为数字信号传给单片机。人机接口部分主要处理与人的交互，一是通过显示器等显示设备将系统运行的状态显示给用户，二是通过键盘等输入设备将系统运行的参数输入到计算机。控制部分主要通过驱动器控制执行器件，其中电机用以控制放料时开关门动作，而电振机控制下料的动作。数据处理部分是系统的核心，主要是负责协调其余三部分的工作，并完成数据处理任务，并如将传感器传过来的信号转化为相应的重量信息并通过人机接口部分显示出来，根据当前下料或放料的状态控制电机和电振机的启停等。

3 系统硬件设计的关键技术

（1）8031 微处理器的采用。由于微机配料系统的运行环境比较恶劣， 灰尘和干扰都很严重，若采用通用计算机则无法满足可靠性的要求，而且价格比较高。而单片机具有体积小、重量轻、功能强、价格低等优势，而且抗干扰能力强，可靠性高， 因此本系统采用了 8031 单片机作为系统的微处理器。

（2）高性能 A/D 转换器的选用。在 A/D 转换器的选用上，我们采用了 MAX180，它是一个完整的 12 位数据采集系统，由 8 路多路开关、大带宽采样保持电路、低漂移的稳压基准和多适应性的微处理接口组成。具有高转换率和低功耗的特点，适用于高速伺服回路、数字信号处理、高精度过程控制、自动测试系统等。根据以上特点，结合系统实际需要，本系统选择了 MAX180。

（3）前向通道处理技术。系统的前向通道主要由传感器、数据放大器、滤波网络及模数转换器构成，该部分主要完成数据的采集，预处理和转换。

为保证配料精度，特采用 0.02%的高精度电阻应变式压力传感器。物料重量的变化会引起电桥两端电压的变化，由传感器完成重量到电压的转换，从而拾取物料的重量。传感器将重量信号转换为电信号后，由数据放大器将转换所得的弱电信号进行前置放大，提高信号的共模抑制比，以便提高有效电信号在传输过程中的抗干扰能力，否则，由于传输过程中信号的衰减，就会造成有效信号的畸变、失真，使有效信号被噪声掩盖，以至于不能识别。然后由滤波网络将传过来的电压信号进行放大滤波，滤除空间杂散电容和电磁辐射等高频干扰，提高信噪比，并且将电信号转换成 A/D （模/数） 转换器 MAX180 所要求的大信号模拟电压。 本系统中MAX180 工作在单极性、单端工作方式，则就通道 0 而言其控制字为E0H。MAX180 CS 端接于 8031 的 P 2.7 端，故其地址是 7FFFH，MAX180与 8031 的连接。

最后， 将经过放大、 滤波处理的电信号经 A/D转换器转换后送入计算机处理。

（4）后向通道控制技术。本系统的控制对象包括有 8 个电振机和 8 个料斗门。采用可控硅控制电振机的起停，根据可控硅移相调压原理，来调整电振机的下料速度，从而保证配料的准确性。料斗门的开关是由微处理器控制相应的固态继电器来实现的，固态继电器具有带负载能力强，隔离可靠等特点，保证了料斗开关门的可靠性。

4 系统软件设计的关键技术

（1）非线性修正技术

非线性修正技术是智能仪器仪表中一种常用的技术，由于模拟信号在传输和放大过程中通常会产生一定的非线性失真，因此需要对采样值进行非线性修正处理[33] 。通常是将实际测量值与一组经验值相比较，并根据其对应关系，对测量值进行修正。

考虑到在传感信号、放大电路、A/D 转换和传输过程中客观的一些非线性因素存在，在配料系统中，利用单片微机软件对采样数据进行快速非线性修正,从而在精度上进一步保证了测量值在整个测量信号范围之内具有良好的线性。

下面介绍本系统使用的线性插值法的实现。表示测得的重量值与测得 的电压值之间的关系，图中的曲线就是实际的输出结果。

使用线性插值时把 0 到满量程 Wmax分成 n段,以各段直线 AB、BC、CD 来代替对应的曲线。当测得的电压 U 满足 U ₂ <U<U ₃ 时， 插值法计算重

量时 W=W ₂ +K(U － U ₂ ) ，其中 k=(W ₃ －W ₂ )/( U₃－U ₂ )同理可以计算其它区段的重量值。为减小误差的产生，在插值法进行修正时,对曲线中曲率大的部分,插值的距离要小；反之，对曲线中曲率小的部分，插值的距离可以大一点。

（2）软件去皮及误差补偿技术

皮重即配料计量秤在配料开始前已具有的重量。由于物料具有一定的粘性或秤斗出现一些死角，秤斗会存在一些黏附物质。配料系统中对皮重允许有一定范围，若超过范围则认为皮重超重错误，须人工或自动进行去皮重操作。考虑到自动配料过程中皮重不可避免，因此在每一次配料开始时均须测量皮重,再根据皮重值修正配料要求的最终值，最终测得称量时再将其去除。

（3）模块化设计技术

系统软件设计采用了模块化的设计方法，将各个功能编制成功能子程序，以便系统测试和功能的扩充。在程序中有数据处理、自动校称、键盘响应、CRT 显示、报表打印等多个子程序。系统编程语言采用汇编语言 MCS-51，下面以MAX180 的数据采集为例说明系统的软件设计方法。
 

5 结论

本系统采用 8031 单片机作为中央处理器， 利用 8255 扩展，外接了键盘、显示器、通用打印机等外设。同时采用了前向通道处理、后向通道处理等硬件设计措施及非线性修正、软件去皮、误差补偿等软件设计措施，从而保证了系统的可靠性高、控制精确，且具有人机界面友好，操作简便等特点。经过在重庆市荣昌长桥水泥厂、宜宾高县水泥厂的使用，取得了满意的控制效果，因此具有较高推广价值，可广泛应用于建材、 火电、矿山等行业的配料中。

 

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