本文讨论并设计了一种实用的分布式自动配料系统；该系统采用分布式控制技术，以一台上位机为主机，若干台（最多可有64台）SPCE061A[3]系统为下位机组成主从式结构的分布式控制系统。该系统可以完成自动配料的自动控制，又可对配方设定，修改及生产数据的管理，存储和报表打印，具有良好的人机界面，也可由下位机单独运行及进行配方设定和修改控制，具有控制准确简单，运行可靠等优点。
一、系统结构及工作原理
在食品、化工、饲料行业都有配料工序，配料系统的好坏直接影响到工厂的生产效率。
以单片机为主体构成的分布式数据采集和控制系统，因为其电路结构简单，工作可靠性高而被广泛应用在工业控制中。目前广泛使用的单片机产品都集成了串行通信接口，使用串行通信接口，通过RS485接口驱动芯片就可以构成总线型通信网络，把多台单片机系统连接成一个分布式数据采集和控制系统[4]。但为了克服单片机的不足，引入了PC机，采用主从式结构模式，即PC机为主机，分布在现场的各个单片机系统为从机。
上位机安装在主控室（办公室）中，下位机安装在生厂车间；下位机的数量根据生厂线数量来定，上下位机之间通过双芯屏蔽线连接；每台下位机控制一条生产线的自动配料控制，通过键盘可输入、修改配方及生产匹次，同时通过LCD显示屏显示生产状态及配方序号。主机的主要任务是设定，修改配方并将配方及生产匹次等生产任务下传给下位机，同时巡回与下位机通讯以获取有关数据及上位机当前设定监控的生产线的生产状态并在屏幕上显示出来。定时处理、统计和保存各种原料的配料量等信息；在显示器上以动画形式模拟显示生产工艺过程；实时显示配料生产工艺过程中数据的趋势曲线；根据需要随时可打印出各种管理文件和报表。
二、硬件电路设计
单片机和配料控制器称重仪表是以SPCE061A单片机[5]为核心的控制系统,主要由以下7大功能模块构成:
(1)单片机主控模块该模块由SPCE061A单片机、AT24C256组成,主要完成配料控制的数据运算、处理和存储任务；
(2)系统时钟日历模块该模块由数字时钟日历芯片DS1302组成，主要给系统提供时间、日历以便配料数据存储和故障记录；
(3)称重测量模块该模块主要包括料斗称重传感器、称重变送器、V/I变换电路等。料斗称重传感器将料斗及料斗中的原料重量变换成毫伏级的模拟量信号,经信号放大器放大和V/I变换将电压信号转换成电流信号远程传输至配料控制器的SPCE061A内部A/D转换器,将V/I变换后的模拟量信号转换成数字量信号,传送至数据处理模块；
(4)电磁振动给料机控制模块该模块主要由开关量输出电路和可控硅功率驱动电路组成。根据配料控制需要,该模块输出不同的开关量信号改变电磁振动给料机振动频率,从而实现原料的给料量控制。为了避免强电信号对弱电信号的干扰,在该模块中采取了光电隔离措施；
(5)螺旋给料机控制模块该模块主要由SPCE061A内部D/A转换器、开关量输出电路、变频器组成。根据配料控制需要,该模块通过变频器、开关量输出电路控制螺旋给料机的起停,通过变频器、D/A转换输出控制螺旋给料机电动机的转速,从而实现给料速度的控制；
(6)按键显示模块该模块主要由按键接口电路和显示接口电路组成。在按键显示模块中,按键主要由数字键和功能键组成:数字键主要用于单机运行时各种配方参数的设置；功能键主要用于选择配料控制器的运行模式(单机运行、与上位机联网运行)。显示系统主要包括2部分:一部分是用LCD实时显示称量料斗中物料的重量或设置参数；另一部分用8个发光二极管实时显示控制器的各种工作状态(如配料开始,通讯等)；
(7)通讯模块为了实现与上位机的通讯,该模块按照RS232标准和RS485标准设计:一个是通过MAX232芯片将单片机的TTL电平转换成RS232接口电平,以满足近距离通讯的要求；另一个是通过MAX487芯片将TTL电平转换成RS485接口电平,这样可以将由单片机作为控制核心的配料控制器挂接在RS485通讯网络,以满足远距离通讯的要求；
三、系统软件结构
1．上位机软件结构及功能
本系统选择VB6.0[6]作为上位机软件平台,其可方便地编出界面友好的应用程序,具有强大的数据库功能,能很好地处理好配方数据,便于进行系统设置或配方改变,同时还能制作自定义ActiveX控件,实时显示被控系统的运行情况和料斗物料的重量,能很好满足自动配料系统上位机应用软件平台的要求。
主程序窗体主要由三大部分组成,即系统监控部分、配方管理部分和系统设置部分。采用Frame控件将各功能模块分组。选择某功能键,相应Frame的内容就会显示出来。
(1)系统监控部分
在配料系统的监控部分做了大小料斗两种自定义控件进行显示图样设计,利用图形效果把整套配料系统的工作情况和配料控制系统的重量数据在屏幕上显示出来,用户可非常直观地对下位机混合料斗的工作情况进行监视,并可用对话方式进行设置和控制。数据采集由单片机完成。上位计算机与单片机之间用总线连成网络结构,以问答方式进行数据通信。为更加形象地显示和区分各料斗的工作情况,用户可根据情况和爱好设定它们各工作状态的颜色。所有设定在关闭系统时会自动记录在文件中。在这部分的通信模块中,使用COM控件建立与串行端口的连接,通过串行端口连接到下位机通讯网络,发出命令、交换数据、监视和响应串行连接中发生的事件和错误,并使用OnComm事件和CommEvent属性检查通讯事件和错误的值,使应用程序对这些情况作出相应的反应。
(2)配方管理部分
配方管理程序主要对系统配方进行编辑、管理、打印。本系统利用VB6.0的引用功能,引用MicrosoftActiveXDataobjects2.0Library,以编程形式和用ADO编程数据库技术创建MicrosoftAccess数据库文件,然后把配方数据加入数据库文件中保存下来。利用VB6.0中的ADOData控件和MSHFLexGrid网格控件显示配方数据库文件,包括各成分的名称、质量、百分比等。利用COM组件中的对象,在VB中直接访问Excel数据,进行Excel预览和报表打印。
(3)系统设置部分
系统设置功能主要有修改登录密码,修改通讯端口,显示数据刷新设定,小阀切换时间和系统周期间隔设定等。
2．下位机软件
SPCE061A单片机是16位单片机，编程语言可以是汇编或C语言。下位机的软件包括主程序、子程序及各功能程序，采用模块化的程序设计方法，可读性强，便于维护升级。程序主要有以下几个部分构成：
（1）系统初始化模块：实现下位机地址读取、与上位机的通讯初始化，系统时间读取、配料阀复位等；
（2）系统自测试及故障处理模块：系统发生故障、停电时关闭配料阀、停止工作做出故障状态指示，自动配料状态时向上位机发送故障信息；
（3）键盘、显示模块：实现下位机地址设置，手动操作时的系统时间修改和配方匹次输入及当前配方、匹次显示；
（4）自动配料模块：根据配方、匹次等配方数据自动配料；读取电子称信号，根据电子称信号来确定控制配料阀的开关状态来完成各种料加入搅拌罐；
（5）时间日历数据读写模块：读取时间、日历以便配料数据存储和故障记录；
（6）数据存储器数据读、写模块：完成下位机地址、配方、匹次数据的读、写功能；
（7）通信模块：实现下位机与上位机的配方、匹次、工作状态、故障等数据传送。
四、结束语
由凌阳公司的高性能16位SPCE061A构成的分布式自动配料控制系统通过RS485网络将诸多分立的单片机配料控制器与上位工业称重控制计算机连接起来,可以在工控机上通过监控软件轻松地实现集中监控和配方等数据的管理,具有结构灵活、人机界面好、集控制和管理于一体等优点。该系统采用分布式控制，下位机可单独运行，上位机关机或死机不影响数据保存和正常的生产，上位机正常后数据可由下位机发出并保存到上位机上；系统的抗干扰性方面采取了多重措施：在通讯线路中加压敏电阻和单片机与外部接口电路采用了光藕隔离防雷击；数据通讯采用双从应答方式和双芯屏蔽通讯线，确保通讯可靠性；使用软件陷阱保证系统能长时间正常运行等等。该分布式微机配料控制系统现已用于饲料生产中,实践证明,该系统功能全面,工作稳定可靠,性能价格比高,具有很高的实际应用价值。

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