1 前言

电磁振动定量给料机是一种新型给料设备, 用来把块状、 颗粒状及粉状物料从储料斗中均匀连续或定量地给到受料装置中去。在工业生产中, 定量给料设备广泛应用于煤矿、 冶金、 化工、 食品等行业中。随着生产的发展, 对配料的精度要求越来越高,因此开发和研制定量给料机的自动控制系统, 提高配料精度和设备的自动化水平, 具有重要的现实意义。

2 系统的基本结构及工作原理

工作时, 电磁振动给料机按控制给定量,将贮料斗里的物料送给固体流量计, 流量计将实际给料量检测出来,反馈给控制系统。如果实际值与系统的给定值不相符, 调节电磁振动给料机, 使给料量达到系统的值。从溜槽式固体流量计流出的物料经水平振动输送机, 垂直螺旋输送机又回到贮料器中, 构成一个循环系统( 见图 1) 。如果实际值与系统的给定值相符, 物料就由输料口输出。采用控制给料机的振幅来达到定量给料, 作为控制对象的电磁振动给料机的振幅, 由晶闸管控制的电压决定。

3 硬件控制接口

主要分为 8 个部分对系统进行设计, 即电源系统设计、 程序监视器设计、 存储器的设计、 AP D 转换器接口设计、 DP A 转换器接口设计、 键盘显示接口设计、 强电驱动 IP O 口设计和串行口扩展设计( 见图2) 。

在整个单片机系统设计中, 电源的设计是要首先考虑的, 为 8031 供电为直流+5V, ADC574 和DAC1210 供电需+ 5 V 和一组+ /- 12 V 电源, 控制强电继电器则需要+ 12 V 供电。通过输入、 降压、整流、 滤波、 稳压, 输出所需电压。

由于单片机的自身抗干扰能力较差, 尤其是在一些条件比较恶劣, 噪声大的场合, 常会出现单片机因外界干扰而导致死机的现象, 造成系统不能正常工作, 设置程序监视器 MAX692 是为了有效地抗干扰和保护数据, 使系统可靠工作。

系统采用 8031 单片机来开发, 扩展一片 27256程序存储器和一片 6264数据存储器。选用 74LS138译码器作为芯片的片选, 系统输入模拟量和输出模拟量各一路, 考虑系统对精度的要求, 分别选用 12位的ADC574和 12位DAC1210 作为系统A/ D和D/ A的扩展, A/ D 和 D/A 与 C/U 之间采用总线隔离技术, 从固体流量计测出的流量经电阻应变式测力传感器, 转换成电压, 经 ADC574 转换成数字量, 经单片机中PID 控制, 控制 DAC1210 的输出电压控制晶闸管, 再调节给料机的振幅。系统中有2个垂直螺旋输送机的振动电机、2 个水平输送机的振动电机和1 个电振机需要控制启动和停止, 单片机通过光电隔离将控制信号传给这些强电控制设备。用8155扩展 8 个键盘、8 个七段数码管显示接口。采用PC机作为上位机, 单片机作为下位机的分布式结构, 选用 MAX485 芯片对 8031 的串行口进行扩展, 实现主机对丛机的远距离现场控制。

系统控制框图: 反馈量经 A/D 将模拟量转换成数字量, 然后与设定量作差值运算, 经 PID 控制器运算, 输出结果经 D/A 变成模拟量, 调节相应的参数,控制执行机构, 达到调节的目的( 见图 3) 。

4 软件设计

将系统程序分为五大主要模块即主程序模块、显示模块、键盘操作模块、 串行口通信模块、 定时器T0 中断处理模块和PID 控制模块。

主程序模块对系统进行初始化。显示模块是将片内 RAM 的显存信息送给 8155 输出显示。键盘操作模块功能是进行参数设置、 标定以及系统启动和停止的控制。串行口通信模块设置串行口工作方式为 3, 实现多机通信, 由于下位机的实时性较高, 因而一般采用串行中断的方式进行通信。定时器 T0中断处理模块主要是实现计数、 顺序启动设备、延时停机。PID 控制模块是根据 PID 控制增量式算法算出 △u( n) , 再根据 u( n) = u( n- 1) + △u ( n) 算出控制量 u( n) , 并将其转换成整数, 发送给 D/ A 转换器。

5 结语

电磁振动给料机由于运用了机械振动学的共振原理, 消耗电能少。采用单片机控制电磁振动给料机给料均匀, 调节给料机的振幅, 在额定振幅范围内, 通过输入自动控制信号可以直接调节振幅, 可以调节给料机的给料量。具有结构简单, 易于调节, 工作稳定和远距离微机控制等特点, 可实现生产流程的集中控制和自动控制。

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