一种实用的微机自动配料秤系统

　　1　引言

　　在冶金、矿山、电力等行业,配料工序是十分重要的环节。而这些行业的生产现场环境比较恶劣,往往采用人工“跑盘”的计量手段,劳动强度大。利用MCS-51单片机和DCS系统设计的配料秤系统,解决了配料的自动检测与控制问题。

　　2　设计思路

　　2·1　配料秤系统的组成

　　配料秤由其上方电振给料机供料。为了实施自动配料,提高配料精度,配料秤皮带为可调速皮带。富士G9型变频器同时控制配料秤皮带和电振给料机的速度。配料秤选用了荷重传感器TY1003、速度传感器CS-40,分别配智能变送器DBZ-Ⅱ及变送器BSQ-2,秤的二次表用8031单片机设计。二次表的一路瞬时量输出4~20mA电流信号经配电器SDBT-211隔离后,分两路分别进入S-9000系统和Infi-90系统。系统的示意图如图1所示。

　　2·2　秤的计量原理

　　秤的计量原理为:当皮带机单位长度上物料重量为q,皮带的速度为v时,皮带机上每秒钟内单位长度上通过物料的重量为qv.那么皮带机在Δt时间段内通过的物料为∫qvdt(积分区域为t1→t2的Δt时间段),配料秤所有的信号都以此量为基础演变而出。

　　2·3　秤信号的变换

　　秤的测速传感器是带有40槽的光栅辊,直径为0·15m,每转一圈相当于皮带行走了0.471 m,电气原理如图2所示。

　　在图2中,皮带的速度快慢通过光栅感应出GK102导通时间的长短,它和信号端+5 V脉冲的宽度成反比。因此在变送器的输出端得到成反比的4~20mA电流信号,在生产时其运行速度被调整至20mA对应0m/s,18mA对应0.8 m/s(上限速度,相对与变频器运行在50 Hz),其常用速度为0.4 m/s,对应19mA电流。

　　秤的荷重传感器共2只,量程为30 kg,输出信号为0~20mv.秤的量程被定义在0~20 t/h(常用流量约16t/h),为了便于计算其单位皮带上的料重,对变送器的输出端定义为20 kg/m对应20 mA,0 kg/m对应4mA.若皮带速度为0.4 m/s,下料量为16 t/h,则DBZ-Ⅱ变送器的电流输出为15.11 mA,这项工作需要在校秤时,先用磅秤量出单位皮带上的料重,再在DBZ-Ⅱ变送器上准确地调校输出电流值。

　　2·4　单片机二次表的软、硬件设计

　　2.4.1　硬件的工作原理

　　秤的二次表原理图如图3所示(不包括电源部分),是用8031单片机为CPU来设计的。重量和速度的电流信号经多路选通器4051选通分别进入I/ V网络中,转变成0.4~2V的电压信号,输入A/D5G14433中。8031的P2.4、P2.5口作为4051的选通信号,A/D被当作CPU的外部数据存储器的一个单元,用MOVXA,@Ri指令将A/D数据从P0读入。因运行程序较小,只用了一片2716EPROM,且其地址线只用了P0.0-P0.7,当8031读2716的数据时,8D锁存器373锁存2716的地址。此外P0口还轮流输出瞬时流量值至发光8段数码管(包括小数点)LED,其显示格式为××.××(t/h)。4位LED的选通信号由P1.4-P1.7给出。二次表的量程由外部的4位KBM型拨盘开关来设定,量程4位数的设定格式为××.××(t/h),每一位都是4位二进制的8421BCD码,这4位数还要用软件变成十六进制的数,正是因为量程的设置用的是硬件,所以二次表的量程参数不需要用后备电池来保存。拨盘BCD码由P1.0-P1.3处输入,其选通信号为P2.0-P2.3.配料秤的瞬时流量由P3口输出,其8位数字量输入0832D/A中,经放大和V/I网络的转换变成4~20mA的标准电流信号至DCS系统中。单片机的运行中,让定时器T0处于工作方式2,每125ms产生一次中断,作一次累加流量值的工作,当累加至1 t时,由P2.6输出一脉冲,驱动电磁计数器计量累积值。