基于科氏粉料秤的流量测控系统设计

　　0　引言

　　扭矩式科里奥利流量计(简称科氏流量计)以其测量精度高、可靠性好、全密闭测量等优点而得到较广泛的认可[1]。目前,此类流量计的国外产品已较为成熟,国内诸多厂家都是引进德国Schenck公司的成套设备,只有个别厂家尝试将其国产化,但效果并不理想。大量的试验证明:该系统达到了很高的动态测量精度和稳定性,文中给出其设计思路和试验结果。目前,经补偿和标定后的测控系统测量精度优于±0·5%,且仍有提高的潜力,试验效果良好,具有良好的应用推广价值。

　　1　系统总体介绍

　　系统的基本组成和连接如图1所示,测控系统物理上由机械部分和电控部分构成。机械部分包括科氏秤和给料系统;电控部分则包括传感器电路、嵌入式处理单元(仪表箱)、液晶显示屏及键盘、电气控制按钮等。

　　电控部分的嵌入式处理单元(仪表箱)的功能是:接收中控室信号;向中控室发送信号;接收传感器信号,经过信号调理完成测量、计算;控制和调节系统工作转速;控制给料装置(包括给料器和搅拌机),从而实现对流量的控制;实现系统的总体操作控制,完成各种必要的人机交互;报警动作输出,模拟量输入输出等。控制柜提供现场和中控2种测控模式,当处于现场位时,可以通过控制柜上的各个电气控制按钮结合液晶屏实现现场的流量测控;当处于中控位时,则受控于中央控制室,从而实现测控系统的远程控制。

　　2　仪表箱硬件设计

　　传统的工业仪表多采用8位或16位单片机做处理单元的核心,但其运算处理能力和资源管理能力都很有限。这使得仪表功能大都很简单,性能提高非常困难。ARM是一种高性能、低功耗、低成本的32位的新型微控制器,运算处理能力和资源管理能力较8位和16位MCU有了显著的提高。它为较复杂的工业测控系统提供了全新的嵌入式解决方案。有实用价值的测控系统,必须具有人机交互、闭环控制、数据通讯和存储等功能。所研制的流量测控系统的硬件框架如图2所示。系统的处理单元选用AT91M55800(ARM)芯片做主控制核心。此MCU为工业级温度范围,最高处理能力为30 MIPS,具有丰富的片内资源: 8 KB的片内SRAM、6个16位的定时/计数器、RTC、看门狗定时器、3路USART(同步/异步串行接口)、8路10 BitADC、2路10BitDAC等[2-3]。仪表箱在设计上充分考虑了较远距离传输和控制,测量装置(即机械部分)安装于现场,而电气控制柜(内含仪表箱)可以离开一定的距离放置,方便操作且可离开现场环境。

　　2. 1　输入接口设计

　　输入信号有:起停控制、复位信号、现场/中控、状态检测、流量转速、流量设定、温度信号、键盘LCD等。其中起停控制、复位信号、现场/中控、状态检测为无源开关量,其电路见图3.