单片机液压控制系统在纸厂的设计和应用

　　1 前言

　　液压控制广泛地应用于纸厂造纸的真空压榨、施胶压榨、压光机、卷纸机、复卷机等部位, 目前大部分液压控制多采用手动旋钮输入调节液压控制系统的出口压力, 然后通过调节阀去执行。这种开环的控制方式稳定性差, 不仅容易造成液压失控, 直接将纸幅压溃断纸, 更会影响到成品纸的最终品质。因此, 改善液压控制系统一直是纸厂追求的目标。本文阐述的就是其中的一种方案: 通过引入单片机来作为液压控制回路的处理器, 实现PID 闭环控制。它不仅能完全实现液压控制的实时性, 而且具有良好的人机界面, 易于操作, 更能通过通讯总线与上层控制系 统 ( 如DCS、PLC、工控机等) 进行联络而接收遥控信号和发送信息^[1]。

　　2 单片机液压控制的硬件系统

　　单片机液压控制的硬件系统包括8098 单片机、8155 人机接口、数据和程序存储器、模拟输入输出I/O 口和转换电路等 ( 见图1) 。

　　单片机液压控制回路采用INTEL 8098 系列(16 位地址8 位数据) 的单片机, 它具有良好的性能价格比和非常高的集成度, 适宜于工业控制。其中采用12MHz 直接接于X1、X2 端来产生系统时钟, 因此它的状态周期为250ns。Ready 端接高电平, EA接地, 与ANGND 模拟地仅在芯片一点相连, Vref 接电源,复位电路由RC 回路构成^[1,2]。

　　系统的存储器包括 EPROM、RAM器件。RAM 用来存放液压控制系统的数据信息, 其数据信息分成两部分: 1)液压控制的设定压力值; 2) 液压控制的实际压力采样值。EPROM用于存放单片机液压控制回路的程序。

　　系统的8155 接口, 可以实现以下功能: 1) 通过↑和↓键可以对液压的输入设定值进行手动选择, 然后通过8个LED 输出来实现显示功能。如果是恒压输出, 前4 个LED 显示设定压力值; 如果是压力曲线输出, 前4 个LED显示为曲线号。后4 个LED 均显示实际采样压力值。2)通过8155 的I/O 口PB7、PC5 实现软件串行接口功能, 以便实现PC 机到系统的软件程序装载、浏览和数据信息的操作等命令。

　　液压控制回路的模拟信号处理是通过 8098 的A/D 口和PWM 端口来完成的。液压压力的模拟信号是压力变送器将压力信号变成4～20mA (Ⅲ型标准) , 为达到抗干扰的要求, 这里采用TC3 型直流信号隔离器, 将模拟信号转为脉冲调制信号, 然后将直流脉冲信号直接引入乘法型D/A电路, 可采用两片10 位的D/A 器件DAC1020 实现模拟信号的可编程放大技术, 最后在进入8098 的A/D 口之前,为保证A/D 转换的精度, 可以加上采样保持电路S/H, 之后, 模拟信号就可以进入A/D 口的ACH4 通道了。

　　模拟信号的输出, 可以采用8098 的PWM 口来实现,为满足电气隔离的要求, 信号从 PWM 口出来后, 需先经过光电耦合器进行信号隔离, 然后再把隔离后的信号通过限幅和滤波电路, 就成为与脉冲信号的占空比成比例的直流电压信号。再用这个信号去控制调节阀的开度。