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本文介紹了基于87C520CPU為核心的動態(tài)稱重皮帶秤儀表SA201H。以及該表的功能和設(shè)計原理。
隨著高爐強(qiáng)化冶煉和噴煤粉量的提高，煉鐵對質(zhì)料的要求越來越高。在球團(tuán)生產(chǎn)工藝進(jìn)程中，須要將鐵料、燃料、熔劑、返礦等幾種質(zhì)料按肯定比例配成殽雜料，配比的精確性以及配料體系的可靠性將直接影響燒結(jié)礦、球團(tuán)礦質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。在鋼廠球團(tuán)多套自動配料體系中，議決以單個87C520CPU為核心的動態(tài)稱重儀表所組成的一個個體系為子控制體系，將現(xiàn)場的重量信號收羅和處理懲罰處罰，交由上位高級機(jī)處理懲罰處罰，并由單個87C520CPU為核心的動態(tài)稱重儀表完成信號處理懲罰處罰和發(fā)出控制指令，成了穩(wěn)固可靠，先輩成熟、輕便實用的燒結(jié)自動配料系列產(chǎn)品。本文所介紹的便是鋼廠球團(tuán)配料計量中采取的最新技能研制和生產(chǎn)的高精度、高可靠性的新一代皮帶秤儀表SA201H。該儀表可與種種差異規(guī)格的皮帶秤秤架組合利用，對種種散狀質(zhì)料舉行連續(xù)計量和定量配料的實時控制。該儀表采取87C520CPU和24位A/D轉(zhuǎn)換器，其智能化的PID電流輸出可以議決調(diào)速器或變頻器對種種滑差電機(jī)以及互換電機(jī)舉行調(diào)速控制，以順應(yīng)于圓盤給料機(jī)、電振器、螺旋給料機(jī)等給料配置以及直接拖料等定量給料要領(lǐng)的控制須要。
1 工作原理
SA201H皮帶稱儀表的工作原理圖如圖1所示。圖1 SA201H皮帶稱儀表的工作原理圖
由力傳感器檢測到物料的重量轉(zhuǎn)變成毫伏級電壓信號，經(jīng)過運算放大器處理放大后，A/D轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果由SA201H中的CPU按一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實時運算和補(bǔ)償，得到瞬時流量和累計重量。計算結(jié)果可以通過LCD顯示，也可通過外圍電路以標(biāo)準(zhǔn)信號的方式輸出。SA201H儀表還可以通過RS485接口與計算機(jī)之間進(jìn)行通訊，從而實現(xiàn)計算機(jī)管理和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用220VAC供電，并輸出給傳感器高精度的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，電源的電壓大小根據(jù)現(xiàn)場傳感器和儀表間的距離來調(diào)整。
2 SA201H儀表主要技術(shù)指標(biāo)
儀表稱重線性度：0.02%F?S；
稱重輸入靈敏度：0.15μV/d；
儀表與稱重傳感器距離：≤1500 m；
皮帶秤動態(tài)計量準(zhǔn)確度：±0.25%，±0.5%，±1.0%，（20~100%額定流量）；
皮帶秤動態(tài)配料準(zhǔn)確度：±0.5%，±1.0%，±2.0%，（20~100%額定流量）；
儀表工作溫度：-10℃~+40℃。
3 系統(tǒng)構(gòu)成
3.1 單片機(jī)系統(tǒng)
系統(tǒng)控制器選用INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)87C520，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，標(biāo)準(zhǔn)MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。
87C520內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32k片內(nèi)程序存儲器（EPROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。
此外，87C520還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU，而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。
3.2 A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用ADS1212作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它是一個具有高精度、寬動態(tài)特性的Δ－Σ型A/D芯片。1）ADS1212特點
(1)Δ－Σ型A/D轉(zhuǎn)換器。
(2) 采樣數(shù)據(jù)輸出速率在10Hz時有效分辨率時可達(dá)到20位，采樣數(shù)據(jù)輸出速率在1000Hz時有效分辨率可達(dá)16位。
(3) 最低功耗為1.4mW。
 (4) 差分輸入。
 (5) 具有可編程的增益放大器。
(6) SPI兼容SSI接口。
(7) 可編程設(shè)置采樣速率。
(8) 可使用內(nèi)部或外部的參考電壓。
(9) 具有芯片自校準(zhǔn)功能。
2）主要性能
可編程增益放大器的增益(G)可設(shè)為1、2、4、8、16，而加速因子(TMR)也可設(shè)為1、2、4、8、16，它們之間的關(guān)系為乘積應(yīng)≤16。采樣精度同增益和加速因子的設(shè)置都有關(guān)系，這里需要指出的是，不能同時追求采樣速度和采樣精度，只有選取合適的速度和精度才能最大限度的發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢。3）主要功能寄存器
ADS1212內(nèi)部有5種功能寄存器。其中指令寄存器(INSR)和命令寄存器(CMR)用于控制轉(zhuǎn)換器的操作。數(shù)據(jù)輸出寄存器(DOR)用于存放最新的轉(zhuǎn)換結(jié)果。零點校準(zhǔn)寄存器(OCR)和滿量程寄存器(FCR)用于對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。
3.3 LCD顯示及驅(qū)動系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用串行接口8位LED數(shù)碼管及64鍵鍵盤智能控制芯片HD7279A。
HD7279A是一片具有串行接口的，可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨立LED）的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。HD7279A內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時具有2種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、左移、右移、段尋址等。HD7279A具有片選信號功能，可方便地實現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。
4 按鍵電路
利用一鍵多用、雙鍵服用技術(shù)、依靠有限的按鍵，結(jié)合LCD顯示，可以完成用戶參數(shù)、廠家參數(shù)設(shè)置。實時顯示瞬時重量，瞬時流量，控制狀態(tài)，并能利用按鍵切換顯示累計量、機(jī)號—波特率、零點值，滿載率，配比號，配料設(shè)定值；傳感器所受載荷等參數(shù)的顯示。
5 軟件設(shè)計
5.1 模塊初始化
當(dāng)儀表通電后，系統(tǒng)需對時鐘源、輸入輸出端口、定時器、通訊模塊、A/D轉(zhuǎn)換器的寄存器進(jìn)行初始化；對ROM和EEROM進(jìn)行初始化。
5.2 按鍵和顯示模塊
顯示模塊包括正常情況下的顯示子程序和配合按鍵功能的顯示子程序，后者作為按鍵子程序一道作為中斷服務(wù)子程序，編制設(shè)定參數(shù)菜單程序。5.3 信號采集、流量及控制計算
87C520CPU按一定的時間進(jìn)行采樣，同時打開運算放大器，ADS1212轉(zhuǎn)換器得到的是經(jīng)過運算放大器放大的數(shù)字量。
動態(tài)稱重的計算模型比較復(fù)雜，其基本表達(dá)式分別為：
Qn=(P1+p2+……+pn)A*C
式中:
pi——第I皮帶上物料重量，單位為Kg；
A——校量系數(shù)；
C——斜率系數(shù)。
5.4 通訊模塊
定義串口之間的通訊接口協(xié)議，通訊子程序作為中斷服務(wù)子程序響應(yīng)串口的中斷請求。
6 應(yīng)用
SA201H儀表的應(yīng)用主要在以下幾個方面
1）稱重顯示儀表
2）智能儀表
可以作為單個的智能儀表。作為單個的智能稱重和分析控制單元工作，也可作為PLC及其它高級控制系統(tǒng)的下位機(jī)來組成系統(tǒng)，信號方面，可輸出0-10V、4-20MA控制信號，也可以作為智能顯示儀表7 結(jié)束語
本文介紹了SA201H稱重儀表的功能和設(shè)計原理。實踐證明，該儀表在鋼廠球團(tuán)的使用中取得了很好的效果，具有使用方便，性能穩(wěn)定可靠等特點，值得在鋼廠、礦山，碼頭等需要進(jìn)行動態(tài)稱重的領(lǐng)域推廣使用。

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