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1工作原理
在化工、水泥生產(chǎn)、糧食、伺料加工過程中，都需對(duì)成品進(jìn)行定量包裝C傳統(tǒng)的定量方式是采用人工裝包或使用杠桿式機(jī)械包裝秤。但無論采用哪種方法都難以達(dá)到計(jì)童精度，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。我們研制的TG系列包裝計(jì)量秤是采用現(xiàn)代傳感技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的電腦型包裝計(jì)量秤。其產(chǎn)品有：適用于粉狀和顆粒狀料的螺旋式有斗秤;適用于顆粒料小尺寸插門式無斗秤.
TG系列電腦包裝計(jì)駐秤，主要由機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)（秤體）和電腦控制器兩大部分組成，其中秤體由存料斗、氣缸控制或電動(dòng)控制進(jìn)料裝置和夾袋機(jī)構(gòu)、各種位置開關(guān)等構(gòu)成。電腦控制器由MCS-51系列單.片微型計(jì)算機(jī)配以高精度稱重傳感器、儀表放大器和12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器以及光電隔離輸入、輸出、圧0顯示、鍵盤輸入和數(shù)據(jù)存貯器等組成“
按秤的運(yùn)動(dòng)原理是：當(dāng)操作者在夾袋機(jī)構(gòu)上套有包裝袋后，包裝秤自動(dòng)采集皮重，并通過電磁閥控制氣缸運(yùn)動(dòng)，打開下料門開始下料，當(dāng)下料到預(yù)先設(shè)定的重量時(shí)，下料門關(guān)閉一部分.使下料速度減慢，爾后,料下到另一規(guī)定重量時(shí)又使門關(guān)小一部分，使用最慢的速度繼續(xù)下料，在袋中料達(dá)到規(guī)定重量時(shí)立刻關(guān)閉下料門，停止下料，自動(dòng)卸袋，并等待下-包的稱重，
整個(gè)過程均由控制器自動(dòng)完成，而重暈的變化是由兩只應(yīng)變式稱重傳感器來感知，通過儀表放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)來處理的。其控制方框圖如圖1所示°
在該電腦包裝計(jì)量秤的研制中，首次采用平插門、單氣缸和通用型電磁閥新型結(jié)構(gòu)控制多種下料速度。
2控制器硬件組成
控制器硬件主要由：CPU部分、鍵盤顯示部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、I/O部分、放大部分、通訊部分、數(shù)據(jù)存貯部分和電源部分等八大部分組成。
（2.1）CPU部分：采用AT89CH配以6M晶振構(gòu)成，其中P0口作總線用，P1口作輸入、輸出用，円口作普通I/O和特殊功能用，為節(jié)省I/O口，P2口沒有作高8位地址，只用2位作為片選信號(hào)，其余6位用作I/O。
（2.2}鍵盤顯示部分:它是以專用鍵盤顯示電路intell8279為核心，配有20只鍵的觸摸鏈盤和10位LED顯示的鍵盤顯示系統(tǒng)，其中4位顯示稱重量,6位顯示累計(jì)包數(shù)和累計(jì)重蠻，段驅(qū)動(dòng)僅用一片驅(qū)動(dòng)器74LS24O,位驅(qū)動(dòng)也僅一片BCD碼譯碼驅(qū)動(dòng)器74IS145構(gòu)我最簡系統(tǒng)-
（2.3）    A/D轉(zhuǎn)換部分:A/U轉(zhuǎn)換釆用逐次;®近A/D轉(zhuǎn)換器AD574KD,它具有【2位并行輸岀功能，
最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為45秒。
(2.5)    放大部分:放大部分使用儀表放大器AD524和部分測理電路組成,
(2.6)通訊部分:供系統(tǒng)利fflAT89C51提供的串行通訊功能位RXD和TXD兩檢特殊功能位，輔以2路光電隔離電路迸行電平變換構(gòu)成完整可靠的RS232通訊接口。使用SN75LBC184構(gòu)成RS-4&5通訊接口，兩種接口可任選其一，轉(zhuǎn)換方便。
(2.7)敷據(jù)存貯部分:該系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)和部分參數(shù)是需長期保存，因此釆用一片DS122O非易失
數(shù)據(jù)存貯器，該存貯容量為2K字節(jié)，它具有讀寫速度快、保存時(shí)間長(10年)等特點(diǎn)，主要用于存貯臨時(shí)數(shù)據(jù)和長期獨(dú)存數(shù)據(jù)及一些設(shè)定參數(shù)。

圖1    系統(tǒng)組成圖
(2.8)    慮源:本系統(tǒng)共提供+5V、±15V和+8V四種電源。
3軟件系統(tǒng)組成：
3.1由于孩系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為控制器的CPU,因此該軟件采用MCS-51匯編語言編程。程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊之間可互相調(diào)用，対于通用處理程序使用小塊子程序,便于各功能塊的配合和調(diào)用。其基本模塊為：初始化模塊、參數(shù)輸入模塊(鍵盤輸入)、稱重模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、累計(jì)模塊、清零模塊、通訊模塊等。各模塊之間釆用子程序調(diào)用或中斷調(diào)用等辦法來協(xié)調(diào)。，島之，系統(tǒng)工作時(shí)，由系統(tǒng)總控程序管理,稱重程序完成釆皮重、夾袋、稼重、卸料的全過程。由于該系統(tǒng)的特殊性，鍵盤輸入、各幵關(guān)量的輸入均采用査詢方式，但通訊是采用串行口中斷方式，這樣能保證從機(jī)可隨機(jī)接受主機(jī)的各種命令，達(dá)到渣零.傳遞數(shù)據(jù)的目的。利用RS232和RS485共用一通用程序,很容易便不同用戶使用不同通訊口構(gòu)成多機(jī)通訊管理系統(tǒng)，因程序共有1800多條，故不列清單，其系統(tǒng)框圖見圖2,禰重模塊框圖見圖3,誦訊中斷子程序框圖見圖4

3.2對(duì)“落差”的自尋優(yōu)設(shè)計(jì)
所謂“落差”即在計(jì)量秤關(guān)門，停止F料后.落于料斗的“殘余料重”，由于下料速度及成品倉倉壓是不均勻的，故“殘余料重”也是不同的，故要進(jìn)行所謂的“落差修正”，在該系統(tǒng)中.我們釆用的是人工預(yù)定和自尋優(yōu)修正相結(jié)合的辦法。其具體辦法如F：
由比例調(diào)節(jié)基本關(guān)系式：
△Y=SX    （1）
控制誤差。式中為輸出變化為輸.人變化量,K為比例系數(shù)，其中就是本系統(tǒng)要求輸出的控制門限，而控制門限的修正，是由控制誤差的變化量決定的。所以控制誤差就是算式的輸入變化最「控制誤差是設(shè)定值同實(shí)際值之間的差值。要求修正的控制門限變蚩，是由“本次控制門限”同修正后的''下一次控制門限”之差決定的°根據(jù)以上分析，將比例調(diào)節(jié)關(guān)系式（1）演化為具體的測控?cái)?shù)學(xué)關(guān)系式：
K（Fs-F。    ⑵
式中：虬《“宀為下一次控制門限值，Eg為本次控制門限值,K為比例系數(shù).％為設(shè)定值,F［為實(shí)際值、
軟件實(shí)際運(yùn)行的算式是：
Fy=F^+KtFs-Fi）    ⑶
算式的關(guān)鍵是求出：“下一次控制門限值”，而“本次控制門限值”是上一次測控過程中得到的“F一次控制門限值氣周而復(fù)始，就形成了自尋最優(yōu)控制門限，自適應(yīng)現(xiàn)場條件變化的過程，使系統(tǒng)具有一定智能化水平。
系統(tǒng)的控制誤差的獲取,是利用等待時(shí)間自動(dòng)完成的（系統(tǒng)機(jī)械穩(wěn)定后才允許卸包八具體是在發(fā)出關(guān)斷進(jìn)料閘板信號(hào)卮，延時(shí)0.5秒，苒測一次現(xiàn)場重量，該重晝?yōu)閷?shí)際值，設(shè)定值同實(shí)際值之差就是控制誤差，進(jìn)而求出下一次控制門限值.
首次逅行時(shí)，采用工人鍵盤輸入本次控制門限，在計(jì)覺裝置運(yùn)動(dòng)后，按公式耗算“下一次控制門限值”，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)尋優(yōu)狀態(tài)。
比例系統(tǒng)的選取，決定控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，過大將產(chǎn)生較大的超調(diào)童，過小則尋優(yōu)速度太慢。我們?nèi)?，效果較好，
4抗干擾措施
由于包裝計(jì)景裝置所處的環(huán)境有較強(qiáng)的電磁干擾，粉塵污染嚴(yán)重，有的地方電網(wǎng)也很不穩(wěn)定，因此必須有較好的抗干擾措施才能保證其正常工作.
4.5精密、穩(wěn)定、可靠的電源：使形隔離變壓器和電源低通濾波器，作為各整流穩(wěn)壓電源的輸入.電源容蛍留有充分余量。整流和穩(wěn)壓前后有高、低通濾波電路。對(duì)于傳感電源，使用AD574中+】QV的輸出基準(zhǔn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，采用LM308作為負(fù)反饋放大器經(jīng)IWOO信流放大后輸入】0V電源作為傳感器電源。這樣，放大電源,傳感器樁壓、A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)統(tǒng)一，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度一
4.2軟件采用重合濾波法：即去極值平灼法和加權(quán)平均值法的綜合在采集一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)連續(xù)釆樣（1。次）,去掉最大值和最小值，余下（8次）職算術(shù)平均值,再與前7次（共8次）數(shù)據(jù)求加權(quán)平均值°具體方法是在內(nèi)存中建立隊(duì)K固定為m的隊(duì)列存貯區(qū)，每進(jìn)行一新的測導(dǎo)，將結(jié)果推入隊(duì)尾，向前遞推，將位于隊(duì)首的最舊的數(shù)據(jù)推出隊(duì)列，只有隊(duì)利中的數(shù)據(jù)參加加權(quán)平均值計(jì)算、該方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是：在相對(duì)不增加采樣次數(shù)的條件下，使更多的數(shù)據(jù)參數(shù)均值計(jì)算.強(qiáng)化了濾波效果。放在隊(duì)列中的每個(gè)數(shù)據(jù)郁是連續(xù)采樣10次后，去掉一個(gè)最杪[和一個(gè)最小值，余下8次數(shù)據(jù)作算術(shù)平均的結(jié)果。隊(duì)列長度固定為m=8,所以獲得一個(gè)有效數(shù)據(jù)只菜*10次，實(shí)際上是80個(gè)采樣數(shù)據(jù)的結(jié)合結(jié)果°我們在“權(quán)”系數(shù)上做得比較粗，前7次之和的“權(quán)”系數(shù)是1/4,而最后一次的“權(quán)”系數(shù)是3/4。
4.3所有輸入、輸出都采用光電隔離電路，且所有位置、狀態(tài)開關(guān)均使用霍爾磁性開關(guān),傳感器使用屏蔽線輸入,有效地防止了干擾信號(hào)的引入。
4.4采用1L7705CP電源監(jiān)視電路，在電源波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。由于軟件設(shè)有相應(yīng)斷點(diǎn)，可恢復(fù)工作。有效防止因電源波動(dòng)引起的“死機(jī)”和“跑飛”現(xiàn)象。
4.5接地合理良好.尤其注意外接電路與單片機(jī)的地線的處理。
4.6對(duì)于常用數(shù)據(jù)釆用多地址存放，比較措施，保迎了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確。
IC系列全自動(dòng)包裝秤先后在湖南、湖北、安徽的糧食、飼料加工和水泥生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，經(jīng)過近四年的實(shí)際考驗(yàn)，證明該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)先進(jìn)，硬件穩(wěn)定可靠，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，計(jì)皇精度達(dá)到了0.2%,數(shù)據(jù)輸入、修正方便。具有實(shí)用搓廣價(jià)值。
5結(jié)束語
采用角位移變換器的涂布機(jī)三環(huán)張力控制系統(tǒng)，是作者設(shè)計(jì)并運(yùn)用MAHAB的SIMULTNK計(jì)算機(jī).仿真技術(shù)指導(dǎo)調(diào)試。該系統(tǒng)已在湖北省某紙廠的涂布機(jī)上應(yīng)用，多年來，運(yùn)行效果良好。
目前絕大多數(shù)國產(chǎn)的諸如造紙，紡織.卬染以及化纖等設(shè)備，都是不帶張力調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng),生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不高，檔次低，車速上不去，生產(chǎn)效率也很低。如果采用本文介紹的張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所添元件和設(shè)備的成本低廉.即可大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這種張力閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)有關(guān)工業(yè)設(shè)備的更新改造有著廣泛的應(yīng)用前景。

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