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水泥包裝是水泥生產(chǎn)、銷售的重要環(huán)節(jié)，也是水泥生產(chǎn)的最后一道環(huán)節(jié)．一條完整的水泥包裝生產(chǎn)線一般是由上料系統(tǒng)、料位控制系統(tǒng)、定量包裝系統(tǒng)、控袋系統(tǒng)及輸送系統(tǒng)組成的，定量包裝部分是生產(chǎn)線上最重要的部分［１］．目前中國中小型水泥廠生產(chǎn)的包裝生產(chǎn)線中，采用的仍是老式的機(jī)械杠桿式包裝機(jī)，這種包裝機(jī)體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粉塵大，而且計量的精確度比較低，水泥包裝袋重不容易控制和調(diào)整，操作工人在操作過程中的勞動強(qiáng)度很大，先進(jìn)的儀器價格較高，無形中會增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本．所以，研制出經(jīng)濟(jì)實用的定量包裝控制系統(tǒng)是非常有用的．考慮到水泥包裝環(huán)境惡劣，為了提高袋重的合格率，提高生產(chǎn)效率，結(jié)合單片機(jī)具有體積小，功耗低，運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)等特點，可以在包裝機(jī)械中使用單片機(jī)，使包裝技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)機(jī)電一體化控制，從而提高包裝機(jī)械的自動化程度、運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性［２］，利用軟件對包裝機(jī)進(jìn)行自動校零、動態(tài)調(diào)整等全自動控制，使水泥的包裝生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化．
１系統(tǒng)總體設(shè)計
１．１系統(tǒng)功能分析
結(jié)合水泥生產(chǎn)線的特點，所設(shè)計的控制系統(tǒng)主要具有以下功能：（１）可以為生產(chǎn)過程的機(jī)電裝置提供必要的保護(hù)措施，能夠自動識別傳感器信號開路或短路故障；（２）具有自動調(diào)零功能，實時檢測裝袋的重量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后送３位ＬＥＤ數(shù)碼管顯示．當(dāng)袋重的誤差在設(shè)定的范圍內(nèi)波動時，可以直接由主機(jī)發(fā)一控制命令，繼電器動作關(guān)閉閥門，同時計數(shù)器加１，表明裝了１袋．當(dāng)連續(xù)５袋或以上均超過或低于標(biāo)準(zhǔn)值時，則由主機(jī)實施動態(tài)調(diào)整，即提前或滯后關(guān)閉閥門；（３）有死機(jī)和應(yīng)急處理措施，當(dāng)變送器在工作過程中，超過一定時間沒有將信號傳入主機(jī)，主機(jī)則發(fā)出報警信號，等待人工處理；（４）一個包裝單元（可以是箱、袋）應(yīng)能在１～５０ｋｇ計量的范圍內(nèi)隨意設(shè)定，當(dāng)袋重不在設(shè)定值范圍內(nèi)，超過誤差許可的范圍時，經(jīng)過５次調(diào)整均無效時，由主機(jī)發(fā)出報警信號并停止袋裝，等待人工處理．
１．２系統(tǒng)原理
該定量包裝電氣控制系統(tǒng)主要由ＰＣ機(jī)、單片機(jī)、重量變送器、按鍵電路、ＬＥＤ顯示器、聲光報警系統(tǒng)、穩(wěn)壓電源等部分組成，整個控制系統(tǒng)的組成框圖如圖１所示．信號采集應(yīng)用重量變送器，用來將水泥袋重轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號（如４～２０ｍＡ，０～５Ｖ），來自變送器的電信號接入單片機(jī)芯片的Ｉ／Ｏ接口，通過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過提高Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的時鐘頻率并調(diào)整有關(guān)外部元件數(shù)量，從而保證系統(tǒng)稱量精度．主機(jī)完成數(shù)據(jù)的輸入計算、比較并輸出相應(yīng)的顯示、報警、控制等信號．

2系統(tǒng)硬件設(shè)計
核心控制電路采用美國Ａｔｍｅｌ公司的Ａｔｍａｇｅ８單片機(jī)，作為一款高性能、低功耗的８位ＡＶＲ微處理器，具有其他單片機(jī)許多功能如自帶ＦＬＡＳＨ程序存儲器、看門狗、ＥＥＰＲＯＭ、同／異步串行口、ＴＷＩ、ＳＰＩ、Ａ／Ｄ模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器／計數(shù)器等和多種功能增強(qiáng)可靠性的復(fù)位系統(tǒng)，具有降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器／計數(shù)器、具替換功能的Ｉ／Ｏ端口等［３］．電路如圖２～５所示，在水泥生產(chǎn)的過程中通過重量變送器ＤＢＺ－２進(jìn)行信號的采集，將水泥包的重量轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬量，通過負(fù)載，把模擬量輸入到ＡＤＣ０口，片內(nèi)的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由主機(jī)進(jìn)行比較處理后，送到３位ＬＥＤ顯示器進(jìn)行顯示．當(dāng)１袋水泥的重量符合誤差范圍內(nèi)要求則對其進(jìn)行包裝，包裝好后，同時片內(nèi)的８位計數(shù)器加１，然后同時由主機(jī)發(fā)出命令，通過ＰＣ３口控制電磁鐵關(guān)閉閥門．在水泥生產(chǎn)中，當(dāng)連續(xù)５袋或以上均超過或低于標(biāo)準(zhǔn)值時，則由主機(jī)實施動態(tài)調(diào)整，即提前或滯后關(guān)閉閥門．當(dāng)袋重不在設(shè)定值范圍內(nèi)，超過誤差許可的范圍時，經(jīng)過５次調(diào)整均無效時，由主機(jī)發(fā)出報警信號，通過ＰＣ２口控制報警電路．當(dāng)機(jī)電裝置發(fā)生故障時，通過ＰＣ２口發(fā)出報警信號．端口ＰＢ（０～７）控制８段數(shù)碼管，３個按鍵分別接ＰＤ５、ＰＤ６、ＰＤ７口．

３個按鍵控制包裝量，占用比較少量的Ｉ／Ｏ口．采用非矩陣式鍵盤，這種簡連接方式使得程序?qū)Π存I的識別變得非常容易，將每個按鍵的一端接地，另一端分別接到ＰＤ５、ＰＤ６、ＰＤ７，采取查詢的方式來實現(xiàn)按鍵的識別，這時ＣＰＵ只要一有空閑就調(diào)用鍵盤掃描程序，查詢鍵盤，識別鍵值，并予以處理．
顯示器電路采用３位８段ＬＥＤ動態(tài)顯示．其中段碼線占用了１個８位Ｉ／Ｏ口，即ＰＢ０～ＰＢ７，而位選線占用１個３位Ｉ／Ｏ口（ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）．各位ＬＥＤ能夠同時顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，必須采用動態(tài)顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)．同時，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的段碼．這樣在同一時刻，３位ＬＥＤ中只有選通的那１位顯示出字符，而其他兩位則是熄滅的．同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他位則是熄滅的，如此循環(huán)下去．
當(dāng)有故障發(fā)生，則發(fā)出報警信號，主機(jī)由ＰＣ２口通過２００３驅(qū)動芯片對１２Ｖ的有源蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動，聲音報警提示．主機(jī)由ＰＣ３口通過２００３驅(qū)動芯片對繼電器進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)控制閥門的閉合，完成水泥包裝的要求．
Ａｔｍｅｇａ８單片機(jī)的電壓源要求是＋５Ｖ的固定電壓，選擇７８系列的集成穩(wěn)壓器７８０５．穩(wěn)壓電源電路如圖５所示，電源部分分兩路，一路直接提供１２Ｖ的直流電源，主要是提供給繼電器和蜂鳴器及２００３驅(qū)動芯片使用的，另一路通過三端穩(wěn)壓芯片７８０５穩(wěn)壓成５Ｖ直流電源提供給Ａｔｍａｇｅ８單片機(jī)使用．

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要采用的是異步串行通信方式．在設(shè)計通信接口時必須根據(jù)需要選擇標(biāo)準(zhǔn)接口，并考慮電平轉(zhuǎn)換、傳輸介質(zhì)等問題．現(xiàn)在已經(jīng)頒布了很多種串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線．如ＲＳ－２３２、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４８５等．ＰＣ機(jī)和大多數(shù)儀器儀表及數(shù)字化設(shè)備中均采用的是ＲＳ－２３２串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線接口.
３系統(tǒng)軟件設(shè)計
控制系統(tǒng)硬件部分以單片機(jī)為核心，元件不僅要完成袋重的實時檢測、顯示、電磁鐵的關(guān)門動作以及計數(shù)器的記數(shù)等功能，還要完成系統(tǒng)的自動調(diào)零、動態(tài)調(diào)整、人為裝卸干擾以及發(fā)出報警信號等．為了便于調(diào)試和修改，系統(tǒng)軟件采用Ｃ語言進(jìn)行編程，分為主程序和幾個子程序模塊，這幾個模塊分別為：數(shù)據(jù)采集子程序、外部中斷子程序、完成超欠量的動態(tài)子程序、顯示子程序．系統(tǒng)主程序如圖６所示．當(dāng)空載放大器輸入值小于１ｋｇ時，將此時的采樣值存入ａ單元，否則將１ｋｇ所對應(yīng)的采樣值存入ａ單元作為系統(tǒng)自動調(diào)零初值．關(guān)閉門限初值設(shè)為５０ｋｇ，存放在ｂ單元中，以便與每袋的實測值進(jìn)行比較，從而確定超欠量調(diào)整是否進(jìn)行．中斷初始化后，反復(fù)調(diào)用顯示子程序，實時顯示袋重測量值．當(dāng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換１次，就向單片機(jī)發(fā)出１次中斷．在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、碼制轉(zhuǎn)換以及比較判斷、動態(tài)調(diào)整等．

４結(jié)語
定量包裝機(jī)械總的趨勢是提高自動化、生產(chǎn)率、靈活性、技術(shù)含量和先進(jìn)程度．該控制系統(tǒng)設(shè)計通過應(yīng)用ＡＶＲ單片機(jī)Ａｔｍａｇｅ８實現(xiàn)水泥生產(chǎn)中的定量包裝和水泥包計數(shù)，對出現(xiàn)故障進(jìn)行報警，及控制電磁鐵對閥門動作等功能，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)線上定量包裝和計數(shù)主要的功能，這些功能保證了在水泥包裝生產(chǎn)中水
泥包重量的準(zhǔn)確性以及計數(shù)的精確性，另外還為生產(chǎn)過程的機(jī)電裝置提供必要的保護(hù)措施，能夠自動識別傳感器信號開路或短路故障．在產(chǎn)品開發(fā)當(dāng)中，資金投入相對較少，成本不會很高，并且適合應(yīng)用于其他各種物料的定量包裝生產(chǎn)，比如水泥、尿素、飼料、食鹽的定量包裝，在市場上具有良好的實用價值，市場很廣闊．

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