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1. 1設(shè)計(jì)背景

    隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和技術(shù)上的進(jìn)步，各種加工食品的出現(xiàn)，對(duì)食品包裝技術(shù)和設(shè)備都提出了新的要求，定量包裝秤量在包裝領(lǐng)域正起著越來(lái)越大的作用。秤量精確度的高低在一定程度上也影響到企業(yè)的利益和消費(fèi)者對(duì)企業(yè)的信賴程度。所以說(shuō)，配料稱重控制器在包裝領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。

    配料稱重控制器的核心是物料的秤量和控制。每一種物料設(shè)有單獨(dú)的貯料倉(cāng)，每一個(gè)貯料倉(cāng)的下面都有一個(gè)電動(dòng)氣閥。所有物料的貯料倉(cāng)的氣閥都對(duì)著計(jì)量斗，所有的物料通過(guò)其所在的貯料倉(cāng)的閥門按一定速度依次流入計(jì)量斗。計(jì)量斗上安裝的傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送入稱重控制器的模擬量輸入端。稱重控制器可根據(jù)輸入的電壓信號(hào)來(lái)控制各種物料貯料倉(cāng)閥門的開啟或關(guān)閉，從而可精確地控制各種物料的配料比例。

    目前的稱重控制系統(tǒng)一般采用STD總線工控機(jī)或PC總線工控機(jī)對(duì)多臺(tái)配料秤進(jìn)行集中控制。由于配料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)往往距控制室較遠(yuǎn)，強(qiáng)、弱模擬信號(hào)混雜，必須采取較完全的屏蔽抗干擾措施才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。集中控制對(duì)主機(jī)及其測(cè)控電路要求較高，整個(gè)系統(tǒng)的通用性和靈活性較差，成本較高[2]0

    實(shí)際上每臺(tái)配料秤都可視為一個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)單元，用單片機(jī)就地對(duì)其實(shí)施測(cè)量與控制，若干臺(tái)控制器經(jīng)數(shù)字通信接口聯(lián)網(wǎng)組成分布式微機(jī)控制系統(tǒng)，可大大簡(jiǎn)化線路結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)制造與安裝維護(hù)，能顯著提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比和組成靈活性[3]0

    在建筑、包裝、醫(yī)藥、玻璃、建材、化工等行業(yè)中，配料是生產(chǎn)過(guò)程的重要組成部分，其配料過(guò)程是否按照規(guī)定的配比(組成產(chǎn)品的各種原材料重量值之比)進(jìn)行是衡量企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，因此在配料生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)組成產(chǎn)品的每一種原材料的重量值進(jìn)行控制就顯得尤為重要。如果配料的質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料、能源的浪費(fèi)，重則影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率，并且有些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至?xí)o整個(gè)生產(chǎn)釀成事故。以水泥熟料配料來(lái)說(shuō)，水泥是建筑、水利工程中應(yīng)用最廣泛的材料之一，其經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)對(duì)整個(gè)建筑、水利質(zhì)量和成本有著舉足輕重的關(guān)系[[5]。同時(shí)水泥又是一種特殊的材料，其質(zhì)量不合格就不能拿來(lái)使用，否則會(huì)造成重大的質(zhì)量和安全事故。在冶金行業(yè)中，配料是其生產(chǎn)過(guò)程的重要組成部分，煉鋼生產(chǎn)中所用的保護(hù)渣是由石灰石、玻璃粉、石墨、水泥、工業(yè)氯化鈉、蘇打等8種物料按照一定的比例配置的，燒結(jié)工藝中的配料自動(dòng)化是燒結(jié)礦生產(chǎn)的關(guān)鍵，它決定了燒結(jié)礦的鐵分、堿度、氧化美、煤耗等幾大指標(biāo)。在高爐生產(chǎn)過(guò)程中秤重計(jì)量的自動(dòng)控制更是必不可少，它對(duì)提高煉鐵生產(chǎn)產(chǎn)量，提高質(zhì)量,降低焦比等起到了決定性的作用，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)自動(dòng)化重必不可少的是原料配料的自動(dòng)化，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，按化學(xué)反應(yīng)要求按一定的比例定量加入各類副原料進(jìn)入爐內(nèi)，去除有害元素，控制成分。其它如煤炭能源工業(yè)中的連續(xù)物料秤重計(jì)量，造紙廠中自動(dòng)涂料制備車間的配料系統(tǒng)，作為紙張或紙板涂色料成分的配料，在塑料工業(yè)中，PVC絕緣材料的生產(chǎn)需要4種能處理50到70個(gè)配方的配料系統(tǒng)，原料通常為PVC粉末、PVC顆粒料和填充粉的組合。在洗滌劑生產(chǎn)中，配置漿料包括對(duì)預(yù)先計(jì)算好的幾種液體和粉末成分進(jìn)行配料。在玻璃生產(chǎn)中，主要原材料如砂子、碎玻璃、化學(xué)制品和有色粉末等的配料等等。因此，配料精度的高低制約著整個(gè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，應(yīng)對(duì)配料過(guò)程中的質(zhì)量和產(chǎn)量控制給予足夠的重視

但是由于這些行業(yè)工作壞境惡劣、灰塵大，電網(wǎng)電壓波動(dòng)大且組分多，生產(chǎn)線長(zhǎng)、控制過(guò)程復(fù)雜，所以要求配料系統(tǒng)具有控制可靠、配料準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，我國(guó)這些行業(yè)設(shè)備簡(jiǎn)陋，大多采用手動(dòng)或者半自動(dòng)控制，普遍存在配料秤重不準(zhǔn)、裝料次序混亂、系統(tǒng)可靠性不高等缺陷，這將會(huì)影響產(chǎn)品的技術(shù)和特性，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的要求。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高，目前利用微型計(jì)算機(jī)組成的自動(dòng)化配料系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。這是因?yàn)槲⑿蜋C(jī)配料控制系統(tǒng)可以按照設(shè)定配比和流量控制各輸入物料的瞬時(shí)流量，從而達(dá)到控制各種產(chǎn)品和產(chǎn)量的目的.

2國(guó)內(nèi)外可編程稱重控制器的發(fā)展概況

使用穩(wěn)定可靠，價(jià)格適中，受到國(guó)內(nèi)廣大用戶的歡迎。因此，承德自動(dòng)化計(jì)量?jī)x表廠、香港志美電子有限公司等也推出一批可編程稱重控制器。但從總體上說(shuō)，由于受國(guó)內(nèi)研發(fā)和制造水平的限制，儀表的技術(shù)含量、功能，特別是在稱重精度、網(wǎng)絡(luò)通信等方面與國(guó)外相比尚由一些差距.

1. 3本課題研究的目的與意義

    開發(fā)一款功能完善的可編程稱重控制器，具有較高的秤量精度和使用可靠性。在可編程方面，用戶可以根據(jù)自己的需要來(lái)編制工作流程，可準(zhǔn)確方便的實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制過(guò)程;在使用方面，操作界面簡(jiǎn)單易懂，可通過(guò)鍵盤和LED顯示結(jié)合來(lái)完成參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查看、程序編程和稱重過(guò)程控制等各式各樣操作。控制器還具有繼電器輸出控制和開關(guān)量輸入采集功能，完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種要求的控制方式。除此之外，該控制器還配備有一路4--20mA電流輸出，用于重量變送、失重秤的PID控制等。作為一款現(xiàn)代化智能儀表，本控制器還應(yīng)該具有強(qiáng)大的通訊功能，可根據(jù)具體需要選用RS-232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)亦可通過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。

4本課題的研究工作

    本文闡述了可編程稱重控制器的設(shè)計(jì)方案，對(duì)稱重控制儀表的主要性能指標(biāo)和各功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。從系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)到各硬件模塊的器件選擇、電路原理設(shè)計(jì)、功能分析等全面的介紹了本稱重控制器硬件電路的實(shí)現(xiàn)及其特點(diǎn)。在軟件方面，主要介紹了系統(tǒng)固件程序的設(shè)計(jì)框架和程序的主要組成，對(duì)各個(gè)主要功能模塊和軟件特殊應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。針對(duì)本控制器的可編程特點(diǎn)，系統(tǒng)地介紹了可稱重控制器在可編程功能實(shí)現(xiàn)中的特殊要求和實(shí)現(xiàn)的方法?？偨Y(jié)所做的主要工作如下:

    (1)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)和硬件配置。硬件設(shè)計(jì)方面包括:

    ①核心MCU選型，最小系統(tǒng)搭建。

    ②A/D轉(zhuǎn)換芯片的選取和附加電路的設(shè)計(jì)。

    ③按鍵顯示模塊的芯片選型和電路設(shè)計(jì)

    ④繼電器輸出和開關(guān)量輸入模塊的芯片選型和電路設(shè)計(jì)

    ⑤D/A變送輸出部分器件的選取和電路的設(shè)計(jì)

    ⑥串行通訊接口芯片的選型和電路設(shè)計(jì)(包括RS-2犯和RS-485接口)

    ⑦實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的芯片選型和電路設(shè)計(jì)

    ⑧電源模塊的芯片選型和電路設(shè)計(jì)

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