【正文】 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)皮帶配料稱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄第1章 緒論 1 1 2第2章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 4 4第3章 硬件結(jié)構(gòu)及原理電路 6 MCS51單片機(jī) 6 8051單片機(jī) 6 8 9 9 11 14 14 15 17 17 18 19 21 22 DAC0832在控制電機(jī)中的應(yīng)用 22 24 26 27 27 28 28第4章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 30 30 30 31 31 32 33 WR鍵處理 33 S鍵處理 33 MON鍵、Z鍵、STOP鍵、RUN鍵處理 34 35 36 37 37 顯示程序 37 報(bào)警處理 38設(shè)計(jì)總結(jié) 39參考文獻(xiàn) 40外文原文和譯文 41致謝 63附錄1：程序清單 65附錄2：元件清單 74I 第1章 緒論根據(jù)最新的定義，皮帶配料秤是一種連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器。衡器是利用作用在物體上的重力來確定物體質(zhì)量的計(jì)量?jī)x器，按操作方式的不同可分為：自動(dòng)衡器和非自動(dòng)衡器。自動(dòng)衡器就是指在稱量過程中不需要操作者干預(yù)就能按設(shè)定的處理程序自動(dòng)稱量的衡器。其中，連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器是不需要對(duì)質(zhì)量細(xì)分的就可以對(duì)皮帶上散裝物料進(jìn)行連續(xù)稱量。皮帶配料秤就是在皮帶輸送物料時(shí)對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)累計(jì)稱量的一種自動(dòng)衡器。皮帶配料秤廣泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行業(yè)的物料配比當(dāng)中，其配料的準(zhǔn)確與否直接影響著國民生產(chǎn)的各個(gè)部門。配料系統(tǒng)的使用可以提高各個(gè)部門的自動(dòng)化水平和各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而擴(kuò)大公司的效益。在煤炭行業(yè)，配料系統(tǒng)用于定量供煤，能否準(zhǔn)確配料直接決定配煤質(zhì)量。在化工行業(yè)，配料系統(tǒng)用于多種原材料的定量配比，它可以起到減員增效，節(jié)約成本，減少誤差，從而創(chuàng)造更大的利潤。在食品加工行業(yè)，配料系統(tǒng)的使用代替了大量的手工勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。在建材行業(yè)，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混合需要用配料系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行定量配比。由此可見，配料系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。皮帶配料系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為配料系統(tǒng)，它與皮帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和組成結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是，配料系統(tǒng)在皮帶傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又增加了“配料”這一功能。它起源于 19 世紀(jì)末，各項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展的十分迅速，隨著皮帶輸送系統(tǒng)的出現(xiàn)，配料系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生。最早的皮帶輸送系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機(jī)對(duì)物料連續(xù)自動(dòng)稱量的裝置。隨著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，配料系統(tǒng)的發(fā)展也是十分迅速。配料系統(tǒng)的發(fā)展大致有四個(gè)階段：第一階段是五、六十年代的純機(jī)械式配料系統(tǒng)，通常采用機(jī)械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這種配料系統(tǒng)只具有識(shí)別計(jì)數(shù)和啟動(dòng)功能。第二階段是六、七十年代的傳感器電子儀表配料系統(tǒng)，隨著模擬電路和數(shù)字電路的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了各種小型的配料電動(dòng)儀表。它可以實(shí)現(xiàn)平衡、識(shí)別和累計(jì)計(jì)算等功能。第三、四階段是20世紀(jì)七十年代末的微機(jī)智能化配料系統(tǒng)。電子配料系統(tǒng)首次引入計(jì)算機(jī)，提高了集成度。配料系統(tǒng)中的累計(jì)量運(yùn)算采用累加法代替了積分法。第一、二階段的配料系統(tǒng)只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的累計(jì)計(jì)算和測(cè)量，而且準(zhǔn)確度較低，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的變化不能進(jìn)行有效控制，因此其計(jì)量過程準(zhǔn)確度較低，缺乏穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)性能差。而第三、四階段的配料系統(tǒng)結(jié)合了微機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、工業(yè)控制等技術(shù)，不但增強(qiáng)了計(jì)量的準(zhǔn)確性，而且對(duì)在計(jì)量過程中出現(xiàn)的問題能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)，儀表的顯示、調(diào)零、報(bào)警等功能也越來越完善。而通訊技術(shù)的發(fā)展更是增強(qiáng)了儀表的遠(yuǎn)程維護(hù)診斷與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。單片機(jī)配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。單片機(jī)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路復(fù)雜程度低，可靠性大大提高，可以滿足客戶實(shí)用性的要求。所以迄今為止，單片機(jī)配料系統(tǒng)在一定程度上占據(jù)了中小型企業(yè)配料生產(chǎn)的主控地位。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于STD總線或PC總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)已經(jīng)提上日程，并且在我國占據(jù)了一定地位，因?yàn)楣I(yè)控制計(jì)算機(jī)可靠性比較高，組成系統(tǒng)功能靈活，組態(tài)方便，具有模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。隨著工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場(chǎng)合。這種配料系統(tǒng)大多采用集中控制方式，計(jì)算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示、提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能外，還要完成對(duì)各對(duì)象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。計(jì)算機(jī)配料控制系統(tǒng)有很多功能是單片機(jī)配料系統(tǒng)不能完成的，但是它的整體構(gòu)造比較龐大，因此不適合中小規(guī)模的企業(yè)應(yīng)用。并且它的操作要求比較高不適合一線工人的具體操作要求，往往需要配料的量不是一成不變的，需要一線工人時(shí)刻的調(diào)整和控制，因此，單片機(jī)控制的皮帶配料秤具有更廣泛的應(yīng)用。配料秤是冶金、水泥、化工、建材、食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是冶金、水泥、化工、建材、食品等生產(chǎn)過程中的源頭工序。例如水泥生產(chǎn)時(shí)需要由各種原料按一定的比例進(jìn)行混合處理；飼料的生產(chǎn)需根據(jù)牲畜的生長規(guī)律，在不同的生長期需生產(chǎn)成份含量不同的飼料；各種化工產(chǎn)品、建筑材料、農(nóng)藥等產(chǎn)品的生產(chǎn)也是一樣的。配料質(zhì)量的高低直接關(guān)系著下游生產(chǎn)過程能否順利的進(jìn)行。如果配料的質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料和能源的浪費(fèi)，重則影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且有些特殊生產(chǎn)崗位的配料錯(cuò)誤會(huì)給整個(gè)生產(chǎn)釀成嚴(yán)重事故。因此，配料精度的高低和配料速度的大小影響著整個(gè)生產(chǎn)過程，我們應(yīng)該足夠重視配料過程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制。目前，隨著自動(dòng)化控制程度的提高，物料秤自動(dòng)控制不僅關(guān)系到生產(chǎn)質(zhì)量而且還關(guān)系著人身安全，在早期的混凝土配置中完全是依靠大量的人力來完成的，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大并且水泥粉塵的污染損害工人的身體健康?，F(xiàn)在許多建筑工程和工廠大規(guī)模的建設(shè)等都要求建設(shè)生產(chǎn)時(shí)必須使用皮帶配料秤單片機(jī)控制器來控制物料的自動(dòng)配比，利用皮帶配料秤單片機(jī)控制器來完成配料的輸送和配比，只需一人或幾人就可以在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離物料配料場(chǎng)控制配料的完成，不僅節(jié)省了人力物力，也減少了環(huán)境污染，很大程度的提高了生產(chǎn)效率，并為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，物料必須實(shí)現(xiàn)科學(xué)的配比，在食品、冶金、化工、飼料加工等行業(yè)也越來越注重物料配比的準(zhǔn)確度和配料的控制速度，也就需要高精度高速度的皮帶配料秤控制系統(tǒng)來進(jìn)行自動(dòng)控制。我設(shè)計(jì)的皮帶配料秤控制系統(tǒng)正是為了此目的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來越多?，F(xiàn)在利用單片機(jī)和微機(jī)組成的皮帶配料秤已廣泛地應(yīng)用在冶金、化工、建材、飼料加工等多種行業(yè)，皮帶配料秤控制系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，而且配料精度較高，產(chǎn)品質(zhì)量可以得到保障，還能實(shí)現(xiàn)物料的配比，自動(dòng)和手動(dòng)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤誤差調(diào)整、混合、顯示、稱重。單片機(jī)配料秤控制系統(tǒng)是配料過程控制和質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。微機(jī)配料控制系統(tǒng)可以按照設(shè)定好的配比和流量控制各種物料的瞬時(shí)流量，達(dá)到控制各種產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，同時(shí)它也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、安全穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術(shù)。單片機(jī)配料控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中不僅可以提高配料產(chǎn)量和質(zhì)量，也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高了生產(chǎn)效率。因此使用皮帶配料秤單片機(jī)控制系統(tǒng)能顯著地提高工作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，提升管理的現(xiàn)代化水平，同時(shí)研制技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的單片機(jī)配料控制系統(tǒng)也是至關(guān)重要的。隨著我國工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，配料系統(tǒng)將在現(xiàn)在和未來的市場(chǎng)需求中占據(jù)相當(dāng)大的比例。皮帶配料系統(tǒng)作為一種新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)而越來越受到世界各國的普遍關(guān)注。在西方發(fā)達(dá)國家，配料系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善；而在中國，由于先前的技術(shù)水平落后，這使得積極開發(fā)研制更加精確、方便、可靠、功能更強(qiáng)大的配料系統(tǒng)控制器具有重要意義。而且，中國地大物博、資源豐富，各項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)正在以不可阻擋的勢(shì)頭向前發(fā)展?？梢钥吹?，中國廣大的市場(chǎng)為配料系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的前景。另一方面，我國目前的主要矛盾是落后的生產(chǎn)力滿足不了人民日益增長的物質(zhì)文化需要。在物質(zhì)方面，我們需要又快又好的生產(chǎn)出我們所需要的物質(zhì)產(chǎn)品，所以我們要進(jìn)行生產(chǎn)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速性與精確性。綜上所述，我們可以看到配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著很重要的意義，精確的配料技術(shù)不僅可以擴(kuò)大生產(chǎn)量，還可以是生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有很高的質(zhì)量和性能，經(jīng)得起市場(chǎng)的考驗(yàn)，使我們的產(chǎn)品在世界經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。 第2章 皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案皮帶配料秤是一種動(dòng)態(tài)控制型平衡器，它利用皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)將皮帶上運(yùn)載的物料進(jìn)行稱重，并且能夠根據(jù)設(shè)定流量的要求通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整皮帶的運(yùn)行速度，從而是物料流量達(dá)到設(shè)定流量保持在附近，并且能夠通過數(shù)碼管顯示瞬時(shí)流量。下面就介紹以8051單片機(jī)為核心的皮帶配料秤的工作原理和整體結(jié)構(gòu)。皮帶輸送機(jī)廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè)，對(duì)于散裝的固態(tài)原料（如礦石、水泥、煤粉）進(jìn)行自動(dòng)輸送，特別適合于高溫、高空和有害環(huán)境作業(yè)。水泥廠粉磨車間的熟料配料系統(tǒng)就是依靠調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)的速度來控制水泥磨的進(jìn)料量，完成對(duì)各種熟料的配比。皮帶配料稱是一種用于測(cè)量和控制皮帶輸送機(jī)的速度和物料流量的實(shí)時(shí)控制器，其工藝結(jié)構(gòu)如圖21所示。圖21：皮帶配料秤工藝結(jié)構(gòu)圖圖21中，皮帶上方有一個(gè)料斗，皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物料隨皮帶輸送出去。輸送皮帶由滑差電機(jī)M（電磁調(diào)速異步電機(jī)）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，測(cè)速傳感器SR輸出信號(hào)的頻率和皮帶的速度成正比，皮帶下方裝設(shè)荷重傳感器W，輸出的電壓信號(hào)與皮帶上的物料成正比。皮帶配料稱控制器BWF接受SR的速度信號(hào)和W的重量信號(hào)，計(jì)算皮帶上物料的瞬間流量并且顯示出來，將流量實(shí)際值和流量設(shè)定值進(jìn)行比較，通過PID調(diào)節(jié)，輸出電流控制信號(hào)，經(jīng)前置放大器和功率放大器Q放大，控制可控硅VT的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)M的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值附近。物料流量的設(shè)定值由操作員在鍵盤上設(shè)定，系統(tǒng)運(yùn)行后，單片機(jī)對(duì)皮帶的荷重信號(hào)和走速信號(hào)進(jìn)行采集，并且計(jì)算瞬時(shí)流量和控制電流（420mA）,實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。根據(jù)皮帶配料秤的技術(shù)要求，本次設(shè)計(jì)采用以8051單片機(jī)為控制核心構(gòu)成皮帶配料秤控制器BWF。硬件部分主要有8051 單片機(jī)、荷重傳感器、皮帶走速測(cè)量、A/D 轉(zhuǎn)換器(ADC0809)、D/A 轉(zhuǎn)換器(DAC0832)、鍵盤掃描電路、顯示電路等組成，系統(tǒng)硬件組成框架如圖22所示。 單片機(jī)荷重傳感器放大A/D復(fù)位電路報(bào)警電路鍵盤、顯示器電路整形測(cè)速傳感器物料D/A放大可控硅 控制板圖22：系統(tǒng)硬件組成框圖皮帶配料秤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想為：皮帶輸送機(jī)工作之前，皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作人員在鍵盤上進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號(hào)(通過ADC0809轉(zhuǎn)換)和皮帶走速信號(hào)，將皮帶走速信號(hào)與皮帶單位長度上的瞬時(shí)重量相乘即可計(jì)算出皮帶上物料的瞬間流量F(t)。瞬間流量可通過6個(gè)八段數(shù)碼管顯示出來，為操作人員提供數(shù)據(jù)參考。單片機(jī)系統(tǒng)再將流量實(shí)際值和它的設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)增量PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后計(jì)算出控制量Vi，通過DAC0832 轉(zhuǎn)換為電流輸出信號(hào)(4～20mA)，而后經(jīng)放大去控制可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機(jī)電磁離合器勵(lì)磁電流的功能，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得物料的流量盡可能穩(wěn)定在設(shè)定值附近。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制和操作的實(shí)際需要，對(duì)皮帶配料稱控制器有以下要求：?！?0mA的滑差電機(jī)速度調(diào)節(jié)信號(hào)?！?0mV的皮帶荷重信號(hào)和速度信號(hào)。%。軟件部分的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)鍵的掃描，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，計(jì)算瞬時(shí)流量，再進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。第3章 硬件結(jié)構(gòu)及原理電路 MCS51單片機(jī)單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 8051單片機(jī)MCS51（8051）單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，由英特爾公司于1981年制造。8051單芯片是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的工作完全是依賴系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)脈信號(hào)，用以來產(chǎn)生各種動(dòng)作周期及同步信號(hào)。在8051單片機(jī)中已內(nèi)建時(shí)鐘產(chǎn)生器，在使用時(shí)只需接上石英晶體諧振器（或其它振蕩子）及電容，就可以讓系統(tǒng)產(chǎn)生正確的時(shí)鐘信號(hào)。MCS51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件：（1）一個(gè)8位CPU； （2）一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路； （3）4K字節(jié)ROM程序存儲(chǔ)器；（4）128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（5）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（6）可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K外部 圖31：8051引腳排列圖程序存儲(chǔ)器空間的控制電路； （7）32條可編程的I/O線（四個(gè)8位并行I/O端口）；（8）一個(gè)可編程全雙工串行口；（9）具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。8051單片機(jī)都采用40引腳的雙列直插封裝方式，引腳排列圖如圖31， 40條引腳說明如下： （1）Vcc正常工作時(shí)為+5V電源； （2）Vss接地。 （1）XTAL1為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。（2）XTAL2為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接振蕩源。 ，ALE/,和/Vpp（1）RST/VPD當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，可以由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。（2）ALE/正常操作時(shí)為AL