【正文】 ............ 31 數(shù)字測(cè)速電路 ............................................. 32 M/T 法測(cè)速原理 ...................................... 33 數(shù)字測(cè)速硬件電路 .................................... 34 PWM 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .......................................... 36 PWM 信號(hào)產(chǎn)生電路 ..................................... 36 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路 ..................................... 37 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的鍵盤與顯示電路 ...................... 38 I/O 口擴(kuò)展電路 ...................................... 39 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的鍵盤電路設(shè)計(jì) .................. 39 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的顯示電路設(shè)計(jì) ................... 41 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng) ........................... 42 第 4 章 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .............................. 44 軟件的主程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................... 44 PI 控制子程序設(shè)計(jì) ......................................... 46 中斷服務(wù)程序 ............................................. 47 第 5 章 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 .................................. 49 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型的構(gòu)建 ........................ 49 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析 .......................... 50 總 結(jié) ............................................................ 52 致 謝 ............................................................ 53 參考文獻(xiàn) ......................................................... 54 附錄 1 軟件編程 .................................................. 56 附錄 2 系統(tǒng)硬件原理圖 ............................................ 62 VI CONTENTS ABSTRACT（ CHINESE） ......................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................... III CONTENTS（ CHINESE） .......................................................................................IV CONTENTS ................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 皮帶配料系統(tǒng) 作為一種動(dòng)態(tài)衡器，已經(jīng)廣泛用于工礦企業(yè)、交通運(yùn) 輸、冶金、化工、建材等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的配料中，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。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。如果配制的質(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)量和生產(chǎn)率川，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。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。最早的 皮帶傳輸系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機(jī)對(duì)散狀物料連續(xù)自動(dòng)稱量的裝置。 第一、二階段的 配料系統(tǒng) 只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量、累計(jì)計(jì)算，而且準(zhǔn)確度不高，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的變化不可控制，因此其計(jì)量過程準(zhǔn)確度低，動(dòng)態(tài)性能差，缺乏穩(wěn)定性。 配料系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)原有配料系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)方面改進(jìn)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)，提出了通過數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)視、報(bào)警、運(yùn)行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進(jìn)方法。 調(diào)節(jié)電樞電壓常用的可控直流源有三種 [1]： 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組； 靜止式可控整流器； 直流斬波器或脈寬調(diào)制 器。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電 7 路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近 50）。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì) 80 年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。論文中采用了專門的芯片組成了 PWM 信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過控制直流電機(jī)電路中的 IGBT 來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，脈寬調(diào)制器和 PWM 變換器合起來可以看成一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，它的延時(shí)最大不超過一個(gè)開關(guān)周期 T。雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)現(xiàn)串級(jí)連接。 （ 3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。 電機(jī)控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速，可以達(dá)到迅速控制電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，快速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等目的。 重 量信 號(hào)采 集電 路信 號(hào)放 大電 路A / D轉(zhuǎn)換 電路單 片機(jī)A T8 9 C5 2直 流電 機(jī)系 統(tǒng)電 流檢 測(cè)電 路轉(zhuǎn) 速檢 測(cè)電 路鍵 盤顯 示P WM 控制 電路光 電編 碼器 圖 22 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能及技術(shù)要求 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)控制皮帶上電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)加減速和停車的自動(dòng)配料傳輸系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n? 10%； 低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)定精度好，調(diào)速范圍廣； UPE 系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電機(jī)損耗，發(fā)熱量要求??； 系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)； 有鍵盤、顯示器組成的人機(jī)界面，顯示器用來顯示測(cè)量秤上物料的重量和當(dāng)前皮帶的轉(zhuǎn)速；鍵盤用來設(shè)定測(cè)量秤所允許的重量裕度。 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 iK 和 i? ， i? 是超前時(shí)間常數(shù) ， 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)對(duì)消掉控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)，取 i? = lT ? 。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖簡(jiǎn)化過程如圖 23。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達(dá)到自動(dòng)控制的目的。電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,價(jià)格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好和對(duì)高溫、輻射、強(qiáng)振等 惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。 重量信號(hào)的采集電路 本設(shè)計(jì)的測(cè)量電路采用最常見的橋式測(cè)量電路，用到的是電阻應(yīng)變傳感器半橋式測(cè)量電路。為此，測(cè)量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié) 和濾波電路 。 抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個(gè)外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為 1 至 10,000。 經(jīng)過資料搜尋，我決定采用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 來完成本次設(shè)計(jì)的A/D 轉(zhuǎn)換部分， ADC0809 是 8位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。中斷請(qǐng)求信號(hào)由 ADC0809 的 EOC 端接單片機(jī) INT0 口輸入。另一方面，由于 ADC0809 無內(nèi)部時(shí)鐘，可利用單片機(jī) ALE 管腳輸出時(shí)鐘信號(hào)經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻之后送給ADC0809 的 CLK 管腳。 穩(wěn)壓管 D16 的作用是使 AD620 電壓輸出低于 ADC0809 輸入最大值，防止造成芯片損壞?？?通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。因此，一般對(duì)放大器有如下一些要求： 輸入 阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻。 應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前使電橋平衡，從而使測(cè)量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān) 。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。 它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。 22 第 3 章 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本章作為整個(gè)設(shè)計(jì)最主要的一章，分析了整個(gè)系統(tǒng)的硬件選擇和硬件電路 設(shè)計(jì)方案，并確定了各個(gè)模塊電路圖的連接方法。 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差， ASR 中必須包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，而在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以這個(gè)轉(zhuǎn)速環(huán)中有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速 環(huán)應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型的 II 型系統(tǒng)。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成 I 型系統(tǒng)，顯然要用 PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ?ssKWiiiSAC R ?? 1)( ?? Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。最高轉(zhuǎn)速為 3000 r/min，重量76kg。同時(shí)， 8279 芯片外接一個(gè) 4 4 鍵盤，通過鍵盤可設(shè)置數(shù)字來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)停止，最終達(dá)到一個(gè)智能控制的目的。 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)以 AT89C52 系列單片機(jī)為主要控制芯片 ，首先通過荷重傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過濾波、信號(hào)放大，將采集到的微弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為一定模擬量再送給 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送給單片機(jī)。 12 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 [8]： ASR 的作用 （ 1）使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓 *mU 變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。要實(shí)現(xiàn)上述要求，其唯一的途徑就是采 11 用電流和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制方法，即采用速度、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 硬件調(diào)試法： 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形 .通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是 SPWM 波形 .其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正 弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn) ,在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成 SPWM 波 .但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制 . 軟件生成法： 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生 .軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法 . 本設(shè)計(jì)利用軟件編程設(shè)置一些關(guān)鍵控制字，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制信號(hào)的輸出，達(dá)到控制的目的。 8 配料自動(dòng)控制系統(tǒng)可控直流源的方案確定 PWM 系統(tǒng)相對(duì)于 VM 系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn) [4]： 主電路簡(jiǎn)單，需要用的電力電子器件少； 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱功率都很??； 低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬； 若與快速響應(yīng)的 電機(jī)配合，系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)； 電力電子器件導(dǎo)通損耗小，裝置效率高； 直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相 等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實(shí)出較大的優(yōu)越性 [2]。 通過以上的分析，可以看到配料自動(dòng)控制系統(tǒng)還要經(jīng)過一些完善，具有很深刻的研究意義。我國(guó)的科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，不斷地克服技術(shù)上的難題 。計(jì)算機(jī)首次被引入電子 配料系統(tǒng) ，大大提高了它的集成度。 皮帶配料系統(tǒng) 就是在皮帶輸送物料的過程中同時(shí)對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)累計(jì)稱量的一種自動(dòng)衡器?？梢钥吹?， 3 中國(guó)廣大的市場(chǎng)為 配料系統(tǒng) 的發(fā)展提供了廣闊的前景。尤其是冶金、煤炭、化工、水泥等行業(yè)中，常需要對(duì)散料進(jìn)行皮帶輸送過程中的動(dòng)態(tài)連續(xù)稱量，而且還要對(duì)輸送中的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制、達(dá)到準(zhǔn)確的配比。 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。隨著工業(yè)化的發(fā)展，手 動(dòng)配料 迅速發(fā)展成現(xiàn)在的可連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工干預(yù)就可以完成的自動(dòng) 配料 操作，而且誤差小、操作方便、配料控制 時(shí)間也大為縮短，還降低了對(duì)能源和材料的消耗。通過實(shí)時(shí)測(cè)試與調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。 首先介紹了 配料系統(tǒng) 控制器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，接著對(duì) 配料系統(tǒng) 的組成結(jié)構(gòu)、工作原理作了介紹。 CHAPTER