【正文】 2 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 08 0 9E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 03 1C L K3D2SD4CD1Q5Q61 / 2 7 4 L S 7 4 A+ 24 為了提高了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送過程中的抗干擾能力， 減少了信號(hào)的衰減，另一方面也為了與檢測儀表連接提供方便，采用電流傳送信號(hào)。 一、 A/D 轉(zhuǎn)換器 [15] 本系統(tǒng)的 A/D 轉(zhuǎn)換器采用 ADC0809。表 38 中各寄存器復(fù)位時(shí)的狀態(tài)決定了單片機(jī)內(nèi)有關(guān)功能部件的初始狀態(tài)。但反過來運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的要求速度也就越高，對(duì)印制電路板（也稱印刷電路板）的工藝 要求也越高，即要求線間的寄生電容要?。痪д窈碗娙輵?yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作。 程序存儲(chǔ)器有單獨(dú)的地址編號(hào)，雖然與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址重疊，但不會(huì)被占用；用單獨(dú)的控制信號(hào)和命令，程序存儲(chǔ)器的指令，數(shù)據(jù)讀取控制不同數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 RD 控制和 MOVX 指令，而是由 PSEN 控制，讀取數(shù)據(jù)用 MOVC 查表指令。系統(tǒng)擴(kuò)展用控制線有 WR， RD， PSEN， ALE， EA。 NC ：無用端。 A015：地址線引腳。 （ 2）若 OE =0 時(shí)，鎖存器開放輸出（ 2態(tài)） Q7～ Q0→ A7～ A0(低 8 位地址 )。 74LS373 在 MCS― 51 的 8031 單片機(jī)中，為用戶提供 16 位地址總線。 ALE（地址鎖存控制）：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，用于鎖存 P0 口輸出的低 8位地址數(shù)據(jù)總線，通 常 ALE 在 P0 口輸出地址期間用下降沿控制鎖存信號(hào)來鎖存地址數(shù)據(jù)。 2個(gè)時(shí)鐘引腳也可外接獨(dú)立的晶體振蕩器。 P1 口： 8位準(zhǔn)雙向 I/O 端口，為用戶使用的 I/O 口線，在編程和校驗(yàn)時(shí)接低8位地址，任一位可以獨(dú)立地輸入 /輸出。因此我們選用蜂鳴器報(bào)警。但它的價(jià)錢較貴，且為模擬信號(hào)表示，讀數(shù)不方便，有一定的誤差，所以它只能用于企業(yè)的技術(shù)改造，在新設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不宜采用。 行列式 （也稱矩陣式） 鍵盤適用于按 鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行列線分別連在按鍵開關(guān)的兩端。設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸 入值為 Umax ,最小輸入值為 Umin，靈敏度為λ，可得 D/A 轉(zhuǎn)換器字長 [14]： log )(2 m inm ax? ?n UU ? 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的電動(dòng)執(zhí)行器的控制信號(hào)是 0~10mA 控制電流 ,其啟動(dòng)電流 (即控制死區(qū) )通常是 150μ : 7lo glo g 672)150 001(2 ????n AmAmA ? 根據(jù)本系統(tǒng)的要求，選擇 DAC0832 作為電路的 D/A 轉(zhuǎn)換器。 在選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器時(shí)， 通常從下面幾個(gè)方面考慮。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)部分，它按照調(diào)節(jié)器所給信號(hào)的大小，產(chǎn)生推力或位移；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，最常見的是調(diào)節(jié)閥，它受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作，改變閥心與閥座間的流通面積，調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的流量 [19]。近年來，隨著微型計(jì)算機(jī)的大量使用，出現(xiàn)了許多物美價(jià)廉的串行 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 MAX195 等。 為了降低成本，本系統(tǒng)采用第二種方案，即三路通道公用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 22 定量測量原理圖 二、 模擬量通道數(shù)及通道形式的確定 本系統(tǒng)中需要對(duì)三點(diǎn)的紙張厚度進(jìn)行檢測，因此有三路模擬信號(hào)輸入。 9 2． 2． 1 模擬量輸入通道方案的確定 輸入通道 主要 包括傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。 （ 6）容易實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化：通過與上位計(jì)算機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)信息處理、生產(chǎn)管理、整體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和控制管理一體化，提高自動(dòng)化程度。單片機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比具有很多優(yōu)點(diǎn) [15]： （ 1）單片機(jī)控制系統(tǒng)的算 法靈活，控制功能強(qiáng)：不改變硬件即可改變控制算法及控制方式，從而提高系統(tǒng)的性能。 可編程控制邏輯器（ Programmable Logical Controller），簡稱 PLC，是早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。另外，計(jì)算機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)，可以有效地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，用來改善控制質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益 [21]。 閉環(huán) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示： 控制器 檢測裝置 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對(duì)象 7 圖 21 控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 2． 1． 1 控制系統(tǒng)類型的確定 隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛， 控制系統(tǒng)中的控制器也越來越多的采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 5克 /平方米 。 1984 年 7 月，國內(nèi)第一套紙機(jī)定量、水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在浙江嘉興民豐造紙廠的 1 號(hào)紙機(jī)上運(yùn)行成功，取得了重大得經(jīng)濟(jì)效益，打破了外國壟斷造紙機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的局面。引進(jìn)的控制系統(tǒng)多用于生產(chǎn)牛皮紙、新聞紙的大型 高速紙機(jī)上，產(chǎn)量高，效益顯著。 1998 年全國造紙企業(yè)年產(chǎn)量在 10 萬噸以上的只有 32 家 ,急需用規(guī)模化和現(xiàn)代化技術(shù)取代舊模式。 1974 年瑞典 Modocell AB 和 ASEALME AutomationAB 公司 ,研制出具有蒸鍋內(nèi)堿液濃度在線分析的間歇蒸煮計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [1]。 1995 年，全球造紙工業(yè)的總銷售額為 2600 億美元，總資產(chǎn)為 4000 億美元。烘缸內(nèi)充有蒸汽，蒸汽流量控制著烘干的程度，即紙張水份的含量。 圖 1－ 1紙張生產(chǎn)過程系統(tǒng)示意圖 經(jīng)過打漿處理的濃紙漿（濃度約為 3%），用回水池中的水稀釋到 %左右，通過除砂與過濾處理后送入稀漿池中。但是在生產(chǎn)過程中，由于種種干擾因素的影響，定量和水 份的波動(dòng)總是存在的，它們都是圍繞各自平均值上下波動(dòng)的隨機(jī)變量。水份就是紙中的含水率，起值過高，將導(dǎo)致紙頁容易撕裂，過低有會(huì)導(dǎo)致紙張發(fā)脆，撕裂度差。隨著人們生活水平的提高，紙和紙板所需的品種和數(shù)量日益增長，在國民經(jīng)濟(jì)中占有越來越重要的地位。造紙工業(yè)是許多國民經(jīng)濟(jì)配套的、必要的重要原材料工業(yè)。定量就是單位面積紙的重量，它反映了紙張的厚度和均勻度。 3 從生產(chǎn)者來說，總是希望產(chǎn)品的定量靠近公差的下限，這樣可以節(jié)省原料；同時(shí)希望水分靠近公差的上限，這樣既可以減少烘干所需能源，又可以增加成品紙的重量，在不增加原料能耗的情況下增加產(chǎn)量。濕部包括漿料流送設(shè)備、網(wǎng) 部和壓榨部；干部包括干燥部、壓光機(jī)和卷紙機(jī)（切紙機(jī)）。紙漿脫水和紙頁烘干由電機(jī)拖動(dòng)勻速前進(jìn)，最后成為成品紙卷在卷筒上。紙與紙板的消費(fèi)水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。七十年代初出現(xiàn)了以電子計(jì)算機(jī)為中心的 對(duì)整個(gè)制漿過程進(jìn)行控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。 5 1． 3． 2 國內(nèi)造紙發(fā)展概況 我國造紙行業(yè)現(xiàn)有造紙廠 4330 個(gè)，造紙機(jī)近 10000 臺(tái)，其中長網(wǎng)機(jī) 700 臺(tái)，大型圓網(wǎng)紙機(jī) 800 臺(tái)，大型圓長網(wǎng)結(jié)合紙機(jī) 1200 臺(tái) [11]。后又陸續(xù)引進(jìn)了多套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，全國各大紙廠基本都有了計(jì)算機(jī)控制設(shè)備。該中心也從事紙機(jī)數(shù)學(xué)模型開發(fā)、控制方案設(shè)計(jì)、控制算法推導(dǎo)、工藝流程改造、儀表研制和計(jì)算機(jī)硬件安裝調(diào)試、計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)等大量研究開發(fā)工作。 本系統(tǒng)主要研究紙張定量的自動(dòng)控制， 控制要求 為： 紙張定量 設(shè)定值 為100克 /平方米； 控制 誤差為177。 因此閉環(huán)控制 具有 抑制內(nèi) 、外擾動(dòng) ， 精度高 等優(yōu)點(diǎn) ，有利于實(shí)現(xiàn)高精度控制。而在DDC 系統(tǒng)中，由于微機(jī)代替了常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器，因此要改變控制方法，只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)了，無須對(duì)硬件線路作任何改動(dòng)。 這種控制機(jī)采用 STD（ Standard）總線，該總線曾在 20 世紀(jì) 80 年代末 20 世紀(jì) 90 年代初風(fēng)靡了整個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域，但近年來隨著工業(yè) PC 的發(fā)展，開始逐漸退出歷史的舞臺(tái)。這種模式的最大特點(diǎn)是設(shè)計(jì)者可根據(jù)自己的實(shí)際需求開發(fā)、設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，因而更加方便，更加靈活，并且成本低。 （ 5）單片機(jī)控制系統(tǒng)可集中操作顯示：利用各種外部設(shè)備，可方便進(jìn)行打印、顯示、記錄、讀出數(shù)據(jù)及表格，容易實(shí)現(xiàn)各種邏輯判斷，越線警報(bào)等功能，可以隨時(shí)進(jìn)行參數(shù)在線修改，便于集中操作顯示 [16]。 因此，輸入輸出通道的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。 從源發(fā)射出來的β粒子穿過氣隙中的紙吸收掉一部分，未被吸收的β穿過紙張?jiān)陔婋x室中產(chǎn)生一個(gè)小電流，該電流是源和探測器間物質(zhì)質(zhì)量的函數(shù)，放大器測得該電流并變成電壓送到高精度電壓 —— 頻率轉(zhuǎn)換器 ， 所產(chǎn)生的脈沖串在一個(gè)精確的時(shí)間間隔之內(nèi)，由一個(gè)計(jì)數(shù)器，并由計(jì)算機(jī)讀取 ， 原理圖如 22 所示 [32]。其優(yōu)點(diǎn)是成本較低，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、可靠性差[18]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有 16 路多路開關(guān)、數(shù)據(jù)放大器、采樣 保持器及 12 位 A/D轉(zhuǎn)換器，其本身就已構(gòu)成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來說，執(zhí)行 器一般都由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。按 輸出 形式來分，有 電流 輸出 形式 和 電壓輸出型 ，其中電壓輸出型又有單極性輸出和雙極性輸出兩種形式。 （ 3）字長的選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出一般都通過功率放大器推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在按鍵數(shù)目較多時(shí)，獨(dú)立式鍵盤電路需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)繁雜，故此種鍵盤適用于按鍵較 少或操作速度較高的場合。在這些顯示方法中，顯示和記錄儀表能連續(xù)進(jìn)行顯示和記錄。 蜂鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過 MCS51 的一根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū) 動(dòng)便可發(fā)生，電路簡單，價(jià)格便宜。 15 但輸出的低位數(shù)據(jù)必須用鎖存器鎖存。 時(shí)鐘引腳 2 個(gè)時(shí)鐘引腳 XTAL XTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反向放大器構(gòu)成了一個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號(hào)。 三、控制引腳： PSEN (片外取指控制 )：此輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，讀取指令期間，每個(gè)機(jī)械周期兩次 PSEN 有效，但在次期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。地址鎖存為 ALE 鎖存器可使用三態(tài)緩沖輸出的鎖存器 74LS373 或 8282，也可以使用帶清除端的鎖存器 74LS273，根據(jù)需要，本系統(tǒng)使用 74LS373。 圖 32 74LS373結(jié)構(gòu)引 腳 二、 74LS373 與 8031 的接口 OE — 輸出控制端 （ 1）若 OE =1 時(shí)，鎖存器的輸出控制使得 Q7～ Q0呈現(xiàn)高阻態(tài)（ 3 態(tài)）。