【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計圖內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）6第二章 整體方案設(shè)計 高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)的組成燒結(jié)機的配料采用 13 個定量圓盤給料機和電子皮帶秤定量給料，為提高皮帶配料秤的計量精度和配料系統(tǒng)給料精度，所有給料機的皮帶配料秤均采用變頻調(diào)速的方式進行控制。該自動稱重配料控制由下列五大部分：電子皮帶稱、稱重控制儀表、變頻控制柜、監(jiān)控計算機及現(xiàn)場操作箱部分。 圖 高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)的組成配料自動控制實現(xiàn)燒結(jié)用的原料如混勻礦、燃料、熔劑白云石、生石灰、冷返礦按照工藝要求的配比進行自動給料，能夠判斷下料堵料和失控故障、變頻器故障，并報警。 高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)的工作方式 高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)檢修和工作方式有二種：手動檢修方式：即通過現(xiàn)場操作箱選擇開關(guān)及按鈕控制變頻器以點動頻率驅(qū)動電動機正反向運行速度；工作方式有二種：第一種是儀表自動給料；即通過稱重控制儀表鍵盤，任意給定內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）7所需給料量，并通過給料量大小變化自動調(diào)整變頻器頻率(電動機的運行速度)；第二種是上位機自動給料，給料設(shè)定就可由上位機畫面來完成。正常工作在上位機自動給料，受計算機控制。檢修或調(diào)試時在“檢修”狀態(tài)，可以單機運行。 高爐燒結(jié)配料系統(tǒng)各部分功能 稱重皮帶秤及控制儀表功能要確保燒結(jié)配料成分的穩(wěn)定，圓盤給料機和螺旋的流量控制是關(guān)鍵。通過圓盤給料機和料倉給料器與集料皮帶機之間安裝調(diào)試好的電子配料皮帶秤稱量檢測，以及配料皮帶測速編碼器(傳感器)測量皮帶運輸原料速度的檢測，稱重儀表采集測量皮帶秤上每單位長度的載荷值 q(kg/m)以及皮帶在同一時刻的運行速度 v(m/s)，且兩者相乘得到物料的瞬時流量 qv(kg/s)。只要保證 q(t)V(t)的乘積不變，就可以保證物料流量的恒定。即隨皮帶上物料重量的變化控制皮帶運行速度做出相應(yīng)的調(diào)整，就可以保證物料流量的恒定。在本系統(tǒng)中圓盤給料機的速度是恒定不可調(diào)的，所以控制流量的恒定只能調(diào)節(jié)皮帶上物料重量，而重量的改變又只能通過改變變頻器的頻率，以改變皮帶秤的速度。流量恒定控制原理圖 所示，每一個稱重控制都是一個“小死循環(huán)”控制系統(tǒng)。稱重儀表檢測并運算 q(t)V(t)的乘積與流量設(shè)定值（上位機給定或儀表鍵盤給定）進行比較，然后進行 PID 運算,，得出相應(yīng)的輸出頻率信號到變頻器，實現(xiàn)自動控制流量大小的要求。 圖 流量恒定控制原理圖 實現(xiàn)流量恒定的控制。儀表控制部分采用模塊控制方式,電子秤與儀表控制模塊之間的信號傳輸采用差分頻率信號傳輸技術(shù),具有極強的抗干擾能力和遠傳能力,從而保證內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）8了系統(tǒng)信道的可靠性和準確性,在回饋控制上采用新型的人工智能 PID 調(diào)節(jié)算法,無振蕩,無超調(diào)。 儀表控制部分與監(jiān)控計算機采用 CAN 總線通信方式，信號傳輸?shù)目焖賹崟r性更高、抗干擾更強、可靠性更高，保證配料精度和穩(wěn)定性。 配料秤有補償功能，即皮帶本身影響自動補償功能。能在配料秤正常生產(chǎn)運行過程中，連續(xù)不斷地測量皮帶本身實際重量的變化(如物料局部粘結(jié)等造成的皮帶皮重的變化，天長日久磨損程度不同導(dǎo)致的皮帶薄厚不均，以及張力不勻等所產(chǎn)生的對稱重傳感器的外部影響)，并隨時進行精確補償，因而其動態(tài)測量精度要比一般設(shè)備廠家的配料秤動態(tài)測量精度高。 計算機監(jiān)控部分該計算機采用品牌機作為控制計算機, 系統(tǒng)軟件是在 Win2022 操作平臺下,用組態(tài)王（或 ）開發(fā)研制的通用應(yīng)用程序，整個程序兼顧鼠標和鍵盤操作。各種操作接口、數(shù)據(jù)顯示及打印管理,用戶可方便進行各種資料的修改操作,運行數(shù)據(jù)的圖形顯示及打印各種報表。工藝流程動畫顯示美觀大方,友好的操作接口，簡單易學(xué),其功能如下： 顯示功能1)該系統(tǒng)能顯示整個配料工藝及流程畫面。2)顯示各設(shè)備瞬時運行情況。3) 顯示各臺秤的給定流量、實際流量、下料累計量，顯示各種原料的瞬間下料量、總流量及總累計量。4)具有系統(tǒng)報警功能。 　 操作及控制功能該系統(tǒng)利用操作提示菜單方便、簡單，快速引導(dǎo)進行系統(tǒng)操作。其功能如下:1)能實現(xiàn)變頻器的遠程操作(啟停、手自動轉(zhuǎn)換、單動)；2)能快速修改各臺電子秤的計量參數(shù)及換倉后各物料吸收系數(shù)的變更設(shè)置。3)修改配料系統(tǒng)的控制參數(shù)。4) 根據(jù)工藝要求，可隨時、方便的選定、修改、更換配比和配料總流量。5)當物料水分含量發(fā)生變化時,可方便的變更水分組和手動輸入各物料的水分變化量。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）96)根據(jù)現(xiàn)場實際需要，可對打印時間間隔、報警時間進行設(shè)置。 　 報警功能1)當系統(tǒng)各測量單元出現(xiàn)故障時,工藝流程主畫面將以警示色提醒用戶,按下相關(guān)鍵后,可由 CRT 顯示故障代碼。2)當系統(tǒng)出現(xiàn)空倉或園盤給料機堵料而無法下料時,工藝流程畫面報警提醒用戶及時處理。 變頻控制部分皮帶電機采用流量死循環(huán)變頻調(diào)速方式，保證配料精度和穩(wěn)定性，節(jié)電效果顯著。將每臺變頻器集中在變頻電控制柜中。正常工作時，稱重儀表 PID 的輸出控制變頻器的輸出頻率，檢修調(diào)試時，按鈕點動控制變頻器的輸出頻率。現(xiàn)場操作箱 調(diào)試或現(xiàn)場檢修時，通過現(xiàn)場操作箱實現(xiàn)單機的正反運行。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）10第三章 硬件設(shè)計 單片機 AT90CAN128 單片機 AT90CAN128 的結(jié)構(gòu)單片機 AT90CAN128 的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 圖 AT90CAN128 結(jié)構(gòu)圖 AT90CAN128 的部分引腳介紹本次試驗主要是以 PWM 口為主，所以，我主要介紹一下 PB 口的相關(guān)作用，主要是 PB7PB0 的作用。如表 所示：內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）11表 部分引腳的菜單引腳名 第二功能PB7 OC2（T/C2 的比較匹配輸出和 PWM 輸出口）OC1C（T/C1 的比較匹配輸出和 PWMC 輸出口）PB6 OC1B（T/C1 的比較匹配輸出和 PWMB 輸出口）PB5 OC1A（T/C1 的比較匹配輸出和 PWMA 輸出口）PB4 OC0（T/C0 的比較匹配輸出和 PWM 輸出口）PB3 MISO(SPI 總線主輸入口/ 從輸出口)PB2 MOSI（SPI 總線主輸出口/從輸入口）PB1 SCK(SPI 總線時鐘)PB0 SS(SPI 總線主從選擇)埠 B，位 7——OC2/OC1COC2 比較輸出： PB7 腳作為定時器 /計數(shù)器 2 的比較輸出。該引腳必須被配置成輸出（DDB7=1） ，才能作為該功能使用。OC2 引腳同時也能作為 PWM 模式輸出。OC1C 比較 C 輸出：PB7 引腳還能作為定時器/ 比較器 1 比較 C 的輸出。該引腳必須被配置成輸出（DDB7=1） ，才能作為該功能使用。同時 OC1C 也能作為 PWM模式下的輸出使用。埠 B，位 6——OC1B比較 B 輸出：PB6 引腳可以作為定時器/比較器 1 的比較 B 輸出。該引腳必須被配置成輸出（DDB5=1 ） ，才能作為該第二功能使用。OC1B 引腳同時也能作為 PWM模式下的輸出引腳用。埠 B，位 5——OC1A比較 A 輸出：PB5 引腳可以作為定時器/比較器 1 的 比較 A 輸出。該引腳必被配置成輸出（DDB5=1 ） ，才能作為該第二功能使用。OC1A 引腳同時也能作為 PWM模式下的輸出引腳用。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）12 AT90CAN128 的特點AT90CAN128 是一款低功率 CMOS 8 位的微處理器，它是基于 AVR 增強型 RISC結(jié)構(gòu)的。在一個時鐘周期里執(zhí)行強大功效的指令，AT90CAN128 可完成 1 MIP 每 MHz的吞吐量，從而讓系統(tǒng)設(shè)計者可對進程速度進行優(yōu)化功率消耗。AVR 內(nèi)核結(jié)合了一個豐富的指令設(shè)置，有 32 個通用目標工作寄存器。所有 32 個寄存器都直接和運算器連接，兩個獨立的寄存器允許被在一個時鐘周期里執(zhí)行的一條單個指令訪問。這種結(jié)構(gòu)比常規(guī)的微處理器更具有效率。AT90CAN128 有以下特點：128K 的內(nèi)部可編程 FLASH，具有可擦寫能力，4K的 EEPROM， 4K 的 SRAM，53 個通用目標 I/O 接口，32 個通用目標工作寄存器，一個 CAN 控制器，實時時鐘（RTC） ，四個靈活的定時 /計數(shù)器，具有比較輸出模式和PWM，兩個 USART，一位定向兩線串行接口，一個 8 信道 10 位的 ADC，一個可編程的帶有內(nèi)部震蕩器的看門狗定時器，一個 SPI 串口，JTAG 測試接口，也可用于訪問片上調(diào)試系統(tǒng)和五個軟件選擇的省電模式?？臻e模式會關(guān)閉 CPU，但允許 SRAM，定時/計數(shù)器， SPI/CAN 口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電模式保存寄存器內(nèi)容，但停止震蕩器，禁止所有其它片上功能直到下一個中斷或者硬件復(fù)位。省電模式中，異步定時器繼續(xù)運行，當其它的器件處于休眠時允許用戶保留一個定時器。ADC 噪聲消除模式關(guān)閉 CPU 和所有的 I/O 接口模塊（但除了異步定時器和 ADC） ，以此在 ADC 轉(zhuǎn)換期間使噪聲最小化。在備用模式中，晶體振蕩器運行當其它器件都休眠。器件運用 Atmel 公司的高密度非易失的存儲技術(shù)制造。片上 ISP FLASH 允許程序內(nèi)存被一個常規(guī)的非易失的儲存編程器或者一個在 AVR 內(nèi)核上運行的片上啟動程序，通過一個內(nèi)部 SPI 串行接口來重新編程。啟動程序能用于任何接口在應(yīng)用 FLASH 儲存器里來下載應(yīng)用程序。當應(yīng)用 FLASH 部分被更新時，在啟動 FLASH 部分內(nèi)的軟件將繼續(xù)運行，提供真正的讀寫操作。由于在一個單芯片上結(jié)合了一個帶有內(nèi)部可編程FLASH 的 8 位 RISC CPU，Atmel 的 AT90CAN128 可說是一個強大的微處理器，為眾多的嵌入式控制應(yīng)用器件提供了一個高度靈活和低費用的解決方案。AT90CAN128 AVR 可支持全套的編程和系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 編譯器，宏匯編，編程調(diào)試器/仿真器，電路仿真器和成套工具。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）13 PWM 的介紹 PWM 的作用 脈 寬 調(diào) 制 PWM 是 利 用 微 處 理 器 的 數(shù) 字 輸 出 來 對 模 擬 電 路 進 行 控 制 的 一 種 非 常有 效 的 技 術(shù) ， 廣 泛 應(yīng) 用 在 從 測 量 、 通 信 到 功 率 控 制 與 變 換 的 許 多 領(lǐng) 域 中 。簡 而 言 之 ， PWM 是 一 種 對 模 擬 信 號 電 平 進 行 數(shù) 字 編 碼 的 方 法 。 通 過 高 分 辨 率計 數(shù) 器 的 使 用 ， 方 波 的 占 空 比 被 調(diào) 制 用 來 對 一 個 具 體 模 擬 信 號 的 電 平 進 行 編 碼 。PWM 信 號 仍 然 是 數(shù) 字 的 ， 因 為 在 給 定 的 任 何 時 刻 ， 滿 幅 值 的 直 流 供 電 要 么 完 全 有(ON)， 要 么 完 全 無 (OFF)。 電 壓 或 電 流 源 是 以 一 種 通 (ON)或 斷 (OFF)的 重 復(fù) 脈 沖 序列 被 加 到 模 擬 負 載 上 去 的 。 通 的 時 候 即 是 直 流 供 電 被 加 到 負 載 上 的 時 候 ， 斷 的 時 候即 是 供 電 被 斷 開 的 時 候 。 只 要 帶 寬 足 夠 ， 任 何 模 擬 值 都 可 以 使 用 PWM 進 行 編 碼 。PWM 信號是指脈沖寬度可以調(diào)整的信號。在 AT90CAN128 單片機中，PWM 信號可以由單片機內(nèi)部的定時器產(chǎn)生。 PWM 的原理 脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號的瞬時采樣值成比例。通常在單片機中集成有一個硬件式的可輸出PWM 脈寬調(diào)制信號的端口，利用它就可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成所希望的電流信號。PWM 脈寬調(diào)制信號是一種矩形波，它的開啟時間tp 與一個周期T 的比是根據(jù)數(shù)字信號變化而變化的。如果在單片機中即沒有D/A 轉(zhuǎn)換電路也沒有硬件式的可輸出 PWM 脈寬調(diào)制信號的端口，比如一些低成本的RISC芯片就是這樣，那么也可以通過軟件方式產(chǎn)生這個PWM 信號并通過編程讓一個I/O 輸出端口作為PWM信號的輸出端。對此可以使用一個由時鐘控制的中斷程序來實現(xiàn)。在一個周期T 內(nèi)，通過軟件方式使I/O 輸出端口產(chǎn)生一個開啟和關(guān)閉的PWM 信號，它的脈沖寬度tp 是與數(shù)字化的測量信號值相關(guān)聯(lián)的。單片機的I/O 輸出端通常輸出的是分立的固有脈沖頻率（基頻）f = 1/tCLK 的電壓值U1（U1= 或5V）并與 PWM 信號相適應(yīng)，所以此時PWM 信號的脈沖幅值即振幅就是U1。而我所使用的AT90CAN128是有直接輸出的 PWM信號，所以不需要進行軟件的控制。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）14開啟時間tp 和周期T 的比值tp/T 可看作為占空比或工作比（）。占空比的變化是與經(jīng)單片機處理的測量信息相關(guān)聯(lián)的。如果該信息具有10 位的分辨率，那么周期T應(yīng)滿足T= 1024 tCLK。U ttt p t c l kT PWM脈沖寬度tp定義示意圖例如，如果一個十六進制的信息為006A，單片機的固有脈沖周期為 tCLK= 1μs，那么可得到相應(yīng)的脈沖寬度為tp= 106μs 的PWM 信號，此時單片機的基頻頻率不分頻。如果微處理器有10 位的分辨率，可以得到占空比為 t p/ T=106/1024? 參見圖3．3。內(nèi)蒙