【正文】 料系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 4第2章 配料自動控制系統(tǒng)設(shè)計 6 配料自動控制系統(tǒng)可控直流源的選擇 6 配料自動控制系統(tǒng)可控直流源的方案比較 6 配料自動控制系統(tǒng)可控直流源的方案確定 8 直流調(diào)速系統(tǒng)PWM電路方案設(shè)計 8 PWM變換器控制方案選擇 9 PWM變換器的數(shù)學(xué)模型 10 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)方案 10 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計 12 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 13 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)性能及技術(shù)要求 13 直流電機(jī)相關(guān)參數(shù)的計算 14 雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)工作時靜特性 16 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 17第3章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 22 22 傳感器選擇 22 23 24 A/D轉(zhuǎn)換電路 26 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng) 27 皮帶配料系統(tǒng)電機(jī)回路保護(hù)電路設(shè)計 29 29 IGBT的選擇及其吸收回路設(shè)計 30 直流電機(jī)電流檢測電路 31 數(shù)字測速電路 32 M/T法測速原理 33 數(shù)字測速硬件電路 34 PWM驅(qū)動電路設(shè)計 36 PWM信號產(chǎn)生電路 36 PWM信號驅(qū)動電路 37 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的鍵盤與顯示電路 38 I/O口擴(kuò)展電路 39 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的鍵盤電路設(shè)計 39 41 42第4章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 44 44 PI控制子程序設(shè)計 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CONTENTSABSTRACT（CHINESE） IABSTRACT IICONTENTS（CHINESE） IVCONTENTS VIICHAPTER 1 INTRODUCTION 1 Foreword 1 The significance of the belt batching system 1 The development of the belt batching system in the world 3 The development trend of the batching system 4CHAPTER 2 The design of the automatic batching system 6 The choice of controlled DC source for the system 6 Program parison of the controlled DC source 6 The decision of the program 8 DC speed conrol system39。s PWM circuit design 8 The selection of the PWM converter program 9 The mathematical model of the PWM converter 10 The program of the closed loop system 10 The overall design of the automatic control system of the batching system 12 Batching system DC speed control design 13 Batching automatic control system performance and technical requirements 13 The calculation of the relevant parameters of the DC motor 14 The closed loop static characteristics of the steadystate operation 16 The design of the ACR and ASR 17CHAPTER 3 Circuit design of the batching automatic control system 22 Weight signal acquisition circuit 22 The selection of the sensor 22 Circuit to get the weight 23 Weight signal filering amplifier 24 A/D converter circuit 26 SCM for batching automatic control system 27 Belt ingredients motor circuit protection circuit design 29 Limitations and start pumping voltage protection circuit 29 The IGBT choice and the absorption circuit design 30 DC motor current detection circuit 31 Digital speed circuit 32 M/T method velocimetry principle 33 Circuit of the detected speed 34 PWM drive circuit design 36 PWM signal generating circuit 36 PWM signal to drive circuit 37 Keyboard and display circuit of batching automatic control system 38 I/O port expansion circuit 39 Keyboard design of the system 39 Display circuit design for the system 41 The power system for the batching automatic control system 42CHAPTER 4 The software design for the batching automatic control system 44 The main stuctural design of the software design 44 PI control subroutine design 46 Interrupt service routine 47CHAPTER 4 Batching system DC speed control system simulation 49 Construction of DC double closed loop speed control system simulation model 49 Simulation results of the DC double closed loop speed control system 50The summary 52Acknowledgements 53References 54Appendix 1 software programming 56Appendix 2 system hardware schematic 62VI第1章 緒 論 引言配料系統(tǒng)是按照一定比例來控制物料傳輸?shù)牧?，使皮帶傳輸?shù)奈锪习凑找欢ū壤齾㈦s在一起，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)上有很大的用處。近年來，隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及智能控制理論的飛速發(fā)展，配料自動控制技術(shù)也經(jīng)歷了劃時代的發(fā)展。隨著工業(yè)化的發(fā)展，手動配料迅速發(fā)展成現(xiàn)在的可連續(xù)自動進(jìn)行，不需要人工干預(yù)就可以完成的自動配料操作，而且誤差小、操作方便、配料控制時間也大為縮短，還降低了對能源和材料的消耗。皮帶配料系統(tǒng)作為一種動態(tài)衡器，已經(jīng)廣泛用于工礦企業(yè)、交通運(yùn)輸、冶金、化工、建材等國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域的配料中，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，改善現(xiàn)有配料裝置，開發(fā)更精確、更方便的配料系統(tǒng)控制器勢在必行。它廣泛用于煤炭、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)的各個部門。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，提高了勞動生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。由此可見，配料系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，配料控制系統(tǒng)也隨之不斷改進(jìn)。尤其是冶金、煤炭、化工、水泥等行業(yè)中，常需要對散料進(jìn)行皮帶輸送過程中的動態(tài)連續(xù)稱量，而且還要對輸送中的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制、達(dá)到準(zhǔn)確的配比。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整個生產(chǎn)釀成事故。隨著我國工業(yè)自動化程度的提高，配料系統(tǒng)將在現(xiàn)在和未來的市場需求中占據(jù)相當(dāng)大的比例。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?？梢钥吹剑袊鴱V大的市場為配料系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的前景。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)自動化，實現(xiàn)生產(chǎn)的快速性與精確性。 配料系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)最新配料系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，皮帶配料系統(tǒng)是一種連續(xù)累計自動衡器。所謂自動衡器就是指在稱量過程中無需操作者干預(yù)便能按預(yù)定的處理程序自動稱量的衡器。皮帶配料系統(tǒng)就是在皮帶輸送物料的過程中同時對物料進(jìn)行連續(xù)累計稱量的一種自動衡器。最早的皮帶傳輸系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機(jī)對散狀物料連續(xù)自動稱量的裝置。配料系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下四個階段：第一階段是上世紀(jì)五、六十年代的純機(jī)械式配料系統(tǒng)，普遍采用機(jī)械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這一階段的配料系統(tǒng)僅具有識別計數(shù)和啟動功能。可用儀表來實現(xiàn)平衡、識別和累計計算等功能。計算機(jī)首次被引入電子配料系統(tǒng)，大大提高了它的集成度。第一、二階段的配料系統(tǒng)只能進(jìn)行簡單的測量、累計計算，而且準(zhǔn)確度不高，對系統(tǒng)運(yùn)行過程中的變化不可控制，因此其計量過程準(zhǔn)確度低，動態(tài)性能差，缺乏穩(wěn)定性。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?。鴉片戰(zhàn)爭以后，我國一些先進(jìn)知識分子開始意識到西方科學(xué)技術(shù)的強(qiáng)大，漸漸摘掉了夜郎自大的眼睛，放眼看世界，開始在西方列強(qiáng)的壓迫下摸索前進(jìn)。我國的科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，不斷地克服技術(shù)上的難題。 配料系統(tǒng)的發(fā)展趨勢近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對原有配料系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)方面改進(jìn)已經(jīng)成為必然的趨勢，提出了通過數(shù)據(jù)采集、自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)視、報警、運(yùn)行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進(jìn)方法。第一，大規(guī)模集成芯片的產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用使得穩(wěn)定安全的控制系統(tǒng)得到了基本的保證，但是在一些嚴(yán)酷的環(huán)境下，系統(tǒng)故障還是時常發(fā)生，導(dǎo)致我們生產(chǎn)出來的產(chǎn)品會因為外界擾動配料失調(diào)而不合格，所以系統(tǒng)在惡劣環(huán)境的抗干擾能力有待提高。對于這一點(diǎn)，我們除了在硬件方面采取一些措施，選擇性能較高的元器件：也可以在軟件編程上面下功夫。通過以上的分析，可以看到配料自動控制系統(tǒng)還要經(jīng)過一些完善，具有很深刻的研究意義。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。早已經(jīng)被淘汰。 配料自動控制系統(tǒng)可控直流源的方案比較方案一：靜止式可控整流器1957年，晶閘管問世，很快便生產(chǎn)出整套的晶閘管整流裝置，使變流技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比，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)實出較大的優(yōu)越性[2]。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動小，適合直流電動機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近50）。但是VM系統(tǒng)在應(yīng)用時還有很多的缺點(diǎn)： 由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕獙崿F(xiàn)四象限運(yùn)行，必須采用正、反兩組全控橋整流電路； 晶閘管對過電壓和過電流十分敏感，因此必須有可靠地保護(hù)電路和符合要求的散熱條件； 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，晶閘管的導(dǎo)通角度很小，系統(tǒng)功率因數(shù)低，會產(chǎn)生很大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓的畸變。方案二：直流斬波器通過PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。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。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現(xiàn)。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。PWM控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。 配料自動控制系統(tǒng)可控直流源的方案確定PWM系統(tǒng)相對于VM系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)[4]： 主電路簡單，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，動態(tài)響應(yīng)快，動態(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，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。論文中采用了專門的芯片組成了PWM信號的發(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。 直流調(diào)速系統(tǒng)PWM電路方案設(shè)計本設(shè)計需要設(shè)計一個直流調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)皮帶傳輸系統(tǒng)所測