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皮帶配料稱(chēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-在線(xiàn)瀏覽

2024-08-02 17:25本頁(yè)面
  

【正文】 :(1)IN0~I(xiàn)N7:8路模擬量輸入端;(2)21~28:8位數(shù)字量輸出端;(3)ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線(xiàn),用于選通8路模擬輸入中的一路。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí),此端輸入一個(gè)高電平,才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén),輸出數(shù)字量;(8)CLK:時(shí)鐘脈沖輸入端。ADC0809的工作過(guò)程:首先輸入3位地址,并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。直到A/D轉(zhuǎn)換完成,EOC變?yōu)楦唠娖?,指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。經(jīng)過(guò)放大電路的信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào),為了實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的目的必須把它變成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理,因此本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器、一個(gè)地址鎖存譯碼器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。三態(tài)輸出鎖存器被用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量,當(dāng)OE 端為高電平時(shí),才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用的是8路逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809,。ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC均接地,表示選中0通道IN0。重量信號(hào)采集電路原理圖如圖34。要實(shí)現(xiàn)速度環(huán)節(jié)的控制必須檢測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并將轉(zhuǎn)速輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算。數(shù)字測(cè)速具有測(cè)速精確度高、分辨能力強(qiáng)、受器件影響小等特點(diǎn)。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法有三種:M法、T法和M/T法測(cè)速。在本設(shè)計(jì)中,皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較多時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低,皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較少時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高,所以采用M/T法測(cè)速處理。74LS74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件,每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。如果在CP高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào),那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)。邊沿D觸發(fā)器也稱(chēng)為維持阻塞邊沿D觸發(fā)器。下面介紹74LS74的引腳功能:(1)1Q、2Q、1Q_、2Q_為輸出端;(2)1CP、2CP為時(shí)鐘輸入端;(3)1D、2D為數(shù)據(jù)輸入端;(4)CLRCLR2為直接復(fù)位端(低電平有效);(5)PRPR2為直接置位端(低電平有效)。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上,不受 (當(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用),(16mA)時(shí),輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。C +70176。1~177。2mV;(6)共模輸入電壓范圍寬,VIC=0~;(7)輸出與TTL,DTL,MOS,CMOS 等兼容;(8)輸出可以用開(kāi)路集電極連接“或”門(mén);(9)表面安裝器件:表面安裝。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí),輸出電壓過(guò)渡的間隙,電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問(wèn)題,標(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。比較器的所有沒(méi)有用的引腳必須接地,其偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 ~30V無(wú)關(guān),通常電源也不需要加旁路電容。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的低失調(diào)電壓()允許輸出箝位在零電平。由圖可知皮帶走速的測(cè)量步驟如下:(1)由測(cè)速傳感器輸出的信號(hào),其頻率為皮帶走速的線(xiàn)性函數(shù),該頻率由光碼盤(pán)檢測(cè)回路獲得;(2)該輸出信號(hào)通過(guò)衰減送給比較器整形為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào),輸入到74LS74進(jìn)行分頻,74LS74的Q輸出方波接到8051的;(3)由8051的定時(shí)器測(cè)出方波的周期,然后選用門(mén)控方式定時(shí)計(jì)數(shù),當(dāng)Q輸出高電平時(shí)T1計(jì)數(shù),當(dāng)Q輸出低電平時(shí)T1停止計(jì)數(shù),最后讀出的計(jì)數(shù)值m;圖35:皮帶走速信號(hào)測(cè)量電路(4)由公式計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速,然后查表得到轉(zhuǎn)換系數(shù),計(jì)算出皮帶走速大小。操作者需要通過(guò)鍵盤(pán)向系統(tǒng)發(fā)出各種指令或者置入必要的數(shù)據(jù)信息。鍵盤(pán)是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)組,當(dāng)沒(méi)有一個(gè)鍵按下時(shí),所有行線(xiàn)輸出為1;當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí),該鍵所在的行線(xiàn)和列線(xiàn)短接,行線(xiàn)的輸出由列線(xiàn)的輸入電平來(lái)決定,74LS164可以為鍵盤(pán)提供列掃描信號(hào)。其判斷識(shí)別過(guò)程如下:(1)先進(jìn)行整體掃描,當(dāng)為0時(shí)則表示有鍵被按下;(2)當(dāng)有鍵被按下時(shí),進(jìn)行逐列掃描找出這個(gè)鍵所在的行值,此時(shí)74LS164逐次輸出所對(duì)應(yīng)的列值,分別為01H、02H、04H、08H、10H、20H、40H、80H;(3)由鍵值所在的行值和列值即可計(jì)算出按鍵的所在位置。其中,第一行的行值是00H,第二行的行值是08H。為了保證CPU對(duì)按鍵的一次閉合只進(jìn)行一次處理,所以對(duì)抖動(dòng)信號(hào)必須進(jìn)行消抖處理。數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段)構(gòu)成,通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字0~字符A數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。通常,公共陽(yáng)極接高電平(一般接電源),其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。(2)共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極(二極管負(fù)端)連接在一起。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí),則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮,根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。表31:八段LED顯示器段碼表顯示符0123456789.段碼3FH06H5BH4FH66H6DH07H7DH7EH6FH80H本次設(shè)計(jì)中的顯示器采用八段數(shù)碼管,需要由驅(qū)動(dòng)電路(反向器)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),并采用共陽(yáng)極接法。在該系統(tǒng)中由移位寄存器74LS164來(lái)提供需要顯示的段碼?!糜诳刂聘鱾€(gè)顯示器的接地端。這樣巡回掃描速度較快,每秒可以重復(fù)多次。這種顯示為動(dòng)態(tài)顯示,此時(shí),段選碼和位選碼都是由軟件控制。在調(diào)試過(guò)程中需要輸入設(shè)定值及各種參數(shù)(P、I、D、a、b、c、d轉(zhuǎn)換系數(shù))。LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法。這種方法顯示可靠,主要缺點(diǎn)是使用元件多,線(xiàn)路復(fù)雜,成本較高。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。動(dòng)態(tài)掃描顯示按數(shù)據(jù)輸出方式又可分為并行和串行兩種。在對(duì)顯示器要求不是太高的場(chǎng)合,也常采用串行數(shù)據(jù)輸出方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描,這種方式利用8051內(nèi)部的串行口和某個(gè)并行口(如P1口)組成了控制電路。原理圖中74LS164是串行輸入并行輸出移位寄存器,它與8051的串行口按方式0連接。每輸出一個(gè)字節(jié),8051內(nèi)部的硬件自動(dòng)使SCON寄存器的中斷標(biāo)志TI置位,通過(guò)對(duì)TI的測(cè)試,即可確定一個(gè)字節(jié)是否發(fā)送完畢。圖36:鍵盤(pán)顯示器接口電路74LS1674LST164是高速硅門(mén)CMOS器件,與低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件的引腳兼容。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)輸入端(DSA 或 DSB)之一串行輸入;任一輸入端可以用作高電平使能端,控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。時(shí)鐘(CP)每次由低變高時(shí),數(shù)據(jù)右移一位,輸入到Q0,Q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端(DSA和 DSB)的邏輯與,它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。在硬件電路中,74LS164的功能是進(jìn)行鍵掃描時(shí)提供列值以及進(jìn)行LED顯示時(shí)提供段碼。LED顯示時(shí),74LS164用于提供段碼,控制待顯示的數(shù)據(jù)由8051的串行口提供?!?jīng)過(guò)反向驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍵掃描處理采取了軟件消抖等一系列抗干擾措施。一般用雙極型(TTL)工藝制作的稱(chēng)為555,用互補(bǔ)金屬氧化物(CMOS)工藝制作的稱(chēng)為7555,除單定時(shí)器外,還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器成本低,性能可靠,只需要外接幾個(gè)電阻、電容,就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器,三個(gè)等值串聯(lián)電阻,一個(gè)RS觸發(fā)器,一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。在電源與地之間加上電壓,當(dāng) 5 腳懸空時(shí),則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為2VCC /3,C2的反相輸入端的電壓為VCC /3。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于2VCC/3,同時(shí)TR端的電壓大VCC /3,則C1的輸出為0,C2的輸出為1,可將RS觸發(fā)器置0,使輸出為低電平。當(dāng)此端接低電平,則時(shí)基電路不工作,此時(shí)不論TR、TH處于何電平,時(shí)基電路輸出為“0”,該端不用時(shí)應(yīng)接高電平;5腳:VC為控制電壓端。該端與放電管集電極相連,用做定時(shí)器時(shí)電容的放電;8腳:外接電源VCC, ~ 16V,CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。物料在超出設(shè)定值或低于設(shè)定值時(shí)就被系統(tǒng)識(shí)別為超限。如果報(bào)警條件滿(mǎn)足。當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí),使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖37:報(bào)警電路原理圖由于P1口是準(zhǔn)雙向口,要想將某一位作輸出位時(shí),必須先在鎖存器中寫(xiě)入“1”。這就是在硬件上加一個(gè)反向器的原因。 DAC0832在控制電機(jī)中的應(yīng)用在本系統(tǒng)中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速可由經(jīng)DAC0832輸出的控制電流來(lái)調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶上物料的流量控制。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn),在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。:(1)分辨率8位;(2)電流穩(wěn)定時(shí)間1us;(3)可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入;(4)只需在滿(mǎn)量程下調(diào)整其線(xiàn)性度;(5)單一電源供電(+5V~+15V);(6)低功耗,20mW。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1,當(dāng)LE1為高電平時(shí),數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)變換,LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存;(5)XFER:數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線(xiàn),低電平有效,負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500ns)有效;(6)WR2:DAC寄存器選通輸入線(xiàn),負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500ns)有效。(7)IOUT1:電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線(xiàn)性變化;(8)IOUT2:電流輸出端2,其值與IOUT1值之和為一常數(shù);(9)Rfb:反饋信號(hào)輸入線(xiàn),改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿(mǎn)量程精度;(10)Vcc:電源輸入端,Vcc的范圍為+5V~+15V;(11)VREF:基準(zhǔn)電壓輸入線(xiàn),VREF的范圍為10V~+10V;(12)AGND:模擬信號(hào)地;(13)DGND:數(shù)字信號(hào)地。DAC0832的地址可以設(shè)為C000H。本系統(tǒng)DAC0832工作于單緩沖方式,只用輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù)。 D/A轉(zhuǎn)換原理圖見(jiàn)圖38。 電機(jī)調(diào)速控制電路在晶體管功率放大和電源電路中,脈沖寬度調(diào)制器以其功耗低、效率高得到了廣泛的應(yīng)用。在本次設(shè)計(jì)中采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。單相橋式PWM逆變電路如圖39所示。由于它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開(kāi)滑、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用,當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn),電氣控制裝置是提供滑差離合器勵(lì)磁線(xiàn)圈勵(lì)磁電流的裝置。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu),它與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接,俗稱(chēng)主動(dòng)部分;磁極做成爪形結(jié)構(gòu),裝在負(fù)載軸上,俗稱(chēng)從動(dòng)部分。當(dāng)勵(lì)磁線(xiàn)圈通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng),爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對(duì)磁極。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的原理沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別,所不同的是:異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生,而電磁滑差離合器的磁場(chǎng)則由勵(lì)磁線(xiàn)圈中的直流電流產(chǎn)生,并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。在電子電路及設(shè)備中,一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。具體步驟為交流電網(wǎng)220V的電壓通過(guò)電源變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐?,然后通過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。在整流、濾波電路之后,還須接穩(wěn)壓電路,保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。所以變壓器將220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓,然后送給整流電路。在直流穩(wěn)壓電源中利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電特性,將方向變化的交流電整流為直流電。這種整流電路使用普通的變壓器,但是比全波整流多用了兩個(gè)整流二極管。交流電經(jīng)過(guò)整流后得到的是脈動(dòng)直流,這樣的直流電源由于所含交流紋波很大,不能直接用作電子電路的電源。之所以使用電容濾波電路是利用電容的充放電原理來(lái)達(dá)到濾波的作用。在C1還沒(méi)有完全放電時(shí)再次開(kāi)始進(jìn)行充電。其作用是當(dāng)交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí),保證輸出直流電壓的穩(wěn)定。目前市場(chǎng)上通用的集成穩(wěn)壓電圖310:12V直流穩(wěn)壓電源路已非常普遍。常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定集成穩(wěn)壓器和三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器,它們都屬于電壓串聯(lián)反饋型。圖311:+5V直流穩(wěn)壓電源輸送皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作員在鍵盤(pán)上設(shè)定,系統(tǒng)投入運(yùn)行后,單片機(jī)采樣皮帶荷重信號(hào)和走速信號(hào),并且計(jì)算瞬時(shí)流量和輸出控制電流(4~20mA),實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。圖312:系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖當(dāng)輸送皮帶以運(yùn)作時(shí),物料在皮帶上一般為不均勻分布,瞬時(shí)流量為: (34)式中:P(t)為單位長(zhǎng)度上物料的瞬時(shí)重量; V(t)為皮帶的瞬時(shí)線(xiàn)速度。由調(diào)試過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,可通過(guò)鍵盤(pán)輸入。在流量測(cè)試的基礎(chǔ)上,把流量設(shè)定值和實(shí)際測(cè)試得到的瞬時(shí)流量進(jìn)行比較,計(jì)算出誤差。增量式PID控制算法只需計(jì)算增量,當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí),對(duì)控制量計(jì)算的影響較??;增量式積分項(xiàng)運(yùn)算僅與本次偏差有關(guān),不易產(chǎn)生積分飽和,可取得較好的調(diào)節(jié)效果;在實(shí)際系統(tǒng)中,易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換,故在控制策略的選用中得到了廣泛的推廣。 輸出控制變量Vi的表達(dá)式為: (38)式中:為上一時(shí)刻輸出的控制變量。所以,整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)編程部分是本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。依據(jù)系統(tǒng)功能,可以將軟件部分劃分為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊,然后為每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)算法并規(guī)劃出程序流程圖,再根據(jù)流程圖編寫(xiě)程序。皮帶配料秤監(jiān)控軟件從功能上可劃分為系統(tǒng)初始化、鍵掃描及顯示、鍵輸入和鍵命令處理、運(yùn)行管理程序(包括信號(hào)采集、計(jì)算瞬時(shí)流量及控制輸出三部分)幾個(gè)主要模塊。系統(tǒng)初始化的主要任務(wù)是在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí),對(duì)控制系統(tǒng)中所用到的各個(gè)串行口、地址和定時(shí)器的工作方式進(jìn)行初始化設(shè)定,同時(shí)對(duì)用戶(hù)地址進(jìn)行計(jì)算規(guī)劃。表41初始化狀態(tài)表工作單元存 放 數(shù) 據(jù)初始化狀態(tài)38H,39H,3AH(上次
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