基于ARM7的重介參數(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計

畢經(jīng)超 ， 張 銳 ， 朱 亮 ， 劉 向

（1.山東華魯恒升化工股份有限公司 山東 德州 253024；2.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100；3.中國華能集團瀾滄江水電開發(fā)有限公司，云南 昆明650214）

近年來，重介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)[1]在我國選煤工藝中得到廣泛應(yīng)用，其中重介系統(tǒng)工藝參數(shù)的自動調(diào)節(jié)直接影響著選煤的質(zhì)量，傳統(tǒng)方法在實際運行中暴露出諸多問題：穩(wěn)定性差、控制精度低和實時性不好等。隨著自動化控制理論水平、計算機應(yīng)用技術(shù)與通信技術(shù)不斷提高，人們對重介工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)提出了更高的要求，因此實現(xiàn)重介工藝參數(shù)的自動調(diào)節(jié)對提高選煤產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的勞動強度，改善工人的工作條件，避免事故的發(fā)生等方面具有十分重要的意義。

文中結(jié)合選煤廠的項目，分析了選煤工藝流程的特點，利用ARM7豐富的外圍模塊、強大的管理功能和同時支持多個CAN總線的操作等優(yōu)良的性能[2]，設(shè)計開發(fā)了重介工藝參數(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

基于ARM7的重介工藝參數(shù)的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示，由測控單元、顯示模塊、通信單元等組成，其中測控單元以LPC2119為核心，將現(xiàn)場采集的旋流器入選壓力、分流器執(zhí)行器開度信號、電動加水閥門開度、電動補水閥門開度、合格介質(zhì)密度、磁性物含量、合格介質(zhì)桶液位、原煤入洗量等參數(shù)進行運算處理，采用PID控制算法，使合格介質(zhì)密度控制穩(wěn)定，并且精度高；人員可通過液晶屏用按鍵設(shè)定各參數(shù)值，在液晶模塊上能顯示各種故障信息，以便工作人員能在現(xiàn)場看到故障信息及時做出處理。同時通過CAN通信模塊將現(xiàn)場采集的信息傳給選煤廠集控室，可在集控室的大屏幕上實時顯示各種信息，人員也可在集控室對參數(shù)進行設(shè)置。

2 硬件電路的設(shè)計

2.1 重介參數(shù)采集模塊

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案Fig.1 Entire design scheme of system

重介參數(shù)采集系統(tǒng)[3]主要完成介質(zhì)密度、磁性物含量、壓力、液位、閥門開度等參數(shù)的在線測量。密度檢測選用HSGK系列的專門用于重介洗煤的密度計，可以直接檢測原煤合格介質(zhì)密度、煤泥合格介質(zhì)桶密度。測量儀表將密度轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號輸出，選用1%精度的電阻轉(zhuǎn)換成電壓，然后傳給LPC2119。

液位測量模塊，選用超聲波液位計，現(xiàn)場采集的合格介質(zhì)桶和煤泥介質(zhì)桶的液位。此電路接口簡單，使用方便，液位范圍滿足系統(tǒng)的要求。

2.2 顯示模塊

為實現(xiàn)友好的人機界面，采用液晶顯示屏LCD JM12864－10進行相應(yīng)顯示。為配合LCD顯示需要，使用按鍵來實現(xiàn)系統(tǒng)中參數(shù)顯示以及修改等操作。LCD JM12864－10內(nèi)嵌控制器T6963C，用戶只需熟悉T6963C控制器的數(shù)據(jù)、指令格式、顯示存儲器的劃分以及接口引腳功能定義，即可實現(xiàn)LCD的顯示功能。其液晶顯示電路如圖2所示。

圖2 液晶顯示電路Fig.2 LCD circuit

由于液晶工作于5 V電源，與LPC2119之間連接需要進行電平轉(zhuǎn)換，采用74ALVC16245來實現(xiàn)5 V到3.3 V轉(zhuǎn)換。T2電位器用于調(diào)節(jié)液晶的亮度。

2.3 通信模塊

LPC2119內(nèi)部帶有CAN控制器[4]，不必外加CAN控制器來實現(xiàn)CAN總線的底層協(xié)議，只連接CAN總線驅(qū)動器即可實現(xiàn)CAN接口。CAN總線通信接口電路圖如圖3所示。

圖3 CAN通信接口電路Fig.3 CAN communication interface circuit

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分主要詳細介紹重介工藝參數(shù)的控制方案的實現(xiàn)及控制流程圖[3]。

3.1 合格介質(zhì)密度控制

通過密度計測量合格介質(zhì)的密度，將測量值與設(shè)定值進行比較，通過比較結(jié)果，主控單元計算加水閥的動作時間，進而控制加水閥的動作；在系統(tǒng)運行過程中，人員可改變給定值，系統(tǒng)能自動的調(diào)節(jié)。合格介質(zhì)密度控制流程圖如圖4所示。

3.2 合格介質(zhì)粘度控制

隨著系統(tǒng)的運行，合格介質(zhì)懸浮液中的煤泥含量會逐漸增加，當(dāng)煤泥含量超過規(guī)定的范圍，將影響選煤效果、增加介質(zhì)損耗、增大生產(chǎn)的控制難度，因此需要將弧形篩下合格介質(zhì)自動多分流一部分去煤泥介質(zhì)桶，經(jīng)煤泥旋流器分選后進磁選機脫泥，以降低介質(zhì)的粘度。本系統(tǒng)主要通過控制煤泥介質(zhì)桶液位來實現(xiàn)對煤泥量的控制，合格介質(zhì)粘度控制流程圖如圖5所示。

圖4 密度控制流程圖Fig.4 Flow chart of density control

圖5 黏度控制流程圖Fig.5 Flow chart of viscosity control

3.3 合格介質(zhì)桶液位控制

合格介質(zhì)桶的液位對保證洗選的產(chǎn)品質(zhì)量很重要，在給料一定的條件下，若合格介質(zhì)桶液位波動大，將會影響合格介質(zhì)密度調(diào)整的穩(wěn)定性，從而影響分選效果[6]。當(dāng)液位偏低時，介質(zhì)密度、旋流器入口壓力不易穩(wěn)定；當(dāng)液位偏高時，停車時介質(zhì)桶會出現(xiàn)冒頂?shù)奈ｋU。合格介質(zhì)桶液位控制流程圖如圖6所示。

圖6 液位控制流程圖Fig.6 Flow chart of level control

4 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明：采用ARM7嵌入式處理器LPC2119實現(xiàn)重介工藝參數(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計，不僅簡化了硬件電路的設(shè)計，而且提高了系統(tǒng)的性能。同時，結(jié)合現(xiàn)場總線CAN通信方式，有效的解決了傳統(tǒng)的主從通信方式通信速率低、傳輸大量數(shù)據(jù)時出錯率高、不能享用多主機技術(shù)帶來的各種優(yōu)越性能等方面的不足。

5 結(jié) 論

需要注意的問題：由于系統(tǒng)運行在選煤廠的主廠房，其環(huán)境比較惡劣，CAN總線上必然存在著各種干擾信號，為使能有效、及時的與系統(tǒng)其他節(jié)點進行通信，并將得到的數(shù)據(jù)信息實時準(zhǔn)確的發(fā)送到上位機以便進行后續(xù)分析診斷等工作。在硬件上，系統(tǒng)選用6N137高速光耦芯片，可以有效地破壞干擾源的進入，同時也解決了電平兼容的問題，其通信速率可高達10 Mbit/s，完全能滿足CAN總線通信的需要。并選用82C250收發(fā)器，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，以實現(xiàn)總線上各節(jié)點間的電氣隔離。輸出端接120 Ω的電阻，用于遠距離傳輸阻抗匹配。

筆者創(chuàng)新點：設(shè)計了一種基于ARM7的重介參數(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將ARM7的強大管理能力和CAN通信的優(yōu)點結(jié)合起來，在軟/硬件設(shè)計中采用模塊化的結(jié)構(gòu)，具有高度的靈活性和廣泛的應(yīng)用性。

[1]張士聰，王波，王然風(fēng).成莊礦選煤廠重介密度監(jiān)控系統(tǒng)的改造實踐[J].工礦自動化，2010（5）:12-14.ZHANG Shi-cong， WANG Bo， WANG Ran-feng.Reforming practice of monitoring and control system of heavy-media density in Chengzhuang Coal Preparation Plant[J].Industry and Mine Automation，2010（5）:12-14.

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[5]汪玉鳳，霍德鵬，崔穎，等.基于模糊PID控制器的重介密度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2010（12）:83-85.WANG Yu-feng， HUO De-peng， CUI Ying， et al.Heavymedium density automatic control system based on Fuzzy PID[J].Instrument Technique and Sensor，2010（12）:83-85.

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