雙管智能型螺旋電子稱設計

摘要：雙管智能型螺旋電子稱是一種以單片機為核心的智能化的調速螺旋電子稱，它能對各種非粘結性粉狀物料的流量進行自動檢測，并能進行流量控制，實現(xiàn)定量給料，是一個機電一體化的計算機檢測、控制系統(tǒng)。它主要由調速螺旋輸送機、恒速稱體和單片機檢測、控制器等部分組成。本設計主要包括該裝置的機械部分設計、單片機檢測和控制部分的硬件、軟件設計和抗干擾措施等。設計的該裝置計量精密，控制精確，流量調節(jié)性能穩(wěn)定，系統(tǒng)功能豐富，操作方便，智能化、自動化程度高，運行可靠，抗干擾能力強?？蓮V泛用于建材、化工、冶金、糧食加工、發(fā)電等各行業(yè)。

關鍵詞：螺旋電子稱 ；單片機應用系統(tǒng) ；流量檢測 ；智能儀表

中圖分類號：TH7文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

Design of double-tube intelligent screw electronic scale

Wu Xiang

Department of Mechanical Engineering，Yancheng institute of technology， Yancheng ，224051，

Abstract：Double-tube intelligent electronic scale is a kind of intelligent instrument taking the single-chip microcontroller as the core， it can not only convey the cohesiveness powder which is measured automatically to various kinds， but also can carry on the flow control ， and realize the ration for the material. This device is integrated of a piece of electromechanics， control system which make up mainly of the transfer speed spiral conveyer ， constant speed balance body and single-chip microcontroller measuring ， controller ，etc. The design includes the installation of the mechanical part of the design， testing and control of part of the microcontroller hardware， software design and anti-jamming measures. The designed result indicate that this device precision is relatively high， flow adjusting function is steady， the systematic function is abundant ，easy to operate， intelligent， highly automated， reliable， strong anti-interference. It can be widely used in building materials， chemical industry， metallurgy， food processing， power generation and other industries.

Key words： electronic scale of the spiral application system ； the single-chip micro controller ；the flow measuring ； intelligence instrument

1 前言

在水泥生產過程中，配料是重要的組成部分，為了提高生產效率和自動化程度，一般均采用自動配料。多年來我國科技人員研制了一些以單片機或工業(yè)控制計算機為主控機的自動配料裝置。但目前市面上的產品較少、功能不全，遠不能適應生產和科技進步的需要，為此，需要開發(fā)一種能自動對各種非粘結性粉狀物料的流量進行自動測量和定量控制的智能化稱重裝置。本設計的內容是設計一種雙管智能型螺旋電子稱，所設計的螺旋電子稱的特點是計量精密，控制精確，智能化、自動化程度高，運行可靠，抗干擾能力強?？蓮V泛用于建材、化工、冶金、糧食加工、發(fā)電等各行業(yè)。

2 螺旋電子稱的工作原理與結構

螺旋電子秤是根據(jù)科氏力與物料質量流量之間成線性關系的原理設計的。其結構示意圖如圖1 所示。物料從入料口進入裝在筒內的螺旋，螺旋的轉速由電磁調速電機控制，物料隨著螺旋的轉動向前移動，物料在向前移動過程中要經(jīng)過裝在螺桿下面的壓力傳感器，壓力傳感器將物料的質量轉換成毫伏級的電壓信號，并通過前置放大器轉換為0～+5V 的直流電壓信號，再經(jīng)濾波和A/D 轉換器轉換，將得到的數(shù)字信號傳送給單片機。單片機對數(shù)據(jù)進行實時處理得到物料重量，一方面將物料重量送給數(shù)碼顯示管顯示；另一方面對物料重量作PI 調節(jié)，所得控制量經(jīng)過D/A 轉換后輸出電壓信號給變頻器，變頻器控制調速電機的轉速，從而自動調節(jié)螺旋的轉速，也就自動控制了物料的流量，達到精確控制固體物料流量的目的。

3 機械部分設計

雙管智能型螺旋電子稱是由調速螺旋輸送機、恒速螺旋輸送機、稱架、底座、傳感器、支撐架等部件組成。

3.1調速螺旋輸送機的設計

調速螺旋輸送機通過調速電機控制螺旋絞刀的轉速，進而控制物料流量。

調速螺旋輸送機的構造：螺旋輸送機由螺旋體、進出料口及驅動裝置三大部分組成；螺旋輸送機本體包括頭部、尾部軸承、螺旋料槽、蓋板、底座等組成。驅動裝置由電動機、擺線針輪減速機、聯(lián)軸器及底座等組成。頭部有進料口，尾部設有出料口。

3.2恒速螺旋輸送機的設計

恒速螺旋輸送機由一恒速電機通過減速機減速到設定的轉速，以一恒定的轉速均勻穩(wěn)定地輸送物料。恒速螺旋輸送機設計的方法和思路與調速螺旋輸送機的設計基本相同。為簡化設計，一些零部件的設計中采取相同的結構

3.3稱體的設計

稱體是料槽、電磁調速電機、減速器等三大部件的載體。在螺旋輸送機工作時，同時承擔著物料的重量。所以，它的強度、剛度要求比較高。

稱體選用熱軋槽鋼（GB707-88）。由調速電機、聯(lián)軸器、減速器、聯(lián)軸器及料槽長度可得：稱架的長度為2408mm，寬度為1104mm。稱體的外圍所選槽鋼為：熱軋槽鋼 。為增加強度，節(jié)省材料，在電機和減速機的底座下面采用框架式結構，選用熱軋槽鋼 。

3.4 支撐架的設計

支撐架用于支撐調速螺旋輸送機，并承擔物料的重量，需要設計一加強筋，用來增加其結構強度。支撐架的長度由調速螺旋輸送機、恒速螺旋輸送機的大小以及它們的空間相對位置而定。支撐架的上端用螺栓固定在稱架上，螺栓的直徑為12mm，兩螺栓相間94mm。下部用螺栓固定在整機的底座上，用四個M10×80mm螺栓進行固定。

3.5砝碼盤的設計

砝碼盤是用來裝或卸砝碼，與配重配合使用來調整零點和滿值.砝碼盤的底部為一圓塊，直徑為φ160mm，高為20mm，在砝碼安裝處，刨去厚為8mm，故此處高為12mm。在砝碼盤的底盤上焊有一掛鉤，鉤的內徑為12mm，外徑為20mm。鉤的高度根據(jù)恒速螺旋輸送機的管徑而定。

4 單片機控制系統(tǒng)設計

單片機控制系統(tǒng)包括硬件和軟件。硬件是指單片機本身及其外圍設備，軟件則為管理計算機的程序。硬件是單片機控制系統(tǒng)的基礎，軟件是單片機控制的靈魂。單片機本身是通過各種接口及外圍設備與生產過程發(fā)生關系，并對生產過程進行數(shù)據(jù)處理及控制的。

4.1單片機應用系統(tǒng)硬件設計

單片機應用系統(tǒng)的硬件設計包括兩大部分內容：一是單片機系統(tǒng)擴展部分設計。它包括存儲器擴展和接口擴展。存儲器的擴展是指EPROM和RAM的擴展，接口擴展是指8255、8155、8279以及其他功能器件的擴展。二是各功能模塊的設計。如信號測量模塊、信號控制功能模塊、人機對話功能模塊、通訊功能模塊等，根據(jù)系統(tǒng)功能要求配置相應的A/D、D/A、鍵盤、顯示器、打印機等外圍設備。

4.1.1前向通道

前向通道由傳感器，前置放大電路，A/D轉換電路組成。

傳感器選用BHR-8M密封型電阻應變式傳感器，為減小傳感器特性起始端的非線性誤差的影響，工作時要加預載荷，大小一般為傳感器滿量程載荷的10%，傳感器供橋電壓選用10VDC。

由于荷重傳感器輸出的電壓信號很微弱，所以采用二級精密放大作為前置放大電路。前置放大的第一級采用CMOS動態(tài)校零集成運放ICL7650，此級將輸入電壓0—0.5V放大到0—2V，第二級采用高輸入阻抗集成運放LF356，將0—2V電壓放大到0—5V。

單片機只接受和輸出數(shù)字量，而所測壓力是模擬量，在單片機的輸入端還需用到A/D轉換器，在單片機的輸出端還需用到D /A轉換器由于流量信號的變化頻率較低，故選用雙積分型3又1/2位A/D轉換器5G14433。

4.1.2單片機及系統(tǒng)擴展及人機通道

本設計選用8031系列單片機，擴展一片EPROM27256作為程序存貯器，擴展一片SRAM6116作為數(shù)據(jù)存貯器，擴展一片8155作為鍵盤，擴展一片8279顯示器和打印機，A/D轉換器的接口。帶有各備電池的掉電保護電路可防止單片機內的RAM和6116中的數(shù)據(jù)丟失。

4.1.3 后向通道

后向通道由D/A轉換和I/V轉換電路和SCR控制器組成。

選用DAC0832芯片作為D/A轉換器，參考電壓由MCI1403提供，D/A 轉換后的電流信號由集成運放4558構成的I/V轉換器轉換0～5V的電壓信號送SCR調速控制器。

SCR調速控制器的基本電路是一單晶體管移相觸發(fā)控制器，由輸入電壓信號的大小來控制可控硅的導通角，從而控制調速電機的轉速。

4.2單片機應用系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)采用模塊化設計方法，包括管理程序和應用程序兩大部分。管理程序主要有系統(tǒng)初始化，自檢、鍵盤管理、顯示、打印控制、參數(shù)設定修改，故障診斷報警等模塊。應用程序主要有采樣、數(shù)字濾波、零點自動跟蹤、數(shù)據(jù)處理，PID調節(jié)運算、定時控制、實時控制、實時日歷時鐘等模塊。

4.2.1 主程序

主程序由準備程序和鍵盤處理程序進行鍵盤掃描，區(qū)分數(shù)字鍵與功能鍵，并作相應的處理。準備程序完成系統(tǒng)初始化、自檢、提示符顯示等功能。鍵盤控制處理程序進行鍵盤掃描，區(qū)分數(shù)字鍵與功能鍵，并作相應處理。判斷其是否是功能鍵還是數(shù)字鍵。如為數(shù)字鍵，則送緩沖顯示區(qū)，以便顯示；如為功能鍵，既轉到相應的功能鍵中斷服務程序，完成相應的操作。

4.2.2 定時器To中斷服務程序

為保證系統(tǒng)運行后對流量的檢測、控制工作間斷，用8031單片機內的定時器To和軟件計數(shù)器配合確定采樣數(shù)據(jù)處理和流量控制的時間。將定時器To一次定時的時間作為基本采樣時間，內部RAM和30H、2FH單元分別作為采樣和控制的時間計數(shù)器，這些計數(shù)器中的初值可由鍵盤設計和修改。定時器To的溢出中斷設置為高優(yōu)先級中斷。

4.2.3采樣和數(shù)據(jù)處理子程序

該模塊主要完成數(shù)據(jù)采樣、數(shù)字濾波、零點自動跟蹤、數(shù)據(jù)處理、瞬時量顯示等工作。數(shù)字濾波程序采用中值濾波方法，連續(xù)輸入3個采樣值，取中間值作為有效信號。零位自動跟蹤程序能自動跟蹤零點的漂移，減小誤差。數(shù)據(jù)處理程序完成零位補償、標度轉換，計算瞬時量值、累計流量值等工作。

5 結論

雙管智能型螺旋電子稱是一個機電一體化產品。在機械結構上運用了雙管輸送機的結構，使得檢測的參數(shù)大大簡化，不僅節(jié)省了電子元件，而且使控制方式大大簡化，方便了程序的編制。控制系統(tǒng)采用8031單片機為核心，運行可靠，抗干擾能力強。通過外接各種擴展，能夠顯示瞬時流量值、累計流量值，并對速度進行調控，實現(xiàn)定量給料。其技術要求、性能指標均達到預期目標。

主 要 參 考 文 獻

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