1、I毕业设计论文基于单片机控制自动配料系统II摘 要皮带配料系统是一种连续累计自动控制系统，广泛用在煤炭、化工、冶金、建材、食品等关系国计民生的各个行业，配料系统可对物料的配比实现累计量控制，而准确的累计量控制可提高产品质量，降低生产成本，提高劳动效率。首先介绍了配料系统控制器的国内外发展状况，接着对配料系统的组成结构、工作原理作了介绍。然后根据配料系统流量控制的设计要求，设计了以AT89C52 单片机为主控芯片的配料系统控制器。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了 IGBT 模块应用驱动、吸收、保护控制等关键技术。在单片机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字 PWM 调制器、
2、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。系统中使用了光电码盘对直流电机的转速进行测量，用电流互感器对直流电机的电流进行检测，经过滤波电路后，将测量值送到 A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行 PI 运算，从而实现了对直流电机速度和电流的控制。通过实时测试与调节电动机的转速和电流，此调速系统可获得快速、精确的调速效果。关键词 直流不可逆调速 PWM 信号 数字控制器IIIABSTRACTBelt batching system is a continuous totalizing automatic weighing instrument. It has played a
3、 critical role in coal, chemical industry, metallurgy, building materials, food and other sectors that are crucial to national economy and peoples livelihood. The cumulative control of some mixed materials batching is realized by batching scale. This accurate cumulative control can cut down the cost
4、 of manufacture, improve the quality of the product and enhance the efficiency of labor.The paper first has an introduction to the status of development for batching scale controller at home and abroad, and then components and operating principle of the batching scale. According to the design requir
5、ements for flow control of a batching scale, this paper designs a batching scale controller with AT89C52 single chip microcomputer as the master control chip. This paper analyzes the working principles of the system and some key technical issues of the application based on the IGBT apparatus, which
6、include drive circuit, snubbed circuit, protection and controlling the quantity of heat, and so on. In the aspect of microcomputer control, it has discussed the principle of number touch off、number velocity testing、 current/velocity controller、number PWM modulator and presents the hardware or softwa
7、re scheme to achieve it.Photoelectric encoder is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculat
8、ion. By real time testing dandy adjusting the motors velocity/current, this timing system can get quick and exact timing result.Keywords reversible DC timing system Pulse-Width Modulation number controller.IV目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .IVCONTENTS .VII第 1章 绪 论 .11.1 引言 .11.2 研究皮带配料系统的意义 .11.3 配料系统的国内外发
9、展现状 .31.4 配料系统的发展趋势 .4第 2章 配料自动控制系统设计 .62.1 配料自动控制系统可控直流源的选择 .62.1.1 配料自动控制系统可控直流源的方案比较 .62.1.2 配料自动控制系统可控直流源的方案确定 .82.2 直流调速系统 PWM 电路方案设计 .82.2.1 PWM 变换器控制方案选择 .92.2.2 PWM 变换器的数学模型 .102.3 配料系统直流调速系统闭环系统方案 .102.4 配料系统自动控制系统的整体方案设计 .122.5 配料系统直流调速系统设计 .132.5.1 配料系统自动控制系统性能及技术要求 .132.5.2 直流电机相关参数的计算 .
10、142.5.3 双闭环稳态工作时静特性 .162.5.4 电流调节器和转速调节器的设计 .17第 3章 配料系统自动控制系统硬件电路设计 .223.1 重量信号采集电路 .223.1.1 传感器选择 .223.1.2 重量信号的采集电路 .233.2 重量信号滤波放大电路 .243.3 A/D 转换电路 .263.4 配料系统自动控制系统的单片机系统 .273.5 皮带配料系统电机回路保护电路设计 .293.5.1 启动保护电路 .29V3.5.2 IGBT 的选择及其吸收回路设计 .303.6 直流电机电流检测电路 .313.7 数字测速电路 .323.7.1 M/T 法测速原理 .333.
11、7.2 数字测速硬件电路 .343.8 PWM 驱动电路设计 .363.8.1 PWM 信号产生电路 .363.8.2 PWM 信号驱动电路 .373.9 配料系统自动控制系统的键盘与显示电路 .383.9.1 I/O 口扩展电路 .393.9.2 配料系统自动控制系统的键盘电路设计 .393.9.3 配料系统自动控制系统的显示电路设计 .413.10 配料系统自动控制系统的电源系统 .42第 4章 配料系统自动控制系统软件设计 .444.1 软件的主程序结构设计 .444.2 PI 控制子程序设计 .464.3 中断服务程序 .47第 5章 配料系统直流调速系统仿真 .495.1 直流双闭环
12、调速系统的仿真模型的构建 .495.2 直流双闭环调速系统的仿真结果分析 .50总 结 .52致 谢 .53参考文献 .54附录 1 软件编程 .56附录 2 系统硬件原理图 .62VICONTENTSABSTRACT（CHINESE） .IABSTRACT .IICONTENTS（CHINESE） .IVCONTENTS .VIICHAPTER 1 INTRODUCTION .11.1 Foreword .11.2 The significance of the belt batching system .11.3 The development of the belt batching s
13、ystem in the world .31.4 The development trend of the batching system .4CHAPTER 2 The design of the automatic batching system.62.1 The choice of controlled DC source for the system.62.1.1 Program comparison of the controlled DC source.62.1.2 The decision of the program .82.2 DC speed conrol systems
14、PWM circuit design .82.2.1 The selection of the PWM converter program.92.2.2 The mathematical model of the PWM converter .102.3 The program of the closed loop system .102.4 The overall design of the automatic control system of the batching system 122.5 Batching system DC speed control design.132.5.1
15、 Batching automatic control system performance and technical requirements.132.5.2 The calculation of the relevant parameters of the DC motor .142.5.3 The closed loop static characteristics of the steady-state operation.162.5.4 The design of the ACR and ASR .17CHAPTER 3 Circuit design of the batching
16、 automatic control system.223.1 Weight signal acquisition circuit.223.1.1 The selection of the sensor.223.1.2 Circuit to get the weight.23VII3.2 Weight signal filering amplifier.243.3 A/D converter circuit .263.4 SCM for batching automatic control system.273.5 Belt ingredients motor circuit protecti
17、on circuit design.293.5.1 Limitations and start pumping voltage protection circuit .293.5.2 The IGBT choice and the absorption circuit design.303.6 DC motor current detection circuit .313.7 Digital speed circuit .323.7.1 M/T method velocimetry principle .333.7.2 Circuit of the detected speed .343.8
18、PWM drive circuit design .363.8.1 PWM signal generating circuit.363.8.2 PWM signal to drive circuit .373.9 Keyboard and display circuit of batching automatic control system .383.9.1 I/O port expansion circuit.393.9.2 Keyboard design of the system .393.9.3 Display circuit design for the system .413.1
19、0 The power system for the batching automatic control system.42CHAPTER 4 The software design for the batching automatic control system .444.1 The main stuctural design of the software design.444.2 PI control subroutine design .464.3 Interrupt service routine .47CHAPTER 4 Batching system DC speed con
20、trol system simulation.495.1 Construction of DC double closed loop speed control system simulation model.495.2 Simulation results of the DC double closed loop speed control system .50The summary .52Acknowledgements.53References.54Appendix 1 software programming .56Appendix 2 system hardware schemati
21、c.621第 1章 绪 论1.1 引言配料系统是按照一定比例来控制物料传输的量，使皮带传输的物料按照一定比例参杂在一起，在工业和农业上有很大的用处。随着国民经济的持续、快速增长，实现工业生产自动化、快速化已经成为与人们生活息息相关的一个环节。近年来，随着电子技术、传感器技术、计算机技术以及智能控制理论的飞速发展，配料自动控制技术也经历了划时代的发展。传统的手动控制物料配比不仅会导致配料误差大，而且配料控制过程持续的时间长，耗费的人力资源比较大。随着工业化的发展，手动配料迅速发展成现在的可连续自动进行，不需要人工干预就可以完成的自动配料操作，而且误差小、操作方便、配料控制时间也大为缩短，还降低了
22、对能源和材料的消耗。配料系统自动控制装置不仅是提供重量数据的仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，更加推进了工业生产的自动化和管理的现代化。皮带配料系统作为一种动态衡器，已经广泛用于工矿企业、交通运输、冶金、化工、建材等国民经济各个领域的配料中，并取得了显著的经济效益。能否准确配料已经成为影响人们生产生活的一个重要因素，但是我国现有的这方面的产品少且设备功能不齐全、精度不高、工作不稳定。因此，改善现有配料装置，开发更精确、更方便的配料系统控制器势在必行。1.2 研究皮带配料系统的意义皮带配料系统简称为配料系统，它与皮带传输系统的设计原理和组成结构基本相同，不同的是，配料系统在
23、皮带传输系统的基础上又增加了“配料” 这2一功能。它广泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行业的物料配比当中，其配料的准确与否直接影响着国民生产的各个部门。配料系统的使用可以提高各个部门的自动化水平和各个生产系统的可靠性，降低工人劳动强度，提高生产效率和产品质量，从而扩大公司的效益。在煤炭行业，配料系统用于定量供煤，能否准确配料直接决定配煤质量。在化工行业，配料系统用于多种原材料的定量配比，它可以起到减员增效，节约成本，减少误差，从而创造更大的利润。在食品加工行业，配料系统的使用代替了大量的手工劳动，提高了劳动生产效率，使得食品加工更方便、快捷。在建材行业，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混
24、合需要用配料系统对其进行定量配比。由此可见，配料系统的应用非常广泛。目前，配料控制系统己广泛应用于工农业生产和社会生活的各个领域。随着科学技术的不断发展，配料控制系统也随之不断改进。在很多生产工艺过程中，人们除了要求衡器能准确地进行称量，满足产品质量的需要外，还要求称重过程能大幅度提高生产效率。尤其是冶金、煤炭、化工、水泥等行业中，常需要对散料进行皮带输送过程中的动态连续称量，而且还要对输送中的流量进行调节、控制、达到准确的配比。配料质量控制的优劣直接关系着企业生产能否顺利进行。如果配制的质量达不到要求，轻则造成原料、能源的浪费，重则影响产品的质量和生产率川，并且有些重要生产岗位的配料失误甚至
25、会给整个生产酿成事故。因此，配料精度的高低和配料速度的快慢制约着整个生产的产品质量和产量，因此应对配料过程的质量和产量控制给予足够重视。随着我国工业自动化程度的提高，配料系统将在现在和未来的市场需求中占据相当大的比例。皮带配料系统作为一种新兴的高新技术产业而越来越受到世界各国的普遍关注。在西方发达国家，配料系统的生产技术已经相对完善；而在中国，由于先前的技术水平落后，这使得积极开发研制更加精确、方便、可靠、功能更强大的配料系统控制器具有重要意义。而且，中国地大物博、资源丰富，各项工业生产正在以不可阻挡的势头向前发展。可以看到，中国广大的市场为配料系统的发展提供了广阔的前景。另一方面，我国目前的
26、主要矛盾3是落后的生产力满足不了人民日益增长的物质文化需要。在物质方面，我们需要又快又好的生产出我们所需要的物质产品，所以我们要进行生产自动化，实现生产的快速性与精确性。综上所述，我们可以看到配料自动控制系统的研究设计对我国经济发展有着很重要的意义，精确的配料技术不仅可以扩大生产量，还可以是生产出来的产品具有很高的质量和性能，经得起市场的考验，使我们的产品在世界经济市场上更具有竞争力。1.3 配料系统的国内外发展现状根据最新配料系统国家标准的规定，皮带配料系统是一种连续累计自动衡器。衡器是利用作用于物体上的重力来确定该物体质量的计量仪器，按其操作方式可分为：自动衡器和非自动衡器。所谓自动衡器就
27、是指在称量过程中无需操作者干预便能按预定的处理程序自动称量的衡器。其中，连续累计自动衡器是无需对质量细分就可对皮带上散装物料进行连续称量的自动衡器。皮带配料系统就是在皮带输送物料的过程中同时对物料进行连续累计称量的一种自动衡器。配料系统起源于 19 世纪末，工业革命以来，各项新技术突飞猛进的发展，随着皮带传输系统的出现，配料系统也应运而来。最早的皮带传输系统称重原理来自于斗式输送机对散状物料连续自动称量的装置。第二次世界大战之后，随着传感器技术、电子技术的迅猛发展，配料系统的发展也是突飞猛进。配料系统的发展大致经历了以下四个阶段：第一阶段是上世纪五、六十年代的纯机械式配料系统，普遍采用机械式、光电式扫描或增量式编码器等，这一阶段的配料系统仅具有识别计数和启动功能。第二阶段是六、七十年代的传感器电子仪表配料系统，随着模拟电路和数字电路的飞速发展，逐渐出现了各种小型化的配料电动仪表。可用仪表来实现平衡、识别和累计计算等功能。
