基于单片机控制自动配料系统毕业设计解读.docx
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基于单片机控制自动配料系统毕业设计解读
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、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
ABSTRACT
Beltbatchingsystemisacontinuoustotalizingautomaticweighinginstrument.Ithasplayedacriticalroleincoal,chemicalindustry,metallurgy,buildingmaterials,foodandothersectorsthatarecrucialtonationaleconomyandpeople'slivelihood.Thecumulativecontrolofsomemixedmaterialsbatchingisrealizedbybatchingscale.Thisaccuratecumulativecontrolcancutdownthecostofmanufacture,improvethequalityoftheproductandenhancetheefficiencyoflabor.
Thepaperfirsthasanintroductiontothestatusofdevelopmentforbatchingscalecontrollerathomeandabroad,andthencomponentsandoperatingprincipleofthebatchingscale.Accordingtothedesignrequirementsforflowcontrolofabatchingscale,thispaperdesignsabatchingscalecontrollerwithAT89C52singlechipmicrocomputerasthemastercontrolchip.ThispaperanalyzestheworkingprinciplesofthesystemandsomekeytechnicalissuesoftheapplicationbasedontheIGBTapparatus,whichincludedrivecircuit,snubbedcircuit,protectionandcontrollingthequantityofheat,andsoon.Intheaspectofmicrocomputercontrol,ithasdiscussedtheprincipleofnumbertouchoff、numbervelocitytesting、current/velocitycontroller、numberPWMmodulatorandpresentsthehardwareorsoftwareschemetoachieveit.
PhotoelectricencoderisusedinthissystemtomeasurethespeedofD.C.motor.TheresultofthemeasurementissenttoA/Dconverterafterpassingthefilteringcircuit,andfinallythefeedbacksingleisstoredinthesingle-chipcomputerandparticipatesinaPIcalculation.Byrealtimetestingdandyadjustingthemotor'svelocity/current,thistimingsystemcangetquickandexacttimingresult.
KeywordsreversibleDCtimingsystemPulse-WidthModulationnumbercontroller.
II
摘要I
ABSTRAC..TII
目录III
CONTENT..S
第1章绪论1
1.1引言1
1.2研究皮带配料系统的意义.1
1.3配料系统的国内外发展现状.3
1.4配料系统的发展趋势4
第2章配料自动控制系统设计6
2.1配料自动控制系统可控直流源的选择.6
2.1.1配料自动控制系统可控直流源的方案比较6
2.1.2配料自动控制系统可控直流源的方案确定8
2.2直流调速系统PWM电路方案设计.8
2.2.1PWM变换器控制方案选择.9
2.2.2PWM变换器的数学模型.10
2.3配料系统直流调速系统闭环系统方案.10
2.4配料系统自动控制系统的整体方案设计.12
2.5配料系统直流调速系统设计.13
2.5.1配料系统自动控制系统性能及技术要求13
2.5.2直流电机相关参数的计算14
2.5.3双闭环稳态工作时静特性16
2.5.4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22
3.1重量信号采集电路22
3.1.1传感器选择22
3.1.2重量信号的采集电路.23
3.2重量信号滤波放大电路24
3.3
26
A/D转换电路
3.4配料系统自动控制系统的单片机系统.27
3.5皮带配料系统电机回路保护电路设计.29
3.5.1启动保护电路29
III
3.5.2IGBT的选择及其吸收回路设计.30
3.6直流电机电流检测电路31
3.7数字测速电路32
3.7.1M/T法测速原理33
3.7.2数字测速硬件电路34
3.8PWM驱动电路设计36
3.8.1PWM信号产生电路36
3.8.2PWM信号驱动电路37
3.9配料系统自动控制系统的键盘与显示电路.38
3.9.1I/O口扩展电路39
3.9.2配料系统自动控制系统的键盘电路设计39
3.9.3配料系统自动控制系统的显示电路设计41
3.10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44
4.1软件的主程序结构设计44
4.2PI控制子程序设计46
4.3中断服务程序47
第5章配料系统直流调速系统仿真49
5.1直流双闭环调速系统的仿真模型的构建.49
5.2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62
IV
CONTENTS
ABSTRACT(CHINESE)I..
ABSTRACTI.I..
CONTENTS(CHINESE)III
CONTENTS错...误!
未定义书签。
CHAPTER1INTRODUCTION1
1.1Foreword1
1.2Thesignificanceofthebeltbatchingsystem1
1.3Thedevelopmentofthebeltbatchingsystemintheworld3
1.4Thedevelopmenttrendofthebatchingsyste.m4
CHAPTER2Thedesignoftheautomaticbatchingsystem6
2.1ThechoiceofcontrolledDCsourceforthesystem6
2.1.1ProgramcomparisonofthecontrolledDCsource6
2.1.2Thedecisionoftheprogram8
2.2DCspeedconrolsystem'sPWMcircuitdesig.n8
2.2.1TheselectionofthePWMconverterprogram9
2.2.2ThemathematicalmodelofthePWMconverte..r10
2.3Theprogramoftheclosedloopsystem10
2.4Theoveralldesignoftheautomaticcontrolsystemofthebatchingsystem..12
2.5BatchingsystemDCspeedcontroldesig.n13
2.5.1Batchingautomaticcontrolsystemperformanceandtechnicalrequirements13
2.5.2ThecalculationoftherelevantparametersoftheDCmot.o..r14
2.5.3Theclosedloopstaticcharacteristicsofthesteady-stateoperat..io..n.16
2.5.4ThedesignoftheACRandASR17
CHAPTER3Circuitdesignofthebatchingautomaticcontrolsystem22
3.1Weightsignalacquisitioncircuit22
3.1.1Theselectionofthesenso..r22
3.1.2Circuittogettheweight23
3.2Weightsignalfileringamplifier24
3.3A/Dconvertercircuit26
3.4SCMforbatchingautomaticcontrolsystem27
3.5Beltingredientsmotorcircuitprotectioncircuitdesign29
3.5.1Limitationsandstartpumpingvoltageprotectioncircui.t29
3.5.2TheIGBTchoiceandtheabsorptioncircuitdesign30
3.6DCmotorcurrentdetectioncircui.t31
3.7Digitalspeedcircuit32
3.7.1M/Tmethodvelocimetryprinciple33
3.7.2Circuitofthedetectedspeed34
3.8PWMdrivecircuitdesign36
3.8.1PWMsignalgeneratingcircui.t36
3.8.2PWMsignaltodrivecircuit37
3.9Keyboardanddisplaycircuitofbatchingautomaticcontrolsystem38
3.9.1I/Oportexpansioncircui.t39
3.9.2Keyboarddesignofthesystem39
3.9.3Displaycircuitdesignforthesystem41
3.10Thepowersystemforthebatchingautomaticcontrolsyste..m42
CHAPTER4Thesoftwaredesignforthebatchingautomaticcontrolsystem44
4.1Themainstucturaldesignofthesoftwaredesign44
4.2PIcontrolsubroutinedesign46
4.3Interruptserviceroutine47
CHAPTER4BatchingsystemDCspeedcontrolsystemsimulation49
5.1ConstructionofDCdoubleclosedloopspeedcontrolsystemsimulationmodel49
5.2SimulationresultsoftheDCdoubleclosedloopspeedcontrolsystem50
Thesummary52
Acknowledgements53
References54
Appendix1softwareprogramming56
Appendix2systemhardwareschemat.ic62
VI
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,配料系统在皮带传输系统的基础上又增加了“配料
这一功能
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,我国目前的主要矛盾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。
第三、第四阶段是20世纪七十年代末的微机智能化的配料系统。
计算机首次被引入电子配料系统,大大提高了它的集成度。
此时的配料系统累计量运算采用累加法代替了积分法。
第一、二阶段的配料系统只能进行简单的测量、累计计算,而且准确度不高,对系统运行过程中的变化不可控制,因此其计量过程准确度低,动态性能差,缺乏稳定性。
而第三、四阶段的配料系统控制器集合了微机技术、现代计量技术、通讯技术、网络技术、工业控制等技术,不仅增强了计量的准确性,而且对其在计量过程中出现的问题能够实时监测和控制,同时,仪表的显示、报警、调零等功能的自动控制也越来越完善。
而通讯技术的发展更是增强了仪表的远程维护诊断与数据传输的功能。
在自动配料系统的研发与设计方面,欧美发达国家的起步较早,而当时的中国在清政府的统治下,采取闭关锁国的外交政策,使得我国没有及时的引进这些先进技术。
鸦片战争以后,我国一些先进知识分子开始意识到西方科学技术的强大,渐渐摘掉了夜郎自大的眼睛,放眼看世界,开始在西方列强的压迫下摸索前进。
新中国成立后,政府高度重视科学技术的发展。
我国的科学技术突飞猛进,不断地克服技术上的难题。
其中配料控制系统作为一个在各个生产领域方面都有其重要作用关键环节更是取得了很大成就。
1.4配料系统的发展趋势
近年来,随着计算机技术的飞速发展,对原有配料系统进行技术方面改进已经成为必然的趋势,提出了通过数据采集、自动控制、远程监视、报警、运行管理、变频调速等多方面的技术改进方法。
在生产任务繁重的时候,要求系统能够加快生产速度,集中控制电机的启动、浏览生产工业流程图、作出事故报警响应、调节电机运行速度等功能,实现所需功能的集中控制,这就要求系统可以实现远程控制功能,并且实时对现场设备进行监控。
第一,大规模集成芯片的产生和广泛应用使得稳定安全的控制系统得到了基本的保证,但是在一些严酷的环境下,系统故障还是时常发生,导致我们生产出来的产品会因为外界扰动配料失调而不合格,所以系统在恶劣环境的抗干扰能力有待提高。
第二,在工业生产当中尤其是化学工艺中,对物料的配料精度有着极高的要求,一般的配料自动控制系统很难满足要求,需要开发高精度高灵敏度的设备来实现这类一行业的生产自动化。
对于这一点,我们除了在硬件方面采取一些措施,选择性能较高的元器件:
也可以在软件编程上面下功夫。
第三,现代的工业自动化虽然给我们的生产生活带来了极大的便利,但与此同时对环境也产生了不良影响,我们需要在生产过程中采用一些手段使得我们的生产更环保、更节能,认真贯彻可持续发展战略。
通过以上的分析,可以看到配料自动控制系统还要经过一些完善,具有很深刻的研究意义。
第2章配料自动控制系统设计
2.1配料自动控制系统可控直流源的选择
直流调速的主要方法是变压调速:
即通过改变直流电机的电枢电压来实现调速的目的。
调节电枢电压常用的可控直流源有三种[1]:
1、旋转变流机组;
2、静止式可控整流器;
3、直流斩波器或脉宽调制器。
旋转变流机组是至少要包含两台与调速电机容量相当的旋转电机,还需要一台励磁发电机,设备多,体积庞大,费用高,不便于维护,运行噪声大。
早已经被淘汰。
这里主要对比后两种方案。
2.1.1配料自动控制系统可控直流源的方案比较
方案一:
静止式可控整流器
1957年,晶闸管问世,很快便生产出整套的晶闸管整流装置,使变流技术发生了革命性的变化。
通过调节阀装置的控制电压U
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