简易数字测温系统的设计.doc

基于ADAM5510的新型失重秤设计徐晓伟，刘成安，赵伟（西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳621010）【摘要】 通过对老式失重秤的工作原理的介绍，并分析了老式失重秤在流量测量过程中的误差来源，提出了一种基于ADAM5510为控制器的新型失重秤的方法。并阐述了其工作原理以及控制方案，实践证明，对于提高失重秤的称重精度和计量精度效果是很明显的。 【关键词】失重秤；ADAM5510；控制器；流量测量中图分类号：TP273 文献标识码：ADesign of Late-model Loss-in-weight Based on ADAM5510XU Xiao-wei, LIU Cheng-an, ZHAO Wei(Southwest University of Science and Technology, College of Information Engineering, Sichuan Mianyang 430081,China)【Abstract】Through introduce the working principle of the past lost-in-weights , analyze the error sources of the past lost-in-weights in flow measurement process and the method of late-model lost-in-weight based on ADAM5510 controller is developed. This paper describes the working principle and control method. The experiment proves that the effect of raising lost-in-weight weighing precision and the measuring accuracy is very obvious.【Keyword】Lost-in-weight；ADAM5510；Controller；Flow measurement1. 引言失重秤是一种质量流量连续测量和控制装置。可以认为失重秤是质量流量最直接的测量方法。它具有结构简单,易于实现等特点。在化工、水泥等领域应用尤为广泛，老式的失重秤是采用断续进料、连续出料、重量法与容积法交替称重，计量并控制物料的流量，但是因为采用了容积法，实际上失重秤是处于非测量状态，这样流量测量就存在死区，从而影响了计量和控制的精度，因此为了避免这种情况的发生，我们设计了一种基于研华ADAM5510控制器的新型失重秤来有效的解决动态流量计量和控制的问题。1. 老式失重秤1.1工作原理失重秤主要包括给料仓、加料阀门（通常为蝶阀）、加料电机、称重仓、下料阀门（蝶阀）、下料电机、螺旋式给料机、称重传感器、变频器以及防尘软连接管等几个部分。控制器一般采用总线板卡或者单片机的形式，通过其与上位机的互联来实现对整体的控制。失重秤系统示意图如图1所示。图1 老式失重秤系统框图Fig1.Block diagram of the past lost-in-weight system失重秤的工作主要是对称重仓中的进行料重控制，是间歇装料连续给料的方式1。工作曲线如图2所示。A点为设定的下限控制点,C点为上限控制点,即称重仓的Gmin和Gmax。当称重仓内物料重量减少到A点时，控制器发出装料指令，加料阀门打开，由给料仓向称重仓迅速加料；当仓中料重达到B点时,控制器发出停止装料指令，到C点加料阀门完全关闭。从C点到D点为物料沉降时间。在A点D点的时间里，螺旋式出料机以固定速度运行,即容积法喂料，其流量等于装料前的流量，这就是失重秤的加料过程，而从D点到A点就是失重秤的下料过程，微机控制器根据采样时间内重量的减少率得出瞬时流量，与设定流量值相比较，然后通过PID控制器输出调节信号，改变螺旋式出料机的速度，使流量逐步逼近设定值，保证排料均恒，这一过程属于重量法喂料，当仓内物料再次达到A点时候，就完成了一个工作周期，由此可以看出整个过程就是容积法装料和重量法给料。其中要求称重仓的装料速度要远远大于下料速度，即装料时间极短，才能避免容积法喂料产生过大的误差。tDBAA容积喂料重量喂料CG图2 失重秤工作曲线Fig2.The working curve diagram of lost-in-weight1.2影响流量测量精度的因素从以上失重秤测量原理来看,失重秤的测量精度取决于称重精度和计量精度2。间歇填充称重仓对测量的影响。为了保证排料的连续性,在填充称量仓期间仍保持继续排料,失重秤处于非测量状态,一般用填充前的流量来替代。因此,填充期间流量计量误差不可避免,存在测量死区。动态称重对测量的影响。由于失重秤称重都是在填充或排料状态中完成的,填充时物料及气流对称重仓的冲击,排料的失重对称重仓的冲击,排料器的振动对称重仓的干扰,这些都或多或少会影响称重的准确性。称重传感器的性能及采样定时精度的影响。传感器的测量精度及工作的稳定性,采样控制方法及定时精度,直接影响流量测量精度。传感器及其他模拟电子器件的漂移和噪声也是流量测量精度的重要影响因素。失重秤系统的安装及环境因素的影响。加料仓与称重仓之间的距离过近,导致工作时二者相互接触,对称重仓产生附加力的作用。环境的振动,气流的扰动,温度、湿度的变化,强电磁干扰,也会影响失重秤的测量精度和工作的稳定性。2. 新型失重秤正是由于这种老式的失重秤的流量测量方法的差异导致计量和控制精度较差，为了避免这种情况的发生，我们设想可以通过设计两个称重仓来改变这个情况。通过两个称重仓就可以保持对流量的连续测量，即全过程都采用重量法来进行测量。提高了测量的精度和称重的准确性。2.1工作原理新型失重秤通过两个称重仓改变了流量测量的方法，其系统示意图如图3所示。图3 新型失重秤系统框图Fig3.Block diagram of late-model lost-in-weight system工作流程分为加料过程和下料过程。加料过程：加料仓加料设备启动，加料仓的加料阀门打开向称重仓1快速加料，同时称重仓1的电机（即下料电机1）停止，称重仓1下料阀门关闭，停止给称重仓2加料，此时瞬时流量就根据称重仓2的自身重量的减少率来计算，并根据设定值比较，然后通过常规PID进行调节，从而通过变频器单独控制称重仓2的电机来控制螺旋式给料机2的速度，进而保持流量的平衡。下料过程：加料仓加料设备停止，加料仓的加料阀门关闭，停止向称重仓1加料，称重仓1的电机启动，称重仓1下料阀门开启，开始给称重仓2加料，此时瞬时流量就根据称重仓1和称重仓2的总重量的减少率来计算，这时是通过模糊自适应PID算法来对流量进行调节，在保证流量恒定的同时又要保证称重仓2的重量的恒定的，因此实际上调节称重仓1的电机就是为了使称重仓2中的物料是恒定的，而称重仓2的电机（下料电机2）则是直接的来控制流量的达到给定值，此时控制器是对两个称重仓的电机进行控制和调节。通过这种方式，首先在失重秤保证排料的连续性同时，也保证了流量测量的连续性，从而使整个工作期间总是通过重量法对流量进行测量，避免了流量测量的死区，提高了计量精度。其次通过两个称重仓有效的减少了加料时物料及气流对称重仓的冲击以及下料的失重对称重仓的冲击,提高了称重精度，再者通过ADAM5510提高了整个系统的通用性和灵活性，它使得主机不参与被控对象的直接控制，而是由其来完成控制任务，大大简化线路结构,便于安装维护。2.2控制器的选择控制仪器采用台湾研华公司的ADAM5510系列数据采集控制器，通过其与上位机的互联来实现对数据的采集和电机的控制。其原理图如图4所示。图4 控制器原理图Fig4.The principle diagram of the controllerADAM5510是研华公司的可编程微控制器，内置80188 CPU、ROM-DOS操作系统、RAM以及FlashROM等。因此，ADAM5510可看作PC机的“压缩”版。它可作为独立的、不依赖于上位机的控制器，也具备RS485或RS232通讯功能接口。ADAM5510有四个插槽，可以根据需要，插入不同功能的ADAM5000系列智能模块。因此ADAM5510是应用于分布式控制系统中比较理想的前级控制器。我们采用了其中四个模块分别是：ADAM5017是8通道模拟量输入模块。ADAM5068是8通道继电器模块。ADAM5024是4通道模拟量输出模块，ADAM4520是RS485与RS232协议转化模块3。上位机和ADAM5510的通信连接线有RS232 和RS485两种，我们在ADAM5510控制器端采用RS485，而在上位机采用RS232，二者用RS485/232信号转换模块（ADAM4520）互连，同时，ADAM5510编程接口COM3和计算机RS232串口之间连接，便于程序的加载。ADAM5510的功能:通过ADAM5017接收被控对象的输入模拟信号、同时把数据传送到上位机显示，同时通过ADAM5024输出调节值送到执行部件，从而对被控对象进行控制。上位PC的主要功能:监视被控对象的输入、输出变化过程；计算PID参数以及PID参数的回显,选择ADAM5510各种不同的运行方式,并将调节信号传给给ADAM5510。上位机实际上是通过命令字对失重秤进行监控，而ADAM5510对命令字进行识别，然后做出响应。2.3控制方法制定控制流程图如图5所示。图5 控制方案原理图Fig5.The principle diagram of the control scheme由于工作过程分为加料过程和下料过程两个部分，我们针对其各自的特点采用不同的控制算法，在加料过程中，由于是对称重仓2单独控制，物料处于相对平稳过程，外界的干扰较少，不会产生过大的超调量，因此采用常规PID的控制方式，它具有一定的鲁棒性，实现容易，稳态误差较小，控制精度较高，能满足大部分控制指标。而在下料过程中，是通过两个称重仓来进行控制，此时外界干扰较大，容易产生较大的超调量，并且系统呈现出非线性、时滞性、模型不确定性等特点，因而采用常规的PID控制器难以获得满意的控制效果，因此我们引入了模糊自适应PID控制算法，模糊控制的优点是能够得到较好的动态响应特性，并且无需知道被控对象精确的数学模型，适应性强，上升时间快，鲁棒性好，并且根据对象和环境的变化对PID参数及时的进行在线调整，满足系统的需求，它原理就是将流量偏差E以及流量偏差的变化率Ec作为输入信号，根据模糊规则，输入对应的Kp，Ki，Kd的变化程度，然后与原有的PID参数进行求和从而作为调整后的PID参数来对系统进行控制。具体控制流程：位于称重仓周围的3个称重传感器将重量信号进行叠加转换为微弱的毫伏电压模拟信号，然后通过信号放大器以及采样保持电路，输入到ADAM5017中，然后控制器根据采样周期做一次微分运算求出称重仓内物料重量的减少率dG/dt得出瞬时流量，并与设定值做比较求得偏差，接着将偏差以及偏差的变化率输入PID控制模块，然后由PID控制器输出调整信号，由ADAM5024根据调整信号输出420mA给变频器，变频器根据给定的调整电流来改变电机的转速，从而改变螺旋式给料机的出料速度，进而改变了流量的快慢。 3. 结束语如何对物料的流量进行动态计量与控制一直是水泥、化工等行业关注的焦点，流量控制的准确与否直接关系着产品质量的好坏，本文通过介绍了一种基于ADAM5510的新型失重秤，保证了失重秤在整个连续计量生产过程中始终是按重量法称量，保证了计量的精度和称量的精度，并提高了生产效率，同时该失重秤具备一定的柔性，硬软件稍作修改就能满足不同生产现场，另外可以通过多台失重秤配合使用，就可组成整体配料系统，在成都新津交筑路桥设备有限公司实验证明效果是很明显的，并准备投入生产。参考文献1 周振锋，何晓东用于连续式搅拌设备计量的差分减量（失重）秤J.路面