配料控制器的应用要求。
带式输送机广泛应用于矿山、冶金、码头、化工等行业，能够自动输送散装固体原料，特别适用于高温、高海拔和有害环境。皮带秤作为测量和控制带式输送机物料流量的实时控制器，能够准确测量物料流量，保证配料比例准确，实现生产过程自动化，提高生产效率和产品质量。单片机控制的配料秤功能强、结构简单，是电子配料秤的发展方向。
动态配料计量控制原理。
皮带物流的动态测量是在物料输送过程中连续自动完成的。为了测量一段时间内皮带物流的累计重量(或位移)，可以采用两种方法:累计法或积分法。
堆积法的称重计量原理是:物料通过图1所示的称重计量段时，输送带运行距离L=kl(k为称重托辊数，此处k=3)时，称重传感器的力Fm测量一次，并累计。在一段时间内，当传送带运行nl距离时，这段时间内物料的累计重量。
实际上，这种累加方法只用于纯机械皮带秤的称重测量，其精度并不令人满意。目前广泛采用的是积分法。
配料系统的硬件组成。
1个负载传感器。
用于测量传送带上的瞬时重量。使用应变式负载传感器，将重量转换成应变，并通过电阻应变仪将其转换成与其成比例的电压信号。该方法具有灵敏度高、线性好的优点。
2速度传感器。
用于测量传送带的速度。设置滚轮与皮带接触，并与皮带同步转动，滚轮的另一端连接光电齿盘，将滚轮的转动转换成相应的脉冲信号，输入单片机。
3单片机。
单片机选用洪晶科技生产的STC89c58rd+，是新一代8位单片机，具有超强的抗干扰能力，高速低功耗。
4A模数转换器。
AD转换器AD7799，AD7799是美国某公司的3通道24位δ2∑ADC，适用于高精度工业级转换。其特点是:均方根噪声极低；功耗低；内置增益为12128的低噪声可编程称重仪表放大器；内置自校准电路；50Hz和60Hz同步陷波器，消除50Hz和60Hz电源干扰；内置时钟振荡器节省外部晶体振荡器。
5称重显示器和键盘。
显示部分分为两部分，一部分是128×64低功耗位图形式的LCD模块，用于选择参数和实现功能；第二，保留常用的7位数码管，可以动态醒目的显示参数。键盘使用软膜触摸键盘。
6D模数转换器。
Ad5664用作数模转换器，这是一款16位四数模转换器，采用3mm×3mm10引脚LFCSP(引脚架构芯片级封装)超小型封装。
配料控制器称重模块。
称重模块包括激励电源、传感器、称重仪表放大器和模数转换器。
为了提高测试精度，采用六线制进行长线测量[3]。即在原有四线制的基础上，增加两条电缆作为供电桥电压的反馈，连接到ADC的参考电压端，如图3所示。激励电压的漂移会引起输出信号的相应漂移。在六线系统中，ADC输入信号和基准来自同一个激励源。如果测量不变，ADC的数字输出不会随着电桥激励电压的漂移而变化。因此，在没有精确稳定的参考源的情况下，可以实现精确测量。
AD模块。
典型传感器的灵敏度一般为2mV/V..对于这种传感器，当受到728伏电压激励时，最大输出为16毫伏。但为了保证线性电压输出，一般只用最大输出范围的2/3，一般为10mV。LCD上显示的叫做外码。为了保证外码的准确性，通常需要更高数量级的内码作为保证[4]。例如，一些标准称重仪器需要一个外部代码，内部代码是20倍。因此，显示分辨率为1:10000的高端称重仪器需要1:200000的内部代码分辨率。当增益设置为100时，ADC的输入范围为1000mV。如果参考电压为215V，这意味着只使用了ADC动态范围的1/3左右。如果1000mV需要1:200，000内码，那么ADC的分辨率可以达到1:600，000，需要l9204~~20位的精度。
AD7799是美国某公司的3通道24位δ2∑ADC，适合高精度工业转换。
配料仪的精度主要取决于模数转换器的分辨率，模数转换器的选择对决定仪器性能至关重要。AD转换器的位数不仅决定了采集电路可以转换的模拟电压的动态范围，而且很大程度上影响了测试电路的转换精度。AD7799的有效分辨率为23位，峰值分辨率为15位(增益=1，转换速率为4117Hz)。
转化率:在确定AD转换器的转化率时，要考虑系统的采样率，AD7799可以达到4117~470Hz。
范围，输入信号的最小值从零开始或从非零开始。AD7799的绝对输入电压为(gnd+100mv)~(avdd210mv)(增益=1，带输入缓冲器)。
线性度，ADC实际传递函数与理想直线的最大偏差，AD7799的非线性度为0.0015%。其他参数可以在某公司的规格中找到。
比例仪表放大器
批处理仪表放大器是一种放大输入差分信号电压并抑制两个输入端共模信号的放大器。在一般的采样系统中，信号在进入ADC进行模数转换之前，必须经过放大器放大。放大器的功能如下:
l)过去大多数ADC的模拟输入电压范围在110V之间，而大多数模拟转换系统的模拟输入信号相对较小，因此放大器是最基本的外围模拟电路之一。
2)共模抑制功能:在模数转换前对信号进行调理，抑制噪声。
3)阻抗变换功能。有些ADC的模拟输入端输入电阻比较小，而模拟信号源的内阻往往比较大，因此需要选择高输入低输出阻抗的放大器。
A1和A2运算放大器缓冲输入电压。整个差分输入电压出现在电阻Rg两端，因此可以通过并联电阻Rg来调整差分增益，但共模增益和误差不会增加，即差分信号将与增益成比例增加，但共模误差不会增加。电阻网络集成在配料仪表放大器的芯片中。一旦这个减法器电路的增益由比值匹配电阻设置，那么在改变增益电阻Rg时就不需要电阻匹配，也就不存在电阻匹配问题。INA131就是这样一种批量仪表放大器。传递函数见下式，无外部增益电阻时放大倍数为100.057。
INA131是一个双功率放大器，因此当它连接到单功率电路时，必须在Ref端连接到适当的偏置电压。(Vin+-Vin-)最大为20mV时，(Vout2VRef)为2V，Ref为215v，Vout最大为415V，满足ADC的输入要求。同时，Vout和Vref连接到ADC的IN+和IN-端，形成全差分输入。此外，在信号进入仪表放大器之前，需要进行简单的RC或LC滤波。
配料控制器的测速模块。
根据脉冲计数测量转速有三种方法:
1)测量指定时间内产生的脉冲数，得到测量速度，称为m法测速；
2)测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；
3)通过测量检测时间和脉冲发生器同时发出的脉冲数来测量速度，称为M/T法[5]。
以上三种测速方法中，M法适合测量更高的速度，可以获得更高的分辨率；t法适用于低速测量，此时可以获得较高的分辨率；M/T规则适用于高速和低速测量，测量精度高。因此，通常采用M/T法进行测速。
M/T法是指在测速过程中，不仅测速传感器的脉冲数m1同时测量，高频时钟脉冲数m2也同时测量。关键是要使测量时间始终等于速度传感器m1脉冲信号的周期之和。

具体实现方法如下:将速度传感器的脉冲输出整形滤波后，通过光耦引至单片机外部中断0的输入端。INT0采用下降沿触发方式，速度传感器的脉冲数m1由外部中断0测量，高频时钟脉冲数m2由定时器T2测量。在INT0的中断服务程序中，记录速度传感器的脉冲数m1，同时记录T2的初始值和最终值。在T2的中断服务程序中，记录T2的溢出次数。
动态配料控制系统。
传送带上方有一个进料盘，由电机驱动。当传送带移动时，材料随传送带一起传送。传送带由电机驱动。速度传感器输出信号的频率与输送带的速度成正比，称重传感器输出的电压信号与输送带上的物料成正比。输送带配料控制器接收速度信号和重量信号，通过计算获得输送带上物料的瞬时流量，并将瞬时流量与配料控制器中的设定流量值进行比较，经过PID调节后输出0~10mA或4~20mA的电流信号，从而调节进料盘驱动电机的转速，使物料流量尽可能稳定在设定值附近，具有良好的静态和动态指标。
理论上配料控制器要求每时每刻配料准确，但实际过程中通常会有一些缓冲环节，比如搅拌机、搅拌机、料仓等。，这会冲淡配料的不均匀性，从而降低高瞬时精度的意义。此外，根据配料控制执行器和被控对象的特点，累计量的控制比瞬时量的控制容易。因此，只要控制一定时间间隔内的物料累计量δt，就足以满足工艺比的要求。
本文提出了一种级联动态配料控制方案，如图7所示。主回路控制累积偏差，辅助回路控制物料的瞬时流量。原来的标准PID算法对物料瞬时流量的偏差校正一次，而不是对累计偏差校正n次(n=δt/t，其中t为采样周期)，大大提高了调整质量[6]。
结束语。
介绍了动态配料控制器的原理和设计方法。重点介绍了控制器的称重模块、测速模块和自动配料系统的设计。现在已经进入试用阶段。实践证明，该称重配料仪取得了良好的效果，使用方便，性能稳定，可靠性高，计量精度和配料精度高。

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