皮带输送机广泛用于冶金、矿山、码头、化工等行业，对于散装的固态原料进行自动输送.皮带配料秤 是一种用于测量和控制皮带输送机速度和物料流量的实时控制器，其用途十分广泛.本文采用单片 机，实现数字PID控制，达到对现场的实时监控，使皮带配料秤的性能价格比全面提高.

1 皮带配料系统工作及测量原理

皮带配料秤的结构如图1所示.皮带上方有一料斗，皮带运动时，由给料装置使物料随皮带输送⑥ 岀去；输送皮带由滑差电机m驱动，输送皮带上物 S/ H料流量的整定值由操作员键盘输入.系统投入运行 后，控制器的8098单片机定时采样皮带荷重信号和后，控制器的8098单片机定时采样皮带荷重信号和成正比的电信号.输送皮带下方装有荷重传感器W乙它输出与皮带上物料荷重成正比的电压信号.皮带 配料秤控制器接到SF和WZ的电信号，计算皮带物料的瞬时流量和累计流量，并显示结果，同时通过PID 控制规律输岀控制电流对电机进行控制，使物料流量稳定在设定值上.

1.1瞬时流量的测量

设F为单位长度皮带上的物料的瞬时荷重，【，为皮带的瞬时线速度，则瞬时流量为F(r) = P【’ (1)

式中P = P(x)为荷重传感器电压输出信号的函数，可近似地由3次多项式表示为F(x) = q ??(「) +人疽(1) +c x(r) + d (2)

式中E)为荷重传感器在时刻，输出的电压信号；Q,b,c,d按调试过程中现场测定的数据计算得 岀，则瞬时流量为

F(r) = [& x，(r) + 8 x2(r) + cx(r) + d] F (3)

1.2累计流量的测量

由于计算机是釆样控制系统，其釆样周期&很小，可认为攵时间内流量为一常数尤，则皮带上通过 的物料流量为 法=£攵，在时间r内累计流量为w=t w,=£f, &l= I 1

1.3流量控制

在流量测试的基础上，把流量设定值和实测瞬时流量值进行比较计算出误差，应用PID控制算法公式⑴

T T

Au, = u,-u,_l = /c;,[e,— e, + -y (e, - 2e,_, + <_,)计算输出经D/A转换后实施控制.

2皮带配料秤的硬件构成

如图2所示，荷重信号经放大和滤波输入到ACH7端，8098的A/D转换器测出荷重信号的数字量； 光电转速传感器经整形和光隔后输入到HSI端，经8098HSI部件测试转速脉冲周期，从而求出转速；报警 信号由PWM输出到报警电路，驱动报警器报警；控制变量由HSO部件输出，经有源滤波.功率放大后去 图4中用NE555构成了一个施密特触发器，它的作用是将边沿变化缓慢的波形整形，使其边缘陡峭 变为矩形波，同时由于施密特触发器具有回差电压，因而抗干扰能力很强.所选传感器每转产生300个脉 冲，其频率满足HSI能测量的频率范围.所测转速公式为« = 60/3007], T,为HSI测出的脉冲周期，从而实 现对转速的测量.

2.3控制变量输出电路

PID控制变量输出电路由8098的HSO部件、光电隔离器、二级低通有源滤波器构成.有源滤波是滤除 HSO输出的占空比可变的PWM信号高频分量，保存直流量，从而利用8098的HSO实现了 D/A转换.

主程序及键输入处理程序主要针对人机接口而编制.主要任务是对系统初始化，提供人机接口 的监控.当系统在现场调试中，各个部件工作都正常,计算参数都已确定并固化到EPROM后，即投入使 用.正常情况下，用户只需输入流量整定值，就可按下运行键使系统投入运行.运行管理程序则实现了对 速度、荷重信号的釆样计算，并据算出的流量值与设定值之间的差进行判断是否报警，若误差超过允许值 则报警，并计算累计流量值且显示，同时经PID计算岀控制变量输出到D/A,对电机进行实时控制•

4 结论

1）选用8098单片机构成皮带配料秤的控制器，可使系统结构简单、运算速度快、抗干扰能力强、可靠 性高，实用性强，应用广泛.

2）采用较易实现的PID控制规律，并充分利用8098丰富的中断资源，不仅提高了系统的实时性，也 保证了精度.

参考文献：

（1］ 孙涵芳，徐虽卿.MCS-96系列单片机原理及应用［M］.北京航空航天大学出版社，1989

（2］ 徐用懋，颜纶亮.微机在过程控制中的应用［M】.清华大学出版社，1989

（3］ 谢剑英.微型计算机控制技术［M］.北京：国防工业出版社.1988

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