1定量給料電子皮帶秤的結構和工作原理
定量給料電子皮帶秤是一種自動測量和控製傳遞的物料K8凯发登录入口的稱量裝置,廣泛應用於顆粒或粉狀的物料配料係統中。電子皮帶秤由秤體、重量傳感器及稱重控製係統組成。秤體部分由傳送帶、傳動機構和支架組成。稱重控製係統由滑差電機和稱量控製器組成。結構如圖1所示。
重量傳感器將檢測到的物料毛重信號g1送入控製器,經去皮後物料淨重為g。滑差電機中附有測速電機,測出的轉速信號V送入控製器。控製器根據公式Q=Kgv計算瞬時物料K8凯发登录入口Q(公

圖1電子皮帶秤的結構

式中的K為比例常數),如果電子皮帶秤給定的物料K8凯发登录入口為Q給,則根據偏差值e=Q給-Q和偏差變化率ev=∃e∃t,按設定的控製算法給出控製量u,調節滑差電機的轉速,使Q=T1Q給,與此同時,控製儀按公式G=∫0Qdt計算傳送的物料量,這就是定量給料電子皮帶秤的工作原理。
2控製算法的確定和FUZZY—PID控製算法
調速定量給料電子皮帶秤用於配料係統中,對給料K8凯发登录入口的控製有很高的精度要求。我們研製單片機控製的定量給料電子皮帶秤的初期,采用的是PID控製算法,掛碼檢定時還能達到要求的控製精度,實物檢定時,特別是物料顆粒大小不一時,控製精度達不到要求。這是由於料鬥下到傳送帶上的物料重量是隨機變化的,控製係統的特性是時變的,其數學模型很難確定。因此采用了FUZZY—PID控製算法,下麵就對該控製算法進行介紹。
211數字PID控製算法
數字PID控製算法有位置式算法和增量式算法兩種。我們根據控製對象的情況選用的是位置式算法。PID的控製原理框圖如圖2所示。

PID位置式算法的算式為

圖2PID控製原理框圖

u=u

+K{e-e    +Te+TΑ[e-    2e

+e    ]}

i    i-1

p    i    i-1        i    iI

i-1

i-2

式中    Kp——比例係數    TI——積分時間
TΑ——微分時間    T——采樣周期合理選擇Kp、TI、TΑ、T是係統實現最佳控製的保證。
212模糊控製器(FC)
模糊控製器由三部分組成。模糊化、模糊推理決策、逆模糊化。其結構框圖如圖3所示。

圖3模糊控製器的結構框圖
計算機計算對象的輸出值Q和給定值Q給的偏差值e及偏差值的導數eα後,經量化因子K1和K2離散化,分為7個模糊子集,即
E{NL,NM,NS,0,PS,PM,PL}
Eα{NL,NM,NS,0,PS,PM,PL}
將它們的量化論域分別定為:
E{-    5,    -    4,-    3,-    2,    -    1,0,+    1,    +    2,    +    3,+    4,+    5}
Eα{-    5,    -    4,-    3,-    2,    -    1,0,+    1,    +    2,    +    3,+    4,+    5}
U{-    5,    -    4,-    3,-    2,    -    1,0,+    1,    +    2,    +    3,+    4,+    5}
如果確定e的最大變化範圍為[A,B],eα的最大變化範圍為[C,D],那麽

K1=

+5-    (-5)
B-A

10
B-A

K2=+5-    (-5)
D-C

=    10
D-C

根據實際經驗,對此雙輸入(E和Eα)單輸出(U)的模糊控製器,構造形如IFE=NL
ANDEα=NL,THENU=PL的控製規則表,結合量化論域的分級及對模糊子集的隸屬度,
得到模糊控製表,存於數據存儲器中。表1是我們在電子皮帶秤模糊控製器中用的模糊控製表。

模糊推理決策的過程就是查表輸出的過程,從而得到輸出量U,U經比例因子K3逆模糊化,將模糊輸出量U轉化為精確量u,施於被控製對象。
213FUZZY—PID控製算法
對於時變數學模型難以確定的控製對象,FUZZY控製算法有較強的適應性,但模糊控製不具備積分作用,不能消除穩態誤差,對穩態精度的控製不能令人滿意,在給定值附近,模糊控製反而容易引起振蕩。由於PID控製中有積分作用,能消除穩態誤差,因此將模糊控製和PID控製相結合,發揮這兩種控製各自的長處,形成了FUZZY—PID控製算法,即大偏差時采用模糊控製,小偏差時采用PID控製。圖4是其結構框圖。

圖4FUZZY—PID控製框圖
程序判斷偏差e的大小進行控製模式的切換,E0的數值根據控製要求通過現場調試確定。

3    控製器的硬件電路
控製器的硬件電路結構如圖5所示。控製器以8031單片機為核心,還包括有下列電路:
311重量信號輸入通道
重量傳感器把重量信號轉換為電壓信號,經放大器放大後,再進行VF轉換,送入
8031的T0口進行計數。
312傳送帶速度信號輸入通道

圖5控製器的硬件結構框圖

傳送帶是由滑差電機驅動傳動機構帶動的,滑差電機的轉速反映了傳送帶的速度。滑差電機附有的測速發電機產生頻率與轉速成正比的正弦電壓信號,經整形後送8031的T1口計數。
313鍵盤和顯示器的接口
由8279構成16鍵鍵盤和10個數碼管顯示器的接口。6個數碼管顯示下料量G,另4個數碼管顯示物料K8凯发登录入口Q或給定物料K8凯发登录入口Q給等參數。
314定時電路
定時電路產生半秒鍾定時中斷信號,以便把1秒鍾分成兩半,前半秒為對重量信號和轉速信號計數時間,後半秒為計算物料K8凯发登录入口Q、累計下料量G和送控製量u的時間。半秒的定時信號由8253的O通道和1通道對8031的ALE分頻獲得,該信號送8031的INT0端實現定時中斷。
315滑差電機的轉速控製電路
滑差電機的轉速由線圈的勵磁電壓決定,該電壓由晶闡管對電網中的一相電壓進行半波整流獲得,控製電路由8253的2通道構成數字觸發器。改變8253的2通道的時間常數字就改變了輸出觸發脈衝跟同步信號上升沿的時間間隔,即改變了晶闡管的導通角。從而使晶闡管輸出的直流電壓改變。
316帶掉電保護的數據RAM6116
該RAM用來存儲FUZZY—PID控製器的參數Kp、TI、TD、K1、K2、K3、模糊控製表、給定K8凯发登录入口Q給、皮重g皮、K8凯发登录入口計算比例常數K,以及計算所得的數據G、Q、e、i等。
317看門狗電路
用來抗電磁幹擾,防止程序“跑飛”。

ei-1、ei-2、ui、ui-1

4控製器的軟件設計
控製器的軟件由主程序,鍵中斷服務程序和定時中斷服務程序組成。

主程序完成初始化和按顯示標誌顯示相應參數的功能,其程序框圖如圖6所示。

圖6主程序框圖
鍵中斷服務程序完成各種參數的設置,測皮重及測量控製物料K8凯发登录入口的操作轉換等功能。其程序框圖從略。
定時中斷服務程序完成重量信號的數據采集,傳送帶速度信號的數據采集,瞬時物料K8凯发登录入口Q的計算,下料量G的積算,控製量的計算和輸出,皮重的測量和計算。其程序框圖如圖7所示。
5結束語
采用FUZZY—PID控製算法的定量給料電子皮帶秤控製器,經實物現場檢定,完全達到控製精度的要求。配備該控製器的定量給料電子皮帶秤已於1994年在滁州通用電子機械設備廠投產,並已在一些中、小型水泥廠的生料配料係統和熟料配料係統中推廣使用。由於能保證配料按要求的配比投料,提高了水泥產品的質量和產量,獲得用戶的好評。

圖7定時中斷服務程序框圖
 

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