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余張國，李眾立，李磊民，鄒新杰

1  引言
在水泥回轉(zhuǎn)窯的生料以及煤粉供給系統(tǒng)中，在高速公路的攤鋪過程中都需要對物料的流量進(jìn)行動態(tài)計(jì)量與控制。然而直接對運(yùn)動著的物料進(jìn)行流量檢測和實(shí)時(shí)控制難度很大。本文闡述的基于研華ADAM5510控制器的減量秤系統(tǒng)能很好地解決動態(tài)計(jì)量與控制問題。該減量秤是一種性價(jià)比較高的實(shí)時(shí)計(jì)量與控制設(shè)備。
2  基本思路
設(shè)某容器不斷地向外輸出物料，在t1時(shí)刻含物料的容器總質(zhì)量為M1，t2時(shí)刻它的總質(zhì)量為M2，那么，在[t1，t2]期間，容器輸出物料的質(zhì)量為：M1－M2。若時(shí)間片[t1，t2]較小，則t2時(shí)刻物料的流量為：W=dM/dt≈(M1－M2)/(t1－t2)。在某時(shí)間區(qū)間[tx，ty]內(nèi)，輸出的物料總質(zhì)量為：  。

減量秤由加料倉(或稱緩沖倉)、計(jì)量倉、葉輪給料機(jī)、螺旋出料機(jī)等構(gòu)成，如圖1所示。螺旋出料機(jī)由電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)轉(zhuǎn)速高，輸出的物料多；反之，輸出的物料少。那么，調(diào)節(jié)流量通過對驅(qū)動電機(jī)調(diào)速就可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)量倉內(nèi)的物料超過下限時(shí)，說明必須向其補(bǔ)充物料。葉輪給料機(jī)啟動，使加料倉內(nèi)的物料，輸出給計(jì)量倉。加料倉在加料過程起緩沖作用。
為了提高動態(tài)計(jì)量精度，補(bǔ)充物料的時(shí)間控制在整個(gè)計(jì)量倉的物料輸出總時(shí)間的10%以內(nèi)。

圖1  減量秤原理圖

3  系統(tǒng)方案
減量秤被設(shè)計(jì)成面向RS485串行總線的現(xiàn)場設(shè)備，它能夠與其它RS485現(xiàn)場設(shè)備一起掛接到RS485總線上。減量秤作為一個(gè)功能相對獨(dú)立的控制器子系統(tǒng)對外透明，它提供命令字接口與其他設(shè)備進(jìn)行交互。上位機(jī)或其他現(xiàn)場控制設(shè)備通過命令字對其進(jìn)行監(jiān)控。
3.1  ADAM5510及ADAM5000系列模塊
ADAM5510是研華公司的可編程微控制器，內(nèi)置80188 CPU、ROM-DOS操作系統(tǒng)、RAM以及Flash ROM等。ROM-DOS操作系統(tǒng)與MS-DOS兼容（不支持IBM PC的BIOS功能）。因此，ADAM5510可看作PC機(jī)的“壓縮”版或“嵌入式”版。它可作為獨(dú)立的、不依賴于上位機(jī)的控制器，也具備RS485或RS232通訊功能接口。ADAM5510有四個(gè)插槽，可以根據(jù)需要，插入不同功能的ADAM5000系列智能模塊。ADAM5510是應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)中比較理想的前級控制器。
ADAM5017是8通道模擬量輸入模塊。ADAM5068是8通道繼電器模塊。ADAM5024是4通道模擬量輸出模塊，可輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號。ADAM4520是RS485與RS232協(xié)議轉(zhuǎn)化模塊。
3.2  控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成
控制系統(tǒng)由4只稱重傳感器，4路傳感器輸出信號放大、調(diào)理、隔離電路，ADAM5510(已插入ADAM5017、ADAM5024、ADAM5068等三個(gè)模塊)，變頻器，交流電機(jī)，繼電器等構(gòu)成，如圖2所示。
兩只稱重傳感器用于檢測加料倉的料位。當(dāng)加料倉的質(zhì)量小于設(shè)定值，需要加料；當(dāng)加料倉的質(zhì)量大于某設(shè)定值，說明加料倉已經(jīng)加滿，停止加料。另兩只傳感器用于檢測計(jì)量倉的質(zhì)量，為后續(xù)計(jì)算流量提供依據(jù)。這4只傳感器輸出信號經(jīng)過放大、調(diào)理、隔離電路后，成為0～1V的直流信號，分別輸入到ADAM5017的4個(gè)通道。ADAM5510運(yùn)行所載入的程序，使ADAM5024輸出4～20mA的電流，控制變頻器輸出給電機(jī)的三相電源的頻率，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。ADAM5068控制變頻器的上電、斷電，葉輪給料機(jī)(為計(jì)量倉加料)的啟、停，加料倉加料設(shè)備的啟、停。

圖2  減量秤系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.3  軟件設(shè)計(jì)
如前所述，上位機(jī)通過命令字對減量秤進(jìn)行監(jiān)控，ADAM5510對命令字進(jìn)行識別、響應(yīng)。ADAM5510與上位機(jī)的通訊，見參考文獻(xiàn)[3]。
這里選用的命令字以及響應(yīng)的格式為：[定界符][地址][命令][數(shù)據(jù)][回車符]。
命令字的定界符是大于號“>”，響應(yīng)的定界符是小于號“<”。地址占兩個(gè)字符。命令為26個(gè)英文大寫字母，占一個(gè)字符。命令后為數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以回車符結(jié)尾。回車符也是整個(gè)命令字完畢的標(biāo)志。如字符串>00A999.456(cr)就是合法的命令字。
下面只列出幾個(gè)重要命令字。其中，xx表示地址，nnnn.nn表示數(shù)據(jù)。

表1  命令字及其響應(yīng)表

ADAM5510控制器的二次開發(fā)編程環(huán)境是Borland Turbo C++3.0，這使開發(fā)控制程序的周期大大縮短。ADAM5510開發(fā)工具中提供了諸如RS232/485通訊、存取ADAM5000系列模塊等功能的C語言庫函數(shù)，在程序中可調(diào)用這些函數(shù)。編譯、鏈接生成可執(zhí)行文件，對Autoexec.bat進(jìn)行修改，然后連同其他必要文件一起下載到ADAM5510的Flash ROM中。上面已經(jīng)對減量秤的原理以及硬件和軟件接口作了闡述，如何編程實(shí)現(xiàn)也就比較清楚，不再贅述。
上位機(jī)程序既可用工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件（如大慶三維公司的Forcecontrol 2.6力控組態(tài)軟件），又可通過Visual Basic/C++等來實(shí)現(xiàn)。組態(tài)軟件對工業(yè)控制中的一些共性問題，如圖形人機(jī)界面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、趨勢曲線、報(bào)警、查詢、報(bào)表等進(jìn)行了“預(yù)處理”。因此，直接利用組態(tài)軟件對共性問題“預(yù)處理”的成果，并針對具體通訊協(xié)議編寫驅(qū)動程序，就可以實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。
4  結(jié)語
實(shí)踐表明，本文中給出的減量秤的設(shè)計(jì)方法是可行的。該減量秤具備一定的柔性，硬件軟件稍作修改就能滿足不同生產(chǎn)現(xiàn)場。它已經(jīng)成功應(yīng)用于高速公路攤鋪、水泥生產(chǎn)中。另外，多臺減量秤協(xié)調(diào)配合就可組態(tài)為配料系統(tǒng)。