玻璃企业原有配料系统称重控制器设计

在玻璃行业中， 通过电振机或绞龙电机供料是技术成熟并被广泛采用的方法， 其优点是结构简单控制方便。在此基础上设计的称重控制器大多以传统单片机为核心。相对传统单片机， 数字信号处理器在实时性，高速运算等方面的优势巨大，将逐步成为工业控制的主流选择。本设计针对玻璃配料过程中存在的称重精度不高， 自动化程度不高等问题， 采用了高性能数字信号处理器TMS320F2812（F2812）作为核心器件。控制器在设计了友好人机界面的基础上，专门设计了与F2812内置模数转换器相匹配的放大电路，并在A/D 采样过程中加入了采样校准的方法，保证采样数据更加准确;采取数字滤波方法处理采样数据，滤除采样数据中的干扰。
　　2 配料系统工作流程
　　玻璃配料系统一般包括称重控制器、备料斗、计量斗和相关动力装置。备料斗用来存储一定量的待测物料， 备料斗下方的出料口由电振机的驱动， 通过改变电振机的振动速度可以改变备料斗的出料的速度。备料斗下方是计量斗，它是一个放置在称重传感器上的悬浮容器，控制器通过解读传感器的数据得到计量斗内的物料质量。
　　当开始称重过程时， 称重控制器发出控制信号， 备料斗开始快速下料， 物料进入计量斗后， 由计量斗下方的传感器测得重量信号， 信号经处理还原为物料的重量。控制器自动比较当前的物料重量与目标重量的偏差，当偏差值E 缩小到一定范围时（如10%，即达到目标重量的90％），发出信号并驱动备料斗进行慢速下料，使测得的重量值变化减缓，有利于精确控制。每当控制器发出停止加料信号时，会有一定量的物料刚刚脱离电振机出口正在下落（即“飞料”），使最终称得的物料重量要大于系统判定的目标重量。一般采取的解决办法是在达到目标值之前提前停止加料， 等待“飞料”落下， 待检测值稳定后，控制器再进行偏差值的判断并进行下一步的控制（即点动加料模式）， 直至重量达到目标值。然后控制器发出信号， 打开计量斗排出称重完毕的物料，完成一次称重控制过程。结合以上工作过程控制器设计如下。
　　3 控制器硬件实现
　　控制器硬件框图由图1 给出， 主要由F2812、信号调理电路、显示/ 键盘模块、串口通信模块组成。F2812作为一款32 位的数字信号处理器， 采用哈佛总线结构，计算能力强，最高运行速度达到150MIPS，能够处理包括称重控制和软件滤波等多种算法;内部包括128KB 的闪存（FLASH）和128KB 的只读存贮器（ROM），存储空间大可满足大部分程序设计要求;支持45 个外围中断， 响应迅速，方便子程序的快速调用;片上集成了12 位A/D转换器，能够快速地进行模数转换，在系统设计时不必增加额外的硬件;具有两个串行通信接口（SCI）以及一个串行外围接口（SPI），可简化通讯接口设计，使系统紧凑。
　　
　　图1 系统硬件框图
　　3.1 信号调理电路
　　
　　图2 放大电路原理图
　　信号调理电路主要完成模数转换前的信号的滤波和放大， 由于本设计采取软件滤波， 所以主要考虑信号的放大问题。在现场应用中，以10V 电压激励灵敏度为2mV/V 的称重传感器，其满量程输出信号电压为20mV。F2812 内置A/D 转换器的输入电压为0-3V，所以必须设置放大电路。设计采用由3 个运算放大器组成的仪用放大电路（图2）。电路中左侧两个OP07 组成第一级差分放大电路，右侧OP07 为第二级差分放大， 调节1k Ω可变电阻即可调节电路的增益。经计算要使增益调节达到15 0 倍，需要将可变电阻R 调节到1.33 Ω。采用此种电路输入阻抗高，共模抑制比高。为了防止意外情况下输入电压超过DSP 的工作电压而损坏芯片，在信号输入DSP 引脚之前还需外接一个3V 的稳压管。