【摘 要】 本控制器使用高速低功耗32位微型處理器和高精度雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,通過精密計算和智能趨勢預(yù)測等算法,通過變頻器平穩(wěn)調(diào)節(jié)電機(jī),避免電機(jī)頻繁啟停,并通過485通訊接口與遠(yuǎn)程控制室聯(lián)絡(luò),以穩(wěn)定流量和智能自動化操作為目的,進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗,減少人手操作,提升智能化控制水平。U82壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
壓榨生產(chǎn)線上各壓輥的蔗汁通過混合汁入口進(jìn)入混合汁箱,混合汁箱的液位由
單法蘭液位變送器測量轉(zhuǎn)為4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入控制儀作為測量值顯示,當(dāng)液位達(dá)到一定高度時,開啟混合汁泵,箱內(nèi)液體經(jīng)電磁流量計通過混合汁箱出口進(jìn)入下一工序。因各壓輥的出汁不穩(wěn)定,實際應(yīng)用中混合汁出口流量波動較大,混合汁泵啟停頻繁,人工干預(yù)頻繁。為保證下一工序有較為穩(wěn)定的流量,控制儀通過檢測液位的高低及變化量,推算出混合汁入口流量,再計算出合適的出口流量,根據(jù)PI算法,輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號至混合汁泵變頻器,驅(qū)動混合汁泵電機(jī),從而#大限度地穩(wěn)定混合汁的出口流量?刂苾x還采用UART接口及外部RS485轉(zhuǎn)換電路,通過MODBUS-RTU通訊協(xié)議與控制室DCS系統(tǒng)直聯(lián),控制儀所用元器件均為國內(nèi)設(shè)計生產(chǎn)[1]。
1 混合汁液位控制裝置的結(jié)構(gòu)原理
壓榨生產(chǎn)線上各壓輥的蔗汁通過混合汁入口進(jìn)入混合汁箱,混合汁泵將蔗汁從底部經(jīng)電磁流量計泵至下一工序。電磁流量計安裝在流體垂直向上的管段,利用流體的重量保證管內(nèi)流體處于滿管狀態(tài),能穩(wěn)定瞬時流量的測量。
液位變送器傾斜向上安裝,能減少流體內(nèi)雜質(zhì)在壓力傳感器膜片上的積聚,保證測量精度;旌现何豢刂蒲b置的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示[1]。
2 方案控制原理
主控芯片采用兆易創(chuàng)新的GD32F105RBT6,為RAM公司的M3內(nèi)核,flash ROM為128kbyte,SRAM為64kbytes,#大工作頻率為108MHz,內(nèi)部集成12位AD轉(zhuǎn)換器和12位DA轉(zhuǎn)換器。顯示部分為COG液晶顯示屏,分辨率為128*64點陣,因顯示內(nèi)容不多,所以顯示屏模塊不含字庫,16*16點陣字模單好添加,存儲在CPU的代碼區(qū)。4~20mA輸出由CPU的PWM脈寬調(diào)制波轉(zhuǎn)換完成。液位控制儀方案原理圖如圖2所示。
3 硬件電路設(shè)計
混合汁箱液位控制儀硬件電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、485通訊接口電路等組成。 3.1 AD采樣電路原理圖采用天微電子的16位雙路AD轉(zhuǎn)換芯片TM7705,該芯片自帶1~128位可編程放大器,∑-Δ轉(zhuǎn)換,自校準(zhǔn),16位采樣速率達(dá)12次/秒。其中一路輸入電磁流量計的4~20mA,另一路輸入為液位變送器的4~20mA。芯片AD轉(zhuǎn)換完成由引腳DRDY指示,本系統(tǒng)使用 CPU 外部中斷觸發(fā),在中斷服務(wù)子程序中讀取 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。輸入信號均經(jīng)過共模濾波器及電阻限流及瞬態(tài)過壓保護(hù)再進(jìn)入TM7705輸入引腳,以減少儀表現(xiàn)場使用故障。AD采樣電路原理圖如圖3所示。
3.2 4~20mA輸出電路
電路中PWM1為CPU輸出的16位固定頻率的脈寬可調(diào)波,頻率約250Hz。CJ431為2.5V基準(zhǔn)芯片,江蘇長電生產(chǎn),用作幅度限值。R36C15和R39C16組成二級RC低通濾波電路,要保證其截止頻率 f=1(/ 2πRC)必須小于 250Hz 并留有裕量。D2 為 4.7V或5.1V穩(wěn)壓管,用于減少輸出三極管Q3的Vceo電壓,減少Q(mào)3的集電極耗散功率,減少其發(fā)熱量。R64為電流采樣反饋電阻,采樣1/4W,10ppm低溫漂金屬電阻,溫度系數(shù)#好為正溫漂,以抵消電路中其他元器件的溫升。4~20mA輸出電路原理圖如圖4所示[2]。
3.3 RS485通訊接口電路
通訊芯片為蘇州思瑞浦的TP8485,通訊電路采用光耦全隔離,對外連接引腳用 TVS 管和電阻作瞬態(tài)過壓和限流保護(hù)。RS485通訊接口電路如圖5所示。
4 軟件設(shè)計
混合汁箱液位控制儀軟件開發(fā)平臺為Keil uvison for ARM5.0,使用ST-LINK仿真下載器,設(shè)置為32位浮點數(shù)運算。代碼編寫時啟用CPU的看門狗定時器,并只在主程序中執(zhí)行喂狗操作(清看門狗定時計數(shù)器),以保證EMC測試時,過脈沖群后能自主恢復(fù)運行。按鍵掃描和AD轉(zhuǎn)換結(jié)果在外部中斷中進(jìn)行,其中按鍵掃描每秒掃描16次,兩次相同時輸出鍵值,以實現(xiàn)去抖動。顯示則0.5秒刷新一次,但有按鍵操作時立即顯示。主程序流程圖如圖6所示。
5 結(jié)論與總結(jié)
使用中發(fā)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果穩(wěn)定可靠,線性度高,完全優(yōu)于美國AD公司的AD7705。控制儀能夠根據(jù)液位高低及液位變化量自動控制混合汁流量,當(dāng)壓榨生產(chǎn)線異常時能根據(jù)液位異常情況自動停止混合汁泵的運轉(zhuǎn),有效地減少人手操作,完全實現(xiàn)全自動化控制,同時通過RS485通訊接口把多個變量上傳,控制室能實時監(jiān)控設(shè)備的各種參數(shù)及運行情況。
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