余張國，李眾立，李磊民，鄒新杰

1  引言
在水泥回轉窯的生料以及煤粉供給系統中，在高速公路的攤鋪過(guò)程中都需要對物料的流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)計量與控制。然而直接對運動(dòng)著(zhù)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能很好地解決動(dòng)態(tài)計量與控制問(wèn)題。該減量秤是一種性?xún)r(jià)比較高的實(shí)時(shí)計量與控制設備。
2  基本思路
設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)間區間[tx，ty]內，輸出的物料總質(zhì)量為：  。

減量秤由加料倉(或稱(chēng)緩沖倉)、計量倉、葉輪給料機、螺旋出料機等構成，如圖1所示。螺旋出料機由電機驅動(dòng)，電機轉速高，輸出的物料多；反之，輸出的物料少。那么，調節流量通過(guò)對驅動(dòng)電機調速就可以實(shí)現。當計量倉內的物料超過(guò)下限時(shí)，說(shuō)明必須向其補充物料。葉輪給料機啟動(dòng)，使加料倉內的物料，輸出給計量倉。加料倉在加料過(guò)程起緩沖作用。
為了提高動(dòng)態(tài)計量精度，補充物料的時(shí)間控制在整個(gè)計量倉的物料輸出總時(shí)間的10%以?xún)取?/P>

圖1  減量秤原理圖

3  系統方案
減量秤被設計成面向RS485串行總線(xiàn)的現場(chǎng)設備，它能夠與其它RS485現場(chǎng)設備一起掛接到RS485總線(xiàn)上。減量秤作為一個(gè)功能相對獨立的控制器子系統對外透明，它提供命令字接口與其他設備進(jìn)行交互。上位機或其他現場(chǎng)控制設備通過(guò)命令字對其進(jìn)行監控。
3.1  ADAM5510及ADAM5000系列模塊
ADAM5510是研華公司的可編程微控制器，內置80188 CPU、ROM-DOS操作系統、RAM以及Flash ROM等。ROM-DOS操作系統與MS-DOS兼容（不支持IBM PC的BIOS功能）。因此，ADAM5510可看作PC機的“壓縮”版或“嵌入式”版。它可作為獨立的、不依賴(lài)于上位機的控制器，也具備RS485或RS232通訊功能接口。ADAM5510有四個(gè)插槽，可以根據需要，插入不同功能的ADAM5000系列智能模塊。ADAM5510是應用于分布式控制系統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的標準電流信號。ADAM4520是RS485與RS232協(xié)議轉化模塊。
3.2  控制系統硬件構成
控制系統由4只稱(chēng)重傳感器，4路傳感器輸出信號放大、調理、隔離電路，ADAM5510(已插入ADAM5017、ADAM5024、ADAM5068等三個(gè)模塊)，變頻器，交流電機，繼電器等構成，如圖2所示。
兩只稱(chēng)重傳感器用于檢測加料倉的料位。當加料倉的質(zhì)量小于設定值，需要加料；當加料倉的質(zhì)量大于某設定值，說(shuō)明加料倉已經(jīng)加滿(mǎn)，停止加料。另兩只傳感器用于檢測計量倉的質(zhì)量，為后續計算流量提供依據。這4只傳感器輸出信號經(jīng)過(guò)放大、調理、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的三相電源的頻率，實(shí)現對電機的調速，達到調節流量的目的。ADAM5068控制變頻器的上電、斷電，葉輪給料機(為計量倉加料)的啟、停，加料倉加料設備的啟、停。

圖2  減量秤系統構成圖

3.3  軟件設計
如前所述，上位機通過(guò)命令字對減量秤進(jìn)行監控，ADAM5510對命令字進(jìn)行識別、響應。ADAM5510與上位機的通訊，見(jiàn)參考文獻[3]。
這里選用的命令字以及響應的格式為：[定界符][地址][命令][數據][回車(chē)符]。
命令字的定界符是大于號“>”，響應的定界符是小于號“<”。地址占兩個(gè)字符。命令為26個(gè)英文大寫(xiě)字母，占一個(gè)字符。命令后為數據，數據以回車(chē)符結尾?；剀?chē)符也是整個(gè)命令字完畢的標志。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表示數據。

表1  命令字及其響應表

ADAM5510控制器的二次開(kāi)發(fā)編程環(huán)境是Borland Turbo C++3.0，這使開(kāi)發(fā)控制程序的周期大大縮短。ADAM5510開(kāi)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(yǔ)言庫函數，在程序中可調用這些函數。編譯、鏈接生成可執行文件，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)現也就比較清楚，不再贅述。
上位機程序既可用工業(yè)監控組態(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(guò)Visual Basic/C++等來(lái)實(shí)現。組態(tài)軟件對工業(yè)控制中的一些共性問(wèn)題，如圖形人機界面、實(shí)時(shí)數據庫、趨勢曲線(xiàn)、報警、查詢(xún)、報表等進(jìn)行了“預處理”。因此，直接利用組態(tài)軟件對共性問(wèn)題“預處理”的成果，并針對具體通訊協(xié)議編寫(xiě)驅動(dòng)程序，就可以實(shí)現組態(tài)軟件對現場(chǎng)設備的監控。
4  結語(yǔ)
實(shí)踐表明，本文中給出的減量秤的設計方法是可行的。該減量秤具備一定的柔性，硬件軟件稍作修改就能滿(mǎn)足不同生產(chǎn)現場(chǎng)。它已經(jīng)成功應用于高速公路攤鋪、水泥生產(chǎn)中。另外，多臺減量秤協(xié)調配合就可組態(tài)為配料系統。