(完整版)自动配料控制系统文献综述

自动配料控制系统文献综述
1 前言
自动配料系统在轻工、纺织、塑料、食品、制药、化工等行业得到了广泛应用, 并具有很好的发展前景。

通过许多关于自动配料控制系统的文献,设计出自动配料系统具有通用性强、自动化程度高、工作可靠性高、人机界面友好、可进行远距离控制、成本低廉等特点。

当前针对某一行业, 配料仪器所用传感器种类、量程基本固定,配料的种类数基本固定, 因此, 目前的配料仪器产品使用场合单一, 针对不同行业, 要设计出不同的配料仪器, 使大批量生产难于实现, 这就使得资源的利用率不高, 产品生产成本过高。

因此, 能够开发出可适配多种不同类型的传感器, 具有智能去皮、精确配料、配料种类数由操作人员选择的新型配料仪, 具有广泛的应用价值。

本设计就是以基于单片机为核心, 设计出能适配不同种类传感器和应用于不同行业的通
用型自动配料仪。

2 国内外现状
近年来我国的配料工业发展迅速，小型配料系统的设备性能有了很大提高。

自动配料装置的核心设备是配料秤，配料秤性能好坏，将直接影响配料质量的优劣。

用微机代替控制仪表进行称量配料，可以对称量误差进行自动补偿，保证配料的准确性，通过微机的键盘和显示器方便进行人机对话，还科研调用管理完成参数设置，检查和修改工艺设定值，并监视称量配料的生产过程，发现故障及时报警，通过打印机及时打印生产报表，自动完成统计工作。

这样，可以降低原料消耗，提高产品质量，实现生产过程的实时动态监视，配料精度低主要原因是电子秤系统的动态范围小，而可靠性主要是中间继电器和过程控制的微机控制系统的可靠性低所致，针对实际问题，采用可编程控制器来代替中间的继电器和过程控制的微型机，为了实现生产过程的动态监视，使用微型机与PLC通信，在屏幕上显示出动态生产数据。

可靠性是重要的质量指标，由于机械工艺，电子元件等基础，工业发展的滞后，国内电脑配料系统可靠性与国外产品相比尚有一定差距。

主要面临的问题是:
( 1)不同行业使用的传感器不同, 输出的电信号不同, 这就给信号的初期放大处理和程序设计带来困难。

( 2)不同行业配料种类数不同, 控制信号数不同, 这就给控制电路和处理程序的设计带来困难。

3 查阅文献
在查阅的许多文献中，陈为、陈静、孟照国《基于AT89C52 单片机的自动配料控制器》文中采用了AT89C52单片机设计的电子配料控制器，包括信号放大电路，V/F 转换电路，键盘及显示电路，打印机接口电路四部分。

系统采用V/F转换方式实现数据的采集利用智能配料控制器进行配料，利用快速光电耦合器实现电源的隔离，从而保证CPU 的电源不受干扰，提高系统的稳定性。

信号放大电路方面具有低噪声、高共模抑制比和低漂移等优点。

其只需一人或几人就可以在现场或远离物料配料场控制配料的完成，不仅节省了人力物力，也减少了环境污染，大大提高了生产效率，为企业降低了生产成本。

但V/F转换电路远不及A/D转换电路精度、效率高，用A/D转换电路替换效果更好。

而且在其中加上数码管显示也能提高效果。

同时，陈为在《基于AT89C52的新型自动配料控制器的开发》期刊中介绍一种适用于混凝土配料的电子配料控制器的设计方案, 该电子配料控制器以AT89C52单片机为控制核心, 集成了放大器、V /F 转换模块、输入输出驱动模块、键盘和显示模块、打印模块等, 并针对单片机抗干扰性能较弱的特点, 不仅采用光电耦合技术、加接去藕电容以及合理布线的硬件抗干扰设计, 且采用看门狗技术和数字滤波技术等软件抗干扰技术。

该设计方案的特点是抗干扰能力强, 体积小, 操作灵活方便, 使用安全可靠。

对于单片机方面的自动配料控制系统周晓慧、田毅韬在《基于单片机的自动配料仪的设计》中针对配料仪器不能一机多用的问题,介绍了一种基于单片机的自动配料仪的设计。

该设计方案通过软件和硬件的紧密结合, 使配料仪能够处理不同行业的不同种类的传感器送来的不同信号。

且该配料仪还具有配料可预置、自动去皮、配料显示、断电保护等功能, 使其达到高精度和通用性的目的。

唐菀洋的《基于单片机的自动配料控制系统设计》介绍了一种以STC12C5A60S2单片机为主要控制器件的自动配料控制系统。

其系统主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。

硬件电路方面，压敏传感器产生的电压测量信号经过放大和A/D转换后，控制器经标度计算后将其与设定值进行比较，输出信号既控制电机调节储物仓阀门，同时与上位机发生通信。

硬件电路设计主要包括电源模块、放大电路、A/D转换模块以及显示电路。

由于采用了24位ADC通道设计，与传统的配料控制系统相比，本配料控制系统具有精度高，人机交互好、低成本和易使用的特点。

在振动料斗方面，丁晓东的《振动料斗的结构设计》文中主要介绍了圆盘式电磁振动料斗的结构、参数设计和结构设计,包括料斗材料、料斗基本尺寸确定、定向分选装置设计、振动料斗的主要参数与设计计算等,提出了针对振动料斗结构的设计方法和解决措施,对工程设计具有参考价值。

电机方面，江衍煊、郑振杰、游德智《单片机连接ULN2003驱动步进电机的应用》
介绍了ULN2003的特点与电路结构, 采用单片机连接ULN2003组成的驱动系统来驱动步进电机。

单片机AT89C51对四相步进电机进行控制时,需要通过I /O 口输出具有一定时序的方波作为步进电机的控制信号, 但是仅靠该TTL电平却无法直接驱动电机, 如果采用74LS373进行驱动电机, 必须增加许多寄存器才能驱动。

因此提出电机驱动芯片ULN2003来驱动步进电机。

4 本人研究--基于单片机的自动配料系统
目前现有的配料系统主要是用工控机或者PLC来控制。

工控机控制系统结构复杂，体积大，成本高，维护难，等缺点；PLC系统的数据处理能力较弱；人机界面需要PC 机支持[1，2，3]。

采用单片机控制方式具有体积小，编程方便，对于处理专门任务具有运算速度快，实时性能好，可靠性高，成本低廉等优点。

本课题主要是利用电阻应变片（全桥）完成物料称重的工作，电阻应变片阻值
的改变得到一个模拟信号，模拟信号经过放大电路的两次放大，在A/D转换电路中
模拟信号转换为数字信号传送至AT89C51单片机。

为了避免信号受到干扰，用光电
耦合器隔离信号干扰，控制信号驱动继电器。

显示部分用数码管显示，数码管需接
一个上拉电阻，在电路驱动器关闭时给线路一个固定的电平。

4.1 自动配料系统简介
自动配料系统是一种用于工业（如混凝土配料），农业（如饲料配料）生上自
动化的配料设备，通常是由带有自动配料算法的电脑（微机）作为其自动配料的控
制系统。

4.2 自动配料系统的主要功能和社会效益
主要功能：具有称重、配比、流量控制、故障检测报警及通讯功能，具有智能化程度高、控制稳定、可靠、操作维修方便等特点，对各种原料能进行精确的计量，保证化工产品准确的成分。

社会效益：①提高生产安全，更好的保障了生产工程中操作人员身体健康不受影响；②将可大幅减少物料的浪费，节约成本；③生产过程中如遇到问题能及时的反馈问题，便于解决；④为以后生产配料提供宝贵的经验财富。

4.3 基于单片机自动配料系统与传统配料系统对比分析
传统的原料控制系统由于硬件线路复杂、计算机与配料控制器的通讯可靠性差、系统可靠性不高得缺点，已不能满足现代工农业发展的需要。

随着电子技术的迅猛发展，单片机的功能越来越强，越来越多的应用于各种控制领域。

单片机已从传统的顺序控制发展为对各种工业需求的的控制，其中就有专门应用于配料的配料控制模块，实现配料控制。

支持单片机的计算机控制软件业越来越多，世界上主要的计算机控制软件都能支持主流的单片机使计算机与单片机的数据交换变得简单、可靠。

单片机控制软件包括称重模块数据转换、秤补料排料控制、配料时序控制、混合时序控制、各种故障检测报警等。

4.4 自动配料系统的主要组成部分
自动配料系统的主要组成部分：给料部分、称量部分、排料设备、配料控制系统、校正系统等。

4.5常见的自动配料系统的种类及特点
j-pcs自动配料系统特点 : 多年的配料系统设计、制造经验。

除提供成熟的行
业解决方案外，还能根据客户的特殊需求和特殊物料特性为你量身定制适合你的专
业设备。

产品包括颗粒、粉体、液体多种物料的原料储存，称重计量，定量传送等
子系统。

称重配料系统主要优势: 1.灵活的配料形式 2.方便的远程监控 3.简
单的现场操作 4.成熟的行业应用精细化工、树脂配料系统开炼机、混炼机、密
炼机的混、配料*润滑油、饮料行业的配料、调和新型建材。

干粉砂浆自动配料系统特点： 1.品质稳定：目前施工现场配置的砂浆质量不稳定，强度达不到要求，而干混砂浆采用工业化生产，对原材料和配合比进行严格控制，确保砂浆质量稳定、可靠。

2.二级累计功能，除累计总的定量次数和重量总
计外，对每个定量组也有相应的次数和重量的累计；并且能累计每种物料的重量。

3.全面板式数字标定及参数 4.可用参数操控的过冲检测和修正功能 5.具
有数字键盘，可直接输入数字 6.多组密码保护功能，可防止无权限者非法操作7.具有手动/自动等配料功能，可在自动半自动之间切换；8.具有实时显示称重数
据等功能。

加气混凝土自动配料系统特点：本系统是专为加气混凝土设备及砖机生产企业
设计研制的自动控制系统，其操作简单、界面友好、智能化程度高且性能稳定靠。

功
能简介：1.二路磨头皮带称，控制计量石灰和石膏。

2.浇注部分：控制胶结料、
水泥、料浆、铝粉的配料，蒸气加温，控制浇注搅拌机和自动卸料装入摆渡车，可以同时控制两路料浆。

3.制浆部分：控制自来水、废水、废浆、粉煤灰量的多少，在制浆结束后将料浆通过料浆泵注入料浆罐。

4.料位部分：可分别检测料浆、水泥、胶结料等多个料罐中料的多少，可设定各个罐中料的上下限，当低于下限时系统会输出一个控制信号，当高于上限时，该信号消失。

5.破拱部分：对于水泥、胶结料、粉煤灰等料仓，有时存在物料在仓中拱料而不能下料现象，可以在仓壁上装振动器，让其定时或半自动方式振动达到破拱的目的。

由MCS-51 系列单片机作为控制核心的电子配料称量系统具有测量精度高、性能可靠、成本低廉、使用范围广等优点, 是电子配料称量系统的发展方向。

它具有去皮、清零、零中心显示、自动零跟踪处理、净重/ 毛重转换、自动累计打印、过载显示及弱电源显示等功能。

更能适应各种情况、各种场合的需要。

五、参考文献
[1] 陈为，陈静，孟照国. 基于AT89C52单片机的自动配料控制器[J] 自动化与仪表，2007，26（08）：133-134.
[2] 张彩红，陈为. 基于A T89C52的新型自动配料控制器的开发[J] 计量与测试技术，2007，34（03）：8-9.
[3] 周晓惠，田毅韬. 基于单片机的自动配料仪的设计[J] 计量与测试技术，2008，35（03）：23-25.
[4] 王艳霞. 智能多功能电子配料系统[ J] 计算机应用, 2000，( 02 )：54 – 56.
[5] 张娟梅，宁永海,，郭彦伟. 基于MSP430系列单片机的电子配料控制器设计[J] 河南科技大学学报,，2005，26( 01 ) ：40~ 43.
[6] 武庚. 水泥配料计算机控制系统[J] 洛阳工学院学报，2002，23（02）：100-101.
[7] 丁晓东. 振动料斗的结构设计[J] 电子机械工程，2007，23（06）：43-46.
[8] 唐菀洋. 基于单片机的自动配料控制系统设计[J] 电子世界，2013，19：18-19.
[9] 刘爱琴. 嵌入式自动化供料系统的设计[J] 中文核心期刊《微计算机信息》( 嵌入式与SOC)，2008，24（08）：128-129.
[10] 江衍煊，郑振杰，游德智. 单片机连接ULN2003驱动步进电机的应用[J] 机电元件，2010，3：29-31.
[11] 王彦，单长虹，韩景瑜. 基于FPGA的通用型自动配料控制系统[J] 计算机测量与控制，2 005，13（09）：941-943.
[12] 卢文科. 电子检测技术[M] 北京：国防工业出版社，2002.
[13] 何书森. 实用数字电路原理与设计[M ] 福州：福建科学技术出版社，2002.
[14] 李华. MCS- 51系列单片机实用接口技术[M ] 北京：北京航空航天大学出版社, 1993. 8.
[15] 栾桂冬. 传感器及其应用[M ] 西安：西安电子科技大学出版社,，2002. 1.
[16] 李秉操. 单片机接口技术及其在工业控制中的应用[ M] 陕西电子编辑部，1991.
[17] 何立民. MCS -51 单片机应用系统配置与接口技术[M ] 北京航空航天大学出版社，1990.6.。