基于8031单片机的自动计量进料系统

1 引言

某糖果厂于1985年从德国SIMON电子公司引进带微电脑的计量进料器116EM型生产线，用于糖果生产。由于引进时间较长、图纸资料不全、外方维护不便等原因，时有因电脑控制部分发生故障而影响生产的情况发生。从提高设备国产化比重、节约外汇、方便维护、保证生产出发，本文应厂方要求，在对进口装置的设备性能和电气信号时序透彻分析的基础上，开发了基于8031的嵌入式的微机自动计量进料系统，该系统从性能要求、信号时序到外观尺寸都与进口装置完全匹配，成功地实现了进口设备控制系统国产化。

2 计量进料器的称量和计量进料原理

启动预先设置的计量进料程序后，计量系统首先称量并存储称量锅皮重，然后依次控制各种配料如牛奶、砂糖、水等进入称量锅，其中干物料用振动盘计量进料，粉末料由螺旋进料器计量进料，液体料则由液压阀计量进料，糊状物由泵进料。每一种配料都先后使用粗料和细料两种进料方式，以保证称量精度达到98%～99%。物料重量由安装在支撑架上悬置称量锅的3个应变仪转变为电信号，经A／D转换读入计算机进行重量计算，去除皮重后与设定值比较，其结果作为控制物料切换或粗、细进料转换的依据。完成称量的混合物通过活门排放至可加热的储藏缸、搅拌，再用泵打入溶解器，进入溶解制糖工序。

3 系统功能要求

为保证原进口装置性能，要求计量进料自动控制系统具有如下功能：

(1)实现多达5种原料的顺序自动称量，定时搅拌、排放；

(2)在总重量不超过135 kg的范围内任意设定称量值；

(3)累计5种原料的班用量；

(4)每个称量循环完毕对称重系统进行自检，并能随时执行检查命令；

(5)能随时暂停自动称量灌装；

(6)若某种原料的灌装系统故障，可跳过该原料的灌装；

(7)故障报警功能：

无压缩空气报警，系统停止运行；

电机联接故障报警，系统停止运行；

称量锅内脏物超过10 kg，系统停止运行；

储藏缸液位超过设定值，系统停止运行；

(8)显示：净重、毛重，自检／检查值等；

(9)指示：重量上、下限，系统故障等；

(10)自动／手动切换；

(11)打印：固定格式的自动打印和单锅、单一原料数据打印。

4 系统硬件结构

根据上述系统功能要求，通过对原装置传感器、执行部件的电气信号分析，并考虑到安装条件，硬件设计立足于低成本、国产化，采用了以MCS—51系列单片机8031为CPU，联接A／D，键盘／显示，拨码盘，打印机等接口电路组成系统的设计方案。

整个系统由如图4—1所示的CPU板、A／D转换板、开关量I／O板、显示／键盘、打印机接口板、拨码盘输入板以及电源板组成。6块板以插件形式安装在两只抽屉式机箱内，嵌入原装置的控制器部位，实现与原装置的电气衔接。

其中8031最小系统由8031单片机通过总线驱动器扩展一片2764EPROM、一片6264RAM组成 。A／D转换采用双积分式12位A／D转换芯片ICL7109及相应辅助芯片组成。ICL7109具有高精度 、低漂移、抗干扰能力强等优点。采用8279作为键盘／显示接口，CPU以中断方式处理按键申请。五组四位BCD拨码盘通过两级译码，其控制端和8421数码端经8255与CPU相接。开关量Ｉ／O及打印机接口也均由8255实现。系统在保证功能的前提下体现了经济实效、立足国内的原则。

5 系统软件设计

系统应用软件在DVCC—52与PC机联合开发系统下，采用汇编语言与BASIC语言混合编程 、模块化、结构化的设计方法。整个程序由系统诊断模块、自动配料模块、A／D及数据处理模块、越限报警模块、按键、显示、打印模块等组成。各模块相对独立又相辅相成，从而使采样、运算、控制、显示、参数设置等有条不紊，急缓有序的运行。在称量精度、按键响应速度、故障报警能力等方面都达到了自动计量进料的要求。主程序框图如图5—1所示。

其中，诊断子程序包括CPU指令系统诊断、RAM诊断、EPROM诊断、A／D、I／O模板诊断以及为达到系统故障报警功能而进行的传感器信号的检测。

自动配料子程序主要框图如图5—2所示。考虑到给料装置的振动和惯性，程序中采用了把两次采样时间间隔Δt内的重量增量Δg与设定值和称量值之差e相比较，根据比较结果进行粗料、细料和换料的切换，以提高称量精度。并用一个单元进行配料顺序记数，这样5种配料可公用相同的程序，以达到优化程序结构，节省程序存储器空间的目的。

CPU以中断方式处理按键请求。在键盘中断服务子程序中，进行按键识别，并对相应的位标志变量进行设置。而其它各功能模块则根据标志变量状态控制程序走向。

6 系统可靠性设计

本系统处于干扰较多的复杂工业现场，因此在设计中