基于AT90CAN128单片机高炉烧结配料系统----信号采集部分(58页).doc
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1、-基于AT90CAN128单片机高炉烧结配料系统-信号采集部分-第 48 页题 目:基于AT90CAN128单片机高炉烧结配料系统-信号采集部分基于AT90CAN128单片机高炉烧结配料系统-信号采集部分摘 要高炉烧结配料系统是指依靠调节带式输送机的速度来控制各种物料的进料量,完成对各种熟料的配比。它将工业现场的各种物理量(模拟信号)通过传感器变为电信号,再经过A/D进行采样转换为数字量后,由计算机进行存储、处理、显示或打印。整个系统由信息采集部分、PID过程控制部分和CAN总线通信三大部分来实现其功能,还可以在显示屏上查询各种物料的给定流量、实际流量及其误差等使用情况,尽早发现和消除隐患,实
2、时处理故障,进一步提高了系统的可靠性。我们的设计主要是针对信号采集部分的设计。本系统是以AT90CAN128单片机为核心部件组成的一个简单数据采集系统。该系统的主要部件有:AT90CAN128、ULN2803、VFD、CS5523、LED、继电器等。AT90CAN128是一款低功率CMOS 8位的微处理器,这些功能为我们系统的实现提供条件。该系统不但能对单路信号进行采集,而且还可以对多路信号进行循环采集,最多可采集4路。既可以采集流量信号,同时也可以对开关等信号进行采集。该系统性能稳定,具有一定得的抗干扰性,其采集精度也能够满足要求。关键词:AT90CAN128;配料系统;电子皮带称;信号采集
3、Sintering blast furnace system based on AT90CAN128 single-chip microcomputer - Signal acquisitionAbstractSintering blast furnace system is relying on regulation to control the conveyor speed into the charge of a variety of materials, to complete a variety of clinker ratio. It can change all kinds of
4、 physical quantities of the industrial site (analog signals) into electrical signals through sensors, and then, after A/D sample is converted to digital value, to store(information), process, display or print in a computer or system . The entire system is make up of information collection, PID contr
5、ol and CAN bus communication , achieveing its main functions, it also can display information such as a given flow, the actual flow and its error, find out hidden danger and remove it early,further improve the reliability of the system.Our design is mainly directed against part of the design of sign
6、al acquisition. The system is based on AT90CAN128 single-chip microcomputer as the core components of a simple data acquisition system. The main components of the system are: AT90CAN128、ULN2803、VFD、CS5523、LED and so on。AT90CAN128 is a low-power CMOS 8-bit microprocessors, which functions used for ou
7、r system to provide the conditions to achieve the design.This system is not only to do single-channel signal acquisition, but also on the cycle of multi-channel signal acquisition, even up to 4-way acquisition. Traffic signals can be collected, but can also signals to the switch. Stable performance
8、of the system with the interference must, and its precision is also able to meet the requirements of accuracy.Key words: AT90CAN128; batching systems; electronic belt; signal acquisition 目录摘 要IAbstractII第一章引 言11.1研究背景11.1.1 容积配料11.1.2 重量配料21.2 烧结机自动称重配料控制方案21.2.1控制方案及系统组成21.2.2系统的工作方式41.3 系统各部分功能41.
9、3.1流程图说明41.3.2计算机监控部分5第二章 信号采集系统综述62.1数据采集的意义和任务62.2数据采集系统的实现62.3工作流程92.4数据采集系统的功能102.4.1数据信号采集102.4.2模拟信号处理102.4.3数字信号处理102.4.4开关信号的处理102.4.5二次数据计算112.4.6屏幕显示112.4.7数据存储112.4.8人机联系112.5数据采集系统的结构形式112.6数据采集系统的软件122.6.1模拟信号采集与处理程序122.6.2数字信号采集与处理程序122.6.3脉冲信号的处理程序122.6.4开关信号处理程序122.6.5运行参数设置系统132.6.6
10、系统管理程序132.6.7通信程序13第三章 系统硬件电路设计143.1系统电路方框图及说明143.2AT90CAN128单片机简介143.2.1芯片特点153.2.2结构概览153.2.3AT90CAN128引脚配置173.2.4引脚介绍173.2.5定时计数器183.3CS5523A/D转换器件介绍193.3.1概述193.3.2特性193.3.3结构简述203.3.4CS5523引脚配置233.3.5 CS5523引脚介绍233.4键盘电路253.5开关电路253.5.1开入量电路263.5.2开出量电路273.6速度测量原理273.7VFD显示28第四章 系统软件设计与实现294.1程
11、序结构图及其说明294.2主程序294.3键盘扫描子程序314.4A/D转换子程序364.5VFD显示子程序37总结38参考文献39附录A硬件原理图40附录B信号采集系统程序41附录C字型表48致谢51第一章 引 言1.1研究背景在当今许多钢铁厂矿企业中,为了使烧结矿的化学成分和物理性质稳定,符合高炉冶炼的要求,并使烧结料具有足够的透气性以获得较高的烧结生产率,必须把各种不同成分的含铁原料、熔剂和燃料根据烧结过程的要求和烧结矿质量的要求进行精确的配料。烧结生产实践证明:烧结配料发生偏差会影响烧结过程的进行和烧结矿质量。例如在某厂的条件下,灰石配比误差1%就影响烧结矿的碱度0.04;燃料波动1%
12、,影响烧结矿中FeO变化23,使烧结矿的还原性及强度受到影响。烧结原料的品种多,成分的波动大,进入配料室前必须经过破碎筛分、中和混匀处理,然后根据炼铁对烧结矿化学成份的要求进行配料计算,以保证烧结矿的含铁量、碱度、含硫量、FeO含量等主要成分控制在规定范围内,并为设备选择,矿槽设计以及运输系统提供设计数据。配料的精确性在很大的程度上决定于所采用的配料方法。目前配料方法有容积配料及质量(重量)配料。1.1.1 容积配料目前各厂广泛使用的圆盘给矿机是容积配料的一种。它是假定物料堆积密度一定的情况下,借套筒的闸门控制配料的容积。为了增加其准确性必须定期检查。由于各种原料的堆积密度随料粒和湿度不同而发
13、生波动,致使配料量产生较大的误差,一般在5%以上。在增加圆盘配料的准确性方面,各烧结厂积累了丰富的经验,如圆盘给矿机安装时应使给料圆盘中心与料仓中心相吻合,保持料仓中一定高度的料面,并使物料在料仓中分布均匀,防止物料堆集于一边。保持圆盘盘面沿各方面具有相同的粗糙度。有些烧结厂配料室为了保证混合矿化学成分及粒度均匀采用梯形给料法,即四个混合矿仓使用三个,一个是满仓,一个是半仓,一个是下仓,另一个在输料,输满后即送样化验成分。一般来说满仓时给料的粒度细、量大。底仓时给料的粒度粗、重量轻。另外,为了正确地检查料量,采用三点一线的方法:即圆盘上的红线,称盘的中心点,皮带的中心点在一条线上。圆盘上的红线
14、是根据事先测定具有代表性的一点。 由于容积配料法设备简单,便于操作,因此目前还广泛地、特别是在中小企业中被采用。1.1.2 重量配料 重量(质量)配料法是按原料的重量(质量)来配料,它比容量配料法准确其配料精度在1.0%左右,对于配比量较小的燃料,就更加明显。此外,重量(质量)配料法可以实现配料自动化。许多厂在圆盘给料机下面安装电子称,及时反映出给料量,此外在给料机上安装滑差电机调速,保证给料的准确性。上图示出某厂烧结车间自动配料系统。铁精矿的配料由集料皮带上的电子称得出精矿量信号,与给定值进行比较、通过调节器调节4或5(带调速电机的圆盘给料机)的速度,以保持精矿量不变。运行时4号和5号至少有
15、一台运转。辅助原料的配料由定量给料机和各自的调节系统来调整定量皮带机的给料速度,配比给定系统由可调恒流单元和定值器来实现。这种配置增加设备不多,节省电耗,精矿配料误差为1.5%,辅助配料为1.0%。 目前国外已有按化学成分配料法。此法是用X射线荧光分析仪对原料的化学成分进行分析,根据化学成分确定各物料的最佳配比。1.2 烧结机自动称重配料控制方案1.2.1控制方案及系统组成近年来,国内新建烧结机的配料方法均采用重量配料法。针对烧结厂所用原料来源杂、成分波动大,给烧结矿的TFe和SiO2稳定率带来不利影响问题,介绍了混匀料场混匀配料的工艺流程及自动配料的实现,提出了重量配料,就是按原料的重量来配
16、料,采用电子皮带秤对物料进行连续计量,通过调节圆盘给料机或皮带的速度来实现定量给料。重量配料易实现自动配料,配料精度较高。烧结机的配料采用13个定量圆盘给料机和电子皮带秤定量给料,为提高皮带配料秤的计量精度和配料系统给料精度,所有给料机的皮带配料秤均采用变频调速的方式进行控制。该自动称重配料控制由下列五大部分:电子皮带称、称重控制仪表、变频控制柜、监控计算机及现场操作箱部分。 图1.1自动称重配料控制组成图配料自动控制实现烧结用的原料如混匀矿、燃料、熔剂白云石、生石灰、冷返矿按照工艺要求的配比进行自动给料,能够判断下料堵料和失控故障、变频器故障,并报警。 本系统由数据采集节点、数据处理单元、V
17、FD显示节点等组成,整个系统结构复杂,功能完善,显示屏与数据处理单元相连,数据处理单元、数据采集节点和VFD显示节点都挂接在CAN总线上,各组成部分提供不同的功能。1)数据处理单元主要为AT90CAN128单片机来实现,进行数据交换,并处理屏上的显示和设置信息及CAN总线上的交互信息。2) VFD显示节点主要显示当前各路的模拟量和开关量的报警信息,便于用户查看,使系统更加人性化。3)数据采集节点采集各路模拟量和开关量信息,通过CAN总线传输,以供数据处理单元处理。 本系统对实时性要求高,数据传输量大,数据采集节点采集的信息应快速上传到数据处理单元,以便及时处理,数据处理单元将设置信息实时传递给
18、数据采集单元;数据处理单元处理完采集的信息后,将当前的系统状态及时地在VFD显示节点上显示出来,从而进行控制。1.2.2系统的工作方式系统检修和工作方式有二种:手动检修方式:即通过现场操作箱选择开关及按钮控制变频器以点动频率驱动电动机正反向运行速度;工作方式是仪表自动给料:即通过称重控制仪表键盘,任意给定所需给料量,并通过给料量大小变化自动调整变频器频率(电动机的运行速度);正常工作在上位机自动给料,受计算机控制。检修或调试时在“检修”状态,可以单机运行。 1.3 系统各部分功能图1.2自动称重配料控制流程图1.3.1流程图说明1)实现流量恒定的控制仪表控制部分采用模块控制方式,电子秤与仪表控
19、制模块之间的信号传输采用差分频率信号传输技术,具有极强的抗干扰能力和远传能力,从而保证了系统信道的可靠性和准确性,在反馈控制上采用新型的人工智能PID调节算法,无振荡,无超调。2)仪表控制部分与监控计算机采用CAN总线通信方式,信号传输的快速实时性更高、抗干扰更强、可靠性更高,保证配料精度和稳定性。3)配料秤有补偿功能,即皮带本身影响自动补偿功能。能在配料秤正常生产运行过程中,连续不断地测量皮带本身实际重量的变化(如物料局部粘结等造成的皮带皮重的变化,天长日久磨损程度不同导致的皮带薄厚不均,以及张力不匀等所产生的对称重传感器的外部影响),并随时进行精确补偿,因而其动态测量精度要比一般设备厂家的
20、配料秤动态测量精度高。1.3.2计算机监控部分该计算机采用品牌机作为控制计算机, 系统软件是在Win2000操作平台下,用组态开发研制的通用应用程序,整个程序兼顾键盘操作。各种操作界面、数据显示,用户可方便进行各种数据的修改操作,运行数据的显示。VFD显示屏其功能如下:1)显示功能 显示各设备瞬时运行情况; 显示各台秤的给定流量、实际流量、下料累计量,显示各种原料的瞬间下料量、总流量及总累计量。 具有系统报警功能。2)操作及控制功能 该系统利用操作提示菜单方便、简单,快速引导进行系统操作。其功能如下: 能实现变频器的远程操作(启停、手自动转换、单动); 能快速修改各台电子秤的计量参数及换仓后各
21、物料吸收系数的变更设置; 修改配料系统的控制参数; 根据工艺要求,可随时、方便的选定、修改、更换配比和配料总流量; 当物料水分含量发生变化时,可方便的变更水分组和手动输入各物料的水分变化量。 根据现场实际需要,可对报警时间进行设置;3)报警功能 当系统各测量单元出现故障时,LED显示灯将以警示色提醒用户,按下相关键后,可由CRT显示故障代码; 当系统出现空仓或给料机堵料而无法下料时, LED显示灯报警提醒用户及时处理。第二章 信号采集系统综述2.1数据采集的意义和任务“数据采集”是指将压力、频率等信号采集、转换成数据量后,再由计算机进行存储、处理、显示的过程。相应的系统称为数据采集系统。随着计
22、算机技术的飞速发展和普及,数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中,应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录,为提高产品质量、降低成本提供信息和手段,在科学研究中,应用数据采集系统可获得大量的动态信息,是研究瞬间物理过程的有力的工具,也是获得科学奥秘的重要手段之一,总之,无论在哪个应用领域中,数据采集与处理越及时,工作效率就越高,取得的经济效益就越大。数据采集系统的任务,具体说,就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号,然后送入计算机,根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理,得出所需的数据,与此同时,将计算得到的数据进行显示或打印,以便实现对某些物理量的监
23、视,其中一部分的数据还将被生产过程中的计算机用来控制某些物理量。数据采集系统性能的好坏,主要取决于它的精度和速度,在保证精度的条件下,应有尽可能高的采样速度,以满足实时的采集,实时处理和实时控制对速度的要求。2.2数据采集系统的实现各种物料信号采集所需的传感器被安装在带式输送机上。带式输送机被广泛地应用于矿山、冶金、码头和化工等行业,对于散装的固态原料(矿石、水泥、煤粉)进行自动输送,特别适合于高温、高空和有害环境下作业。在本设计中,高炉烧结配料系统就是依靠调节带式输送机的速度来控制各种物料的进料量,完成对各种熟料的配比。而输送带配料秤是一种用于测量和控制带式输送机的速度和物料流量的实时控制器
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