攪拌站采用嵌入式控制的優(yōu)點(diǎn)介紹

1 控制系統結構

預拌站現場(chǎng)采用高速工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )，將各預拌站連接成可遠程控制的現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )，其具體結構如圖1所示。系統有配料員在取得相關(guān)授權情況下，對各個(gè)預拌混凝土站的配合比例進(jìn)行操作與管理，遠程調度員進(jìn)行遠程生產(chǎn)調度，層通過(guò)后臺管理系統進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)情況的查詢(xún)和查看相關(guān)生產(chǎn)報表[2]。

該結構實(shí)現預拌混凝土各個(gè)站點(diǎn)的統管理和調度，杜絕操作錯誤，同時(shí)合理分配生產(chǎn)任務(wù)，使預攪拌站的生產(chǎn)能力達到大優(yōu)化。

系統采用心跳線(xiàn)實(shí)現同步與冗余，以保證各生產(chǎn)線(xiàn)能夠正常生產(chǎn)。該系統通過(guò)以太網(wǎng)，將預拌混凝土現場(chǎng)生產(chǎn)的各種控制數據、產(chǎn)品數據和運載數據等信息，與后臺MIS或其他系統進(jìn)行數據交互，做到提高企業(yè)的管理水平。

2 控制器硬件設計

2.1 硬件總體結構

混凝土預攪拌站有其自身特點(diǎn)，在進(jìn)行硬件設計時(shí)，需考慮控制器的抗干擾、抗振動(dòng)和寬電壓?jiǎn)?dòng)等。在抗干擾方面，采用隔離技術(shù)以屏蔽外界的強電場(chǎng)干擾；對各種原料的進(jìn)料，采用誤差補償算法以提高計量精度；在進(jìn)料沖擊力方面，采用抗震設計；在控制器電源方面，在寬輸入自動(dòng)調節方式，以達到消除電源波動(dòng)對控制器的影響。在數字量采集與驅動(dòng)方面，使用光電隔離和繼電器隔離技術(shù)，將系統與電氣系統隔離開(kāi)來(lái)，同時(shí)采用的控制算法進(jìn)行計量控制和時(shí)序控制[3]。

依據工藝流程及實(shí)際需求，控制器硬件原理框圖如圖2所示。

2.2 稱(chēng)重測量與控制模塊

稱(chēng)重測量的前端為稱(chēng)重傳感器，其按放于料斗相應位置，經(jīng)屏蔽信號線(xiàn)輸入到控制器進(jìn)行處理 [4]。采集到的稱(chēng)重信號，還必須符合配料比的要求。依據預拌混凝土的配比要求，控制器輸出不同頻率的開(kāi)關(guān)信號來(lái)控制電磁振動(dòng)給料機，以實(shí)現對給料速度的控制。對粉末料用螺旋給料機水泥給料；將控制信號經(jīng)管D/A模塊轉換為模擬信號，然后經(jīng)開(kāi)關(guān)輸出電路輸出給變頻器，變頻器輸出不同的頻率信號來(lái)控制螺旋給料機，從而實(shí)現對粉狀物料的給料控制。對液體物料用變頻調速水泵，如水和液態(tài)添加劑等；控制器控制變頻調速水泵按給定量進(jìn)料，從而提高計量控制精度。

2.3 電源模塊

采用兩路電源，分為主和備[5]。無(wú)論是主電源供電還是備用電源供電，其輸入的電壓經(jīng)過(guò)變換后，轉換為兩組，組為3.3V電壓，主要供控制器的I/O口和外設使用；另組為2.5V，主要供控制器處理器內核使用。電源模塊電路原理如圖3所示。

2.4 Nand Flash模塊

S3C2410x的存儲器大為1GB，設計時(shí)選用Samsung的 K9F2808UOB芯片為控制器擴展64MB的Nand Flash存儲器，其接口原理如圖4所示。

在設計了存儲器之后，要專(zhuān)門(mén)為Nand Flash編寫(xiě)接口程序，并為上層應用提高各種對存儲器的操作接口函數。

控制器還有很多具體的電路，因在嵌入式系統中，處理好電源和存儲器問(wèn)題，就能為系統正常穩定的工作奠定堅實(shí)的物質(zhì)基礎。其他電路，在此不予以介紹。

3 控制器軟件體系

3.1 軟件抽象模型

按照嵌入式系統原理，控制器為典型的嵌入式系統，因此可以利用現有的層次化抽象模型，對控制器的軟件系統進(jìn)行抽象。經(jīng)過(guò)抽象分析，將控制器軟件系統劃分為如圖5所示的層次結構。

中間層BSP/HAL的作用主要是對控制器實(shí)現芯片級、CPU級和系統級的初始化，同時(shí)還對各種硬件接口提供驅動(dòng)和為上層應用提供驅動(dòng)程序編程接口；操作系統層主要RTOS內核和移植，以及RTOS為上層應用提供的內核功能的抽象編程接口；操作系統功能擴展層主要是為操作系統提供網(wǎng)絡(luò )、文件系統、GUI等；應用層主要控制程序和與后臺系統交互程序等。

控制器選用的RTOS為μC/OS-II，將其移植于所選處理器上，并對RTOS進(jìn)行抽象和功能擴展。

3.2 主任務(wù)設計

依據層次結構和控制工藝要求，得到控制器主任務(wù)執行順序為：硬件初始化、RTOS初始化、模塊監測和啟動(dòng)任務(wù)等，其中較為主要的多任務(wù)的啟動(dòng)。主任務(wù)流程如圖6所示。

4技術(shù)措施

4.1 提高可靠性措施

先，控制器采用雙電源措施，以提高控制器抗沖擊電壓的能力，前面在設計電源模塊時(shí)，就已經(jīng)考慮到這些問(wèn)題。

其次，除整個(gè)控制系統接地外，對控制器單設計接地措施，使其接地電阻控制在1歐姆范圍內。

再次，控制器輸出控制信號給執行機構時(shí)，為提高系統可靠性，采用阻容吸收；且在中間繼電器線(xiàn)包采用二極管吸收回路，各種信號線(xiàn)采用屏蔽線(xiàn)并單端接地。

后，在軟件上，采用模塊化程序設計思想，將控制器的風(fēng)險予以逐步化解，使得整個(gè)軟件系統加可靠。

4.2 提高精度措施

提高控制精度采用以下措施為：在軟件上，對稱(chēng)重傳感器采集到的稱(chēng)重量進(jìn)行算法補償，以降低測量結果的靜態(tài)非線(xiàn)性誤差和動(dòng)態(tài)滯后誤差，達到精確計量；對粉末物料，要降低因重力產(chǎn)生的沖量對測量結果的影響，本系統采用變速給料予以實(shí)現。

5 結論

采用的嵌入式技術(shù)設計混凝土預攪拌站控制器，體現了ARM處理器的高可靠性、接口功能完善和低功耗等優(yōu)點(diǎn)，且彌補繼電器控制在可靠性方面的缺陷，同時(shí)，提高了系統的網(wǎng)絡(luò )連接能力，以便實(shí)現遠程控制與調度，因此，該控制器具有定的實(shí)用性。