基于单片机的自动混料控制系统设计

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1、基于单片机的自动混料控制系统设计　　摘要：目前，我国许多中小企业采用人工混料的方式来进行配料，故不能达到现代企业对混料过程精确、快速、实时的质量控制需求。根据中小企业的经济现状和混料质量控制需求，以单片机为控制核心设计了自动混料控制系统。该系统结构简单，控制方便，具备混料数据采集、数据存储显示、混料自动控制等功能，并在控制回路采用积分分离PlD算法，有效地改善了系统控制性能。该系统还具有一定通用性，能对其稍作改进后便能适用于众多企业的混料自动控制，因而具有较高的性价比。　　关键词：单片机；混料控制；自动混料；PlD控制　　一

2、、引言　　在工农业生产和许多科学试验中，如在医药、食品、合金、油漆、陶瓷、混凝土、洗涤剂、混纺纤维、聚合物塑料、汽油混合物及烧结矿等众多产品的生产过程都需要进行混料。所谓混料，通常是指将原材料按一定比例混合在一起的过程。一般地说，某工序若没有进行系统的混料参数优化，混料参数搭配不合理，势必造成质量较差、损耗较高、技术经济指标欠佳的状况，因此在生产过程中，提高原材料的混料精度是保证产品质量的重要条件。故此可以说，混料是一种被广泛应用的改进挖潜余地较大的工艺。　　目前，由于自身资金不足等诸多原因，我国许多中小型的生产企业通常不得

3、不在生产过程中采用人工混料的方式来进行配料。因此在产品的质量控制方面，这些生产企业通常是每隔一段时间对产品的配料质量进行一次取样化验，进而根据取样化验结果来调整下一段时间的混料比例。这种人工或半人工的混料方法通常来说速度都不快，精度也不一定够高，因此，很能达到现代企业对混料过程精确、快速、实时的质量控制需求。根据中小企业的经济现状和混料质量控制需求，以单片机为控制核心来设计具有实用方便、性能稳定、响应快速、精确较高、价格较低等特点的自动混料控制系统。这种自动混料控制系统应该具备混料数据采集、数据存储显示、混料自动控制等功能，

4、并在一定的程度上具有通用性，能对其稍作改进后便能适用于众多企业的混料自动控制。　　二、自动混料控制系统的运行与控制原理　　在自动混料控制系统中，用于混料的生产原料经过相关处理后分别存入各自相应的原料库中，原料库底部的下料口通过卸料阀与皮带秤相连。皮带秤是一种用于卸料和计量的皮带机，其测量重量通常是与皮带上原料重量成正比的。一般来说，用于卸料和计量的皮带机上会安装有测力传感器和编码传感器。其中，测力传感器可以测量皮带上原料重量，并此重量转换输出为瞬时的电压信号；而编码传感器则可以测出皮带机的输送速度，并此速度转换输出为脉冲信号

5、。当自动混料控制系统启动后，将会通过卸料阀来打开当前需要用于混料的原料库，使生产原料流到用作卸料和计量的皮带秤上，同时系统还将通过电机按照设定的速度来带动皮带机装载原料而转动。随着系统控制皮带的转动，自动混料控制系统的原料库下料口的原料便会被拉出原料库。这时，自动混料控制系统便能通过对皮带机的速度及其上原料的称重等参数而计算出该原料的当前流量，进而通过对比经过优化而设定的流量来检测当前的混料质量的好坏。若当头流量与设定流量有较大的偏差时，自动混料控制系统便可以通过调整皮带机转速来调整混料质量，进而提高产品的生产效率和产品质量

6、。　　按照自动混料控制系统的运行原理，自动混料控制系统应该有各类原料的设定流量参数、代表皮带机输送某原料重量的瞬时电压参数、代表皮带机输送某原料速度的脉冲信号参数等输入参数。在自动混料控制系统运行的过程中，皮带机输送原料的瞬时流量函数为：F（t）=R（t）?V（t）。式中，F（t）代表皮带机输送某原料的瞬时原料流量；R（t）代表皮带机输送某原料的瞬时重量；V（t）代表皮带机输送某原料的瞬时速度。因此，设L为输送某原料的皮带机的有效的称量段的长度，则时间T内自动混料控制系统输送某原料的累计流量为：　　一般来说，自动混料控制系统

7、输送某原料的瞬时流量与预先设定的流量值之间通常会在一定程度上存在偏差，而这种偏差的大小通常会直接地影响到混料效果的好坏，因此需要自动混料控制系统采取某种控制方法来对其进行控制，以消除输送某原料的瞬时流量与预先设定的流量值之间的偏差。为此，本文所设计的自动混料控制系统采取闭环控制的方式来消除这种偏差，自动混料控制系统控制结构如图1所示。图1自动混料控制系统的控制结构示意图　　一般来说，自动控制系统的精度、稳定性、灵敏度等重要性能会受到自动控制系统所采用的控制方法的影响。在自动控制领域中，PID控制是应用最广泛的控制方法之一。长

8、期的工程实践检验表明：PID控制是一种技术成熟且应用灵活的控制方法。一般而言，自动控制系统在系统控制启动、系统控制停止以及大幅度改变系统控制值的时候通常会产生很大的超调（由于瞬时控制量与设定目标控制量之间偏差太大而造成的超调）。为此，本文所设计的自动混料控制系统采取PID积分分离的控制方法