關(guān)于混合汁箱液位變送器控制儀的研制

 

壓榨生產(chǎn)線上各壓輥的蔗汁通過(guò)混合汁入口進(jìn)入混合汁箱，混合汁箱的液位由單法蘭液位變送器測(cè)量轉(zhuǎn)為4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入控制儀作為測(cè)量值顯示，當(dāng)液位達(dá)到一定高度時(shí)，開啟混合汁泵，箱內(nèi)液體經(jīng)電磁流量計(jì)通過(guò)混合汁箱出口進(jìn)入下一工序。因各壓輥的出汁不穩(wěn)定，實(shí)際應(yīng)用中混合汁出口流量波動(dòng)較大，混合汁泵啟停頻繁，人工干預(yù)頻繁。為保證下一工序有較為穩(wěn)定的流量，控制儀通過(guò)檢測(cè)液位的高低及變化量，推算出混合汁入口流量，再計(jì)算出合適的出口流量，根據(jù)PI算法，輸出4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)至混合汁泵變頻器，驅(qū)動(dòng)混合汁泵電機(jī)，從而#大限度地穩(wěn)定混合汁的出口流量。控制儀還采用UART接口及外部RS485轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)MODBUS-RTU通訊協(xié)議與控制室DCS系統(tǒng)直聯(lián)，控制儀所用元器件均為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)[1]。

 

 1 混合汁液位控制裝置的結(jié)構(gòu)原理

壓榨生產(chǎn)線上各壓輥的蔗汁通過(guò)混合汁入口進(jìn)入混合汁箱，混合汁泵將蔗汁從底部經(jīng)電磁流量計(jì)泵至下一工序。電磁流量計(jì)安裝在流體垂直向上的管段，利用流體的重量保證管內(nèi)流體處于滿管狀態(tài)，能穩(wěn)定瞬時(shí)流量的測(cè)量。液位變送器傾斜向上安裝，能減少流體內(nèi)雜質(zhì)在壓力傳感器膜片上的積聚，保證測(cè)量精度�；旌现�液位控制裝置的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示[1]。

2 方案控制原理

主控芯片采用兆易創(chuàng)新的GD32F105RBT6，為RAM公司的M3內(nèi)核，flash ROM為128kbyte，SRAM為64kbytes，#大工作頻率為108MHz，內(nèi)部集成12位AD轉(zhuǎn)換器和12位DA轉(zhuǎn)換器。顯示部分為COG液晶顯示屏，分辨率為128*64點(diǎn)陣，因顯示內(nèi)容不多，所以顯示屏模塊不含字庫(kù)，16*16點(diǎn)陣字模單好添加，存儲(chǔ)在CPU的代碼區(qū)。4~20mA輸出由CPU的PWM脈寬調(diào)制波轉(zhuǎn)換完成。液位控制儀方案原理圖如圖2所示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

混合汁箱液位控制儀硬件電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、485通訊接口電路等組成。 3.1 AD采樣電路原理圖采用天微電子的16位雙路AD轉(zhuǎn)換芯片TM7705，該芯片自帶1~128位可編程放大器，∑-Δ轉(zhuǎn)換，自校準(zhǔn)，16位采樣速率達(dá)12次/秒。其中一路輸入電磁流量計(jì)的4~20mA，另一路輸入為液位變送器的4~20mA。芯片AD轉(zhuǎn)換完成由引腳DRDY指示，本系統(tǒng)使用 CPU 外部中斷觸發(fā)，在中斷服務(wù)子程序中讀取 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果。輸入信號(hào)均經(jīng)過(guò)共模濾波器及電阻限流及瞬態(tài)過(guò)壓保護(hù)再進(jìn)入TM7705輸入引腳，以減少儀表現(xiàn)場(chǎng)使用故障。AD采樣電路原理圖如圖3所示。

3.2 4~20mA輸出電路

電路中PWM1為CPU輸出的16位固定頻率的脈寬可調(diào)波，頻率約250Hz。CJ431為2.5V基準(zhǔn)芯片，江蘇長(zhǎng)電生產(chǎn)，用作幅度限值。R36C15和R39C16組成二級(jí)RC低通濾波電路，要保證其截止頻率 f=1（/ 2πRC）必須小于 250Hz 并留有裕量。D2 為 4.7V或5.1V穩(wěn)壓管，用于減少輸出三極管Q3的Vceo電壓，減少Q(mào)3的集電極耗散功率，減少其發(fā)熱量。R64為電流采樣反饋電阻，采樣1/4W，10ppm低溫漂金屬電阻，溫度系數(shù)#好為正溫漂，以抵消電路中其他元器件的溫升。4~20mA輸出電路原理圖如圖4所示[2]。

3.3 RS485通訊接口電路

通訊芯片為蘇州思瑞浦的TP8485，通訊電路采用光耦全隔離，對(duì)外連接引腳用 TVS 管和電阻作瞬態(tài)過(guò)壓和限流保護(hù)。RS485通訊接口電路如圖5所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

混合汁箱液位控制儀軟件開發(fā)平臺(tái)為Keil uvison for ARM5.0，使用ST-LINK仿真下載器，設(shè)置為32位浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。代碼編寫時(shí)啟用CPU的看門狗定時(shí)器，并只在主程序中執(zhí)行喂狗操作（清看門狗定時(shí)計(jì)數(shù)器），以保證EMC測(cè)試時(shí)，過(guò)脈沖群后能自主恢復(fù)運(yùn)行。按鍵掃描和AD轉(zhuǎn)換結(jié)果在外部中斷中進(jìn)行，其中按鍵掃描每秒掃描16次，兩次相同時(shí)輸出鍵值，以實(shí)現(xiàn)去抖動(dòng)。顯示則0.5秒刷新一次，但有按鍵操作時(shí)立即顯示。主程序流程圖如圖6所示。

 

5 結(jié)論與總結(jié)

使用中發(fā)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果穩(wěn)定可靠，線性度高，完全優(yōu)于美國(guó)AD公司的AD7705�？刂苾x能夠根據(jù)液位高低及液位變化量自動(dòng)控制混合汁流量，當(dāng)壓榨生產(chǎn)線異常時(shí)能根據(jù)液位異常情況自動(dòng)停止混合汁泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地減少人手操作，完全實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，同時(shí)通過(guò)RS485通訊接口把多個(gè)變量上傳，控制室能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的各種參數(shù)及運(yùn)行情況。