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關于混合汁箱液位變送器控制儀的研制

作時間:2019-08-01  來源:  作者:
   

 【摘 要】 本控制器使用高速低功耗32位微型處理器和高精度雙通道模數轉換芯片,通過精密計算和智能趨勢預測等算法,通過變頻器平穩調節電機,避免電機頻繁啟停,并通過485通訊接口與遠程控制室聯絡,以穩定流量和智能自動化操作為目的,進一步提高生產效率和節能降耗,減少人手操作,提升智能化控制水平。gGn壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
壓榨生產線上各壓輥的蔗汁通過混合汁入口進入混合汁箱,混合汁箱的液位由單法蘭液位變送器測量轉為4~20mA標準信號送入控制儀作為測量值顯示,當液位達到一定高度時,開啟混合汁泵,箱內液體經電磁流量計通過混合汁箱出口進入下一工序。因各壓輥的出汁不穩定,實際應用中混合汁出口流量波動較大,混合汁泵啟停頻繁,人工干預頻繁。為保證下一工序有較為穩定的流量,控制儀通過檢測液位的高低及變化量,推算出混合汁入口流量,再計算出合適的出口流量,根據PI算法,輸出4~20mA標準信號至混合汁泵變頻器,驅動混合汁泵電機,從而非常大限度地穩定混合汁的出口流量?刂苾x還采用UART接口及外部RS485轉換電路,通過MODBUS-RTU通訊協議與控制室DCS系統直聯,控制儀所用元器件均為國內設計生產[1]。
 
 1 混合汁液位控制裝置的結構原理
壓榨生產線上各壓輥的蔗汁通過混合汁入口進入混合汁箱,混合汁泵將蔗汁從底部經電磁流量計泵至下一工序。電磁流量計安裝在流體垂直向上的管段,利用流體的重量保證管內流體處于滿管狀態,能穩定瞬時流量的測量。液位變送器傾斜向上安裝,能減少流體內雜質在壓力傳感器膜片上的積聚,保證測量精度;旌现何豢刂蒲b置的結構原理圖如圖1所示[1]。
混合汁液位控制裝置結構圖
2 方案控制原理
主控芯片采用兆易創新的GD32F105RBT6,為RAM公司的M3內核,flash ROM為128kbyte,SRAM為64kbytes,非常大工作頻率為108MHz,內部集成12位AD轉換器和12位DA轉換器。顯示部分為COG液晶顯示屏,分辨率為128*64點陣,因顯示內容不多,所以顯示屏模塊不含字庫,16*16點陣字模單好添加,存儲在CPU的代碼區。4~20mA輸出由CPU的PWM脈寬調制波轉換完成。液位控制儀方案原理圖如圖2所示。
液位控制儀方案原理圖
3 硬件電路設計
混合汁箱液位控制儀硬件電路由模數轉換、數模轉換、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轉換芯片TM7705,該芯片自帶1~128位可編程放大器,∑-Δ轉換,自校準,16位采樣速率達12次/秒。其中一路輸入電磁流量計的4~20mA,另一路輸入為液位變送器的4~20mA。芯片AD轉換完成由引腳DRDY指示,本系統使用 CPU 外部中斷觸發,在中斷服務子程序中讀取 AD轉換結果。輸入信號均經過共模濾波器及電阻限流及瞬態過壓保護再進入TM7705輸入引腳,以減少儀表現場使用故障。AD采樣電路原理圖如圖3所示。
AD采樣電路原理圖
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波,頻率約250Hz。CJ431為2.5V基準芯片,江蘇長電生產,用作幅度限值。R36C15和R39C16組成二級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穩壓管,用于減少輸出三極管Q3的Vceo電壓,減少Q3的集電極耗散功率,減少其發熱量。R64為電流采樣反饋電阻,采樣1/4W,10ppm低溫漂金屬電阻,溫度系數非常好為正溫漂,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]。
4~20mA輸出電路原理圖
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,對外連接引腳用 TVS 管和電阻作瞬態過壓和限流保護。RS485通訊接口電路如圖5所示。
RS485通訊接口電路圖
4 軟件設計
混合汁箱液位控制儀軟件開發平臺為Keil uvison for ARM5.0,使用ST-LINK仿真下載器,設置為32位浮點數運算。代碼編寫時啟用CPU的看門狗定時器,并只在主程序中執行喂狗操作(清看門狗定時計數器),以保證EMC測試時,過脈沖群后能自主恢復運行。按鍵掃描和AD轉換結果在外部中斷中進行,其中按鍵掃描每秒掃描16次,兩次相同時輸出鍵值,以實現去抖動。顯示則0.5秒刷新一次,但有按鍵操作時立即顯示。主程序流程圖如圖6所示。
 
5 結論與總結
使用中發現AD轉換結果穩定可靠,線性度高,完全優于美國AD公司的AD7705?刂苾x能夠根據液位高低及液位變化量自動控制混合汁流量,當壓榨生產線異常時能根據液位異常情況自動停止混合汁泵的運轉,有效地減少人手操作,完全實現全自動化控制,同時通過RS485通訊接口把多個變量上傳,控制室能實時監控設備的各種參數及運行情況。
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