水泥生料转子秤计量仪表的研究与设计

摘要

在水泥的生产过程中，入窑生料计量系统的稳定性和准确性是稳定窑的热工制度，提高水泥熟料产量、质量，降低能耗的关键因素之一。因此，生料计量系统是水泥企业重视的关键设备。当前，转子秤计量系统已经成为主流的生料计量系统，而计量仪表是计量系统中最核心的部件，它决定着该系统的计量精度及稳定性。进口的生料转子秤计量仪表性能较好，但其价格昂贵。大部分国产计量仪表存在着计量控制不精确、微处理器性能较低、电磁兼容性差、功能单一等问题。针对上述问题，本文提出了虚拟多分隔的计量算法，设计了生料转子秤计量仪表。有效的解决了大部分国产生料转子秤计量仪表存在的问题。具体研究如下：
　　(1)通过市场调研，总结了国产生料转子秤计量仪表的的不足，并深入的研究了生料转子秤的机械结构及转子秤计量系统。针对国产计量仪表计量算法的不足，根据转子秤的称重原理，提出了虚拟多分隔的计量算法，并进行了详细研究，实现对入窑生料的精确计量。同时详细研究了仪表的功能需求，并根据仪表的功能需求，进行了仪表的硬件电路总体设计和软件总体设计。
　　(2)根据仪表硬件系统的总体设计，对硬件系统进行了详细设计。在设计过程中，以基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103ZET6单片机为核心控制单元，提高了数据处理能力；隔离电路的设计，增强了仪表的电磁兼容性。仪表硬件系统包括：主机电路、电源电路、称重信号采样电路、速度脉冲采样电路、流量外给定电路、4-20mA输出控制电路、人-机接口电路、开关量电路、通信接口电路等。
　　(3)根据仪表软件系统总体设计及功能要求，详细设计并编写了转子秤计量仪表软件代码。程序设计采用C语言编程，按功能模块划分。主要包括：驱动程序设计、监控程序设计、信号采集与数据处理程序设计、基于虚拟多分隔计量算法的程序实现、标定程序设计及事件报警程序设计等。
　　(4)根据计量仪表的主要技术指标，通过搭建实验平台，分别进行了仪表程序联调测试和仪表通道的性能测试。通过对测试结果进行分析，仪表的功能与通道的性能满足设计要求。基本上可以应用在工业现场。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题研究现状

1.3 论文的研究内容

1.4 论文的章节安排

第2章 生料转子秤虚拟多分隔计量算法研究及仪表总体设计

2.1 引言

2.2 生料转子秤虚拟多分隔计量算法研究及仪表功能需求分析

2.3 生料转子秤计量仪表总体设计

2.4 本章小结

第3章 生料转子秤计量仪表硬件系统设计

3.1 引言

3.2 仪表电源电路设计

3.3 仪表主机电路设计

3.4 仪表计量信号采集电路设计

3.5 仪表过程量输入/输出电路设计

3.6 仪表人-机接口电路设计

3.7 仪表通信电路设计

3.8 仪表PCB及电路板设计

3.9 本章小结

第4章 生料转子秤计量仪表软件系统设计

4.1 引言

4.2 仪表软件系统监控程序设计

4.3 仪表的数据采集与处理程序设计

4.4 仪表控制算法程序设计

4.5 仪表标定程序设计

4.6 本章小结

第5章 生料转子秤计量仪表性能测试

5.1 引言

5.2 程序联调测试

5.3 仪表通道测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢