高精度恒速恒压计量泵的研制

摘要

计量泵是一种定量输送各种介质的机械设备，它具有压力、流量等定量调节功能。它被广泛应用在需要进行液体介质输送过程的控制系统中。传统的计量泵调节压力和流量的精度难以满足现代化大规模生产工艺流程控制的自动化要求，特别是在有害液体、危险环境下等方面的计量。因此，对计量泵实现自动控制、实时监测、精确调节已势在必行。为解决上述问题，本课题就利用单片机技术，以STC12C5A60S2芯片为核心，并考虑各种抗干扰措施，而且对传统的计量泵的传动部分作了部分的改变，研制开发了高精度恒速恒压计量泵。本论文的研究主要分为硬件部分的设计和软件部分的设计两部分。软件部分又包括上位机应用软件的开发和下位机程序的设计。
　　机械传动部分采用伺服电机驱动蜗轮蜗杆转动，蜗轮通过滑键带动丝杠移动，丝杆通过螺母来推动活塞上下运动，最终达到对计量泵的调节。硬件电路部分采用STC12C5A60S2芯片为核心，它的机器周期1T，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。伺服驱动系统使用西门子的SINAMICS V80。SINAMICS V80采用了全新的伺服驱动技术，无需设置任何参数，无需增益调节，便可以实现极高的定位精度。编码器采用OMRON多相位输出光电编码盘，与电机同轴，电机每旋转一周，码盘产生2500脉冲。A/D转换器采用美国Cirrus Logic公司推出的新型24位CS5532。它具有极低噪音、多通道△-∑型模拟/数字转换器，由于其采用电荷平衡技术和极低噪音的可编程曾益斩波稳定测量放大器，可得到高达24位分辨率的输出结果，精度高。
　　上位机主要是应用虚拟仪器软件LabVIEW开发的应用程序，它通过485总线与下位机建立通信，对下位机进行实时监测和控制。上位机可以有效的读取计量泵的压力、流速、流量等参数，能够对数据进行保存和生成报表，可以设置计量泵的压力、流量等参数。LabVIEW编写的人机交互界面非常友好，有很好的应用前景。下位机软件基于Keil C51软件平台，采用单片机C语言编写程序。Keil C51软件开发系统可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个流程，该集成系统可以编译C源程序，也可以编译汇编语言源程序。单片机C语言具有语言简洁、可移植性好、表达能力强、可进行结构化程序设计、生成高质量的目标代码等优点，能使编程及程序调试时间显著缩短。