基于现场总线的加药机控制系统设计与实现

摘要

浮选技术的进步对我国选矿工艺的发展特别是提质降杂起到很重要的作用。在浮选生产过程对有效计量和浮选剂的添加量进行控制是十分必要的，如何精确测量和控制药剂量是整个浮选自动控制系统的关键。本加药机的出现可很好地达到精确测量和控制药剂量的要求。
　　本文中，加药机的工作特点是采用步进电机带动加药泵做为加药设备，定时定量加入特定的某种药剂。研究采用了模块化的设计思想，设计开发了以C8051F920高性能微控制器为核心控制器、基于现场总线的加药机控制系统，使其对测量和控制药剂量的精度得到大大提高。
　　首先，在分析了国内外加药机现状的基础上，又针对应用的现场背景，提出了基于现场总线的加药机控制系统的设计方案，并对系统设计方法和功能进行了全面的规划和描述。
　　其次，设计加药机控制系统，主要包括对参数控制模块、CANBUS通信子系统、上位机显示模块、步进电机驱动控制器模块部分进行设计。本文对各个模块的设计思想和工作原理均作了详细的说明，同时根据硬件原理图和系统的实际需要进行了软件设计，并做了大量的软硬件调试和大量现场要求数据测试的工作，已经解决了设计中存在的问题。
　　最后，在加药机控制系统的核心—药量调节方面进行研究和改进，在控制药剂剂量时，单纯采用传统的PID控制器难以取得更好的控制效果。为进一步提高系统的控制效果和控制精度，本系统采用模糊PID控制器，并根据模糊控制原理和微控制器的特点，设计了FUZZY-PID控制器，并详细描述其工作原理和设计过程，提出了模糊控制在C8051F系列微控制器中的实现方法。以CAN总线通信技术、数据采集技术为依托，设计了符合背景标准的信息交流格式，完成了控制模块和上位机显示模块之间的通信以及控制模块的参数采集与控制，从而达到更加精确控制药剂剂量的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 加药机的产生与发展

1．2 课题的研究背景

1．3 现场总线简介

1．3．1 现场总线的定义

1．3．2 现场总线的产生与发展

1．3．3 现场总线的结构及其技术特点

1．4 研究课题目的和意义

1．5 本文的主要内容

第2章 加药机的系统设计与控制原理分析

2．1 加药机的工艺要求

2．2 加药机的总体控制方案设计

2．3 加药机加药控制方案设计

2．3．1 电机加药系统

2．3．2 步进电机控制的工作原理

2．4 显示子模块控制工作原理

2．5 数据采集系统

2．5．1 数据采集子系统

2．5．2 采样频率

2．5．3 信号输入类型

2．6 系统实际工作的操作流程

2．7 本章小结

第3章 加药机系统的控制策略的设计

3．1 模糊控制

3．1．1 模糊控制的概况

3．1．2 模糊控制器的结构

3．2 模糊PID控制在本系统中的应用

3．2．1 模糊复合控制

3．2．2 模糊PID控制器结构

3．2．3 模糊化

3．2．4 模糊推理及模糊规则

3．2．5 反模糊化

3．3 系统模型的创建和仿真

3．3．1 机电流量阀模型的创建

3．3．2 系统仿真

3．4 程序实现

3．4 本章小结

第4章 自动加药机控制系统硬件和设计

4．1 中心主控制计算机设计

4．1．1 核心控制器C8051F920

4．1．2 控制器主要外围电路的设计

4．1．3 CANBUS通信设计接口

4．2 驱动电路设计与实现

4．3 流量检测电路设计

4．3．1 电磁流量计的介绍和基本工作原理

4．3．2 检测输入及A／D转换

4．3．2 励磁输出电路

4．3．3 流量输出模块

4．3．4 本系统采用的电磁流量计

4．4 人机对话子系统的设计与实现

4．4．1 液晶模块简介

4．4．2 液晶通讯设计

4．5 硬件电路板设计

4．5．1 印刷电路板设计的基本原则

4．5．2 抗干扰措施

4．6 本章小结

第5章 加药机控制系统软件设计

5．1 嵌入式软件设计基本要求

5．2 软件的总体设计

5．3 初始化模块

5．4 CAN通信协议

5．4．1 CAN总线协议物理层介绍

5．4．2 CAN与其他通信方案的比较

5．4．3 CAN通信协议的主要思想

5．4．4 CAN通信协议的约定

5．5 CAN通信程序设计

5．5．1 SJA1000的初始化

5．5．2 发送子程序

5．5．3 接收子程序

5．6 人机对话子系统软件设计

5．6．1 液晶显示软件设计

5．6．2 远程主机PC软件设计

5．7 软件抗干扰技术

5．7．1 干扰的形成

5．7．2 软件抗干扰技术

5．8 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢