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余張國，李眾立，李磊民，鄒新杰

1  引言
在水泥回轉窯的生料以及煤粉供給系統中，在高速公路的攤鋪過程中都需要對物料的流量進行動態計量與控制。然而直接對運動著的物料進行流量檢測和實時控制難度很大。本文闡述的基于研華ADAM5510控制器的減量秤系統能很好地解決動態計量與控制問題。該減量秤是一種性價比較高的實時計量與控制設備。
2  基本思路
設某容器不斷地向外輸出物料，在t1時刻含物料的容器總質量為M1，t2時刻它的總質量為M2，那么，在[t1，t2]期間，容器輸出物料的質量為：M1－M2。若時間片[t1，t2]較小，則t2時刻物料的流量為：W=dM/dt≈(M1－M2)/(t1－t2)。在某時間區間[tx，ty]內，輸出的物料總質量為：  。

減量秤由加料倉(或稱緩沖倉)、計量倉、葉輪給料機、螺旋出料機等構成，如圖1所示。螺旋出料機由電機驅動，電機轉速高，輸出的物料多；反之，輸出的物料少。那么，調節流量通過對驅動電機調速就可以實現。當計量倉內的物料超過下限時，說明必須向其補充物料。葉輪給料機啟動，使加料倉內的物料，輸出給計量倉。加料倉在加料過程起緩沖作用。
為了提高動態計量精度，補充物料的時間控制在整個計量倉的物料輸出總時間的10%以內。

圖1  減量秤原理圖

3  系統方案
減量秤被設計成面向RS485串行總線的現場設備，它能夠與其它RS485現場設備一起掛接到RS485總線上。減量秤作為一個功能相對獨立的控制器子系統對外透明，它提供命令字接口與其他設備進行交互。上位機或其他現場控制設備通過命令字對其進行監控。
3.1  ADAM5510及ADAM5000系列模塊
ADAM5510是研華公司的可編程微控制器，內置80188 CPU、ROM-DOS操作系統、RAM以及Flash ROM等。ROM-DOS操作系統與MS-DOS兼容（不支持IBM PC的BIOS功能）。因此，ADAM5510可看作PC機的“壓縮”版或“嵌入式”版。它可作為獨立的、不依賴于上位機的控制器，也具備RS485或RS232通訊功能接口。ADAM5510有四個插槽，可以根據需要，插入不同功能的ADAM5000系列智能模塊。ADAM5510是應用于分布式控制系統中比較理想的前級控制器。
ADAM5017是8通道模擬量輸入模塊。ADAM5068是8通道繼電器模塊。ADAM5024是4通道模擬量輸出模塊，可輸出4～20mA的標準電流信號。ADAM4520是RS485與RS232協議轉化模塊。
3.2  控制系統硬件構成
控制系統由4只稱重傳感器，4路傳感器輸出信號放大、調理、隔離電路，ADAM5510(已插入ADAM5017、ADAM5024、ADAM5068等三個模塊)，變頻器，交流電機，繼電器等構成，如圖2所示。
兩只稱重傳感器用于檢測加料倉的料位。當加料倉的質量小于設定值，需要加料；當加料倉的質量大于某設定值，說明加料倉已經加滿，停止加料。另兩只傳感器用于檢測計量倉的質量，為后續計算流量提供依據。這4只傳感器輸出信號經過放大、調理、隔離電路后，成為0～1V的直流信號，分別輸入到ADAM5017的4個通道。ADAM5510運行所載入的程序，使ADAM5024輸出4～20mA的電流，控制變頻器輸出給電機的三相電源的頻率，實現對電機的調速，達到調節流量的目的。ADAM5068控制變頻器的上電、斷電，葉輪給料機(為計量倉加料)的啟、停，加料倉加料設備的啟、停。

圖2  減量秤系統構成圖

3.3  軟件設計
如前所述，上位機通過命令字對減量秤進行監控，ADAM5510對命令字進行識別、響應。ADAM5510與上位機的通訊，見參考文獻[3]。
這里選用的命令字以及響應的格式為：[定界符][地址][命令][數據][回車符]。
命令字的定界符是大于號“>”，響應的定界符是小于號“<”。地址占兩個字符。命令為26個英文大寫字母，占一個字符。命令后為數據，數據以回車符結尾。回車符也是整個命令字完畢的標志。如字符串>00A999.456(cr)就是合法的命令字。
下面只列出幾個重要命令字。其中，xx表示地址，nnnn.nn表示數據。

表1  命令字及其響應表

ADAM5510控制器的二次開發編程環境是Borland Turbo C++3.0，這使開發控制程序的周期大大縮短。ADAM5510開發工具中提供了諸如RS232/485通訊、存取ADAM5000系列模塊等功能的C語言庫函數，在程序中可調用這些函數。編譯、鏈接生成可執行文件，對Autoexec.bat進行修改，然后連同其他必要文件一起下載到ADAM5510的Flash ROM中。上面已經對減量秤的原理以及硬件和軟件接口作了闡述，如何編程實現也就比較清楚，不再贅述。
上位機程序既可用工業監控組態軟件（如大慶三維公司的Forcecontrol 2.6力控組態軟件），又可通過Visual Basic/C++等來實現。組態軟件對工業控制中的一些共性問題，如圖形人機界面、實時數據庫、趨勢曲線、報警、查詢、報表等進行了“預處理”。因此，直接利用組態軟件對共性問題“預處理”的成果，并針對具體通訊協議編寫驅動程序，就可以實現組態軟件對現場設備的監控。
4  結語
實踐表明，本文中給出的減量秤的設計方法是可行的。該減量秤具備一定的柔性，硬件軟件稍作修改就能滿足不同生產現場。它已經成功應用于高速公路攤鋪、水泥生產中。另外，多臺減量秤協調配合就可組態為配料系統。