《毕业设计（论文）基于单片机的电子皮带秤设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）基于单片机的电子皮带秤设计.doc（61页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、摘 要随着传感器技术、电子技术、微机技术的发展，称重技术得到了快速发展，数字化，智能化在称重装置中的应用越来越广泛并且有了长足的进步，由此称重装置的研究也进入了一个新的阶段。皮带秤是安装在皮带输送机上适当位置上的对散装货物进行连续、累计称量的计量器具。是工业生产应用最广泛的检测技术设备之一，经常应用于在矿山、冶金、煤炭、化工、建材、轻工等行业。在众多场合，电子皮带秤可以起到减员增效，节支创收，减少误差的作用，大大提高了工业生产的自动化程度。本课题深入研究了国内外电子皮带秤的发展现状与趋势，并且分析研究了电子皮带秤的原理与总体结构，采用多托辊悬浮式秤架结构，当有物体通过时，其重量通过皮带秤体传送
2、到称重传感器，称重传感器的称重信号进过放大电路后输入模数（A/D）转换器进行转换成数字信号输送到微处理器的CPU进行处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，并根据键盘开关和各种功能开关的功能进行处理，以实现电子皮带秤的自动化控制。关键词：8051单片机，电子皮带秤，控制系统AbstractWith the development of sensor, electronic and computer technology, the weighing technology have developed rapidly, weighing device in digital, intelligent
3、 connection is a great improvement, weighing device research and development has entered a new stage. Belt weigher is installed on the conveyor belt in the appropriate place, the bulk of the material for automatic continuous, weighing a total of measurement apparatus. It is one of the most widely us
4、ed instruments in the industry production. It is usually applied to the mine, the metallurgy, the colliery, the chemical plant, the building materials, the light industry etc. with the electronic belt weighter, the enterprises have better work efficiency, more incomes and fewer errors while employin
5、g fewer workers and having lower cost.This article studies the development status and trends of domestic and international electronic belt scale, and analyzes the principle and overall structure of the electronic belt scale, select a number of child care roller suspension struction, then design the
6、conveyor belts hardware circuit. When he was called in the objects placed on the scale, the weight and belt scales body through to weighing transducer, This signal by amplifying circuit, the amplification by filter / (A/D) device, digital signals into tiny place of CPU, CPU scanning switch, all sort
7、s of functions and keyboard according to various functions and keyboard input switch to judge, analysis, by the software to control all kinds of instruments. Key words: electronic belt scale , 8051single chip, the control system目录摘 要Abstract目 录第一章 引 言11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的意义11.3 国内外发展现状及趋势分析21.3.1 国
8、外的发展现状21.3.2 国内的发展现状21.3.3 电子皮带秤的发展趋势21.4 课题的目的与要求3第二章 系统方案论证及选型42.1 电子皮带秤的分类42.2 系统控制器的选择42.3 系统检测部分的硬件选择52.3.1 称重传感器52.3.2 测速传感器的选择62.3.3 A/D转换器的选择72.3.4 变速调频设计7第三章 电子皮带秤承载器的设计93.1电子皮带秤工作原理93.2 有效称量段123.2.1 秤架结构分析153.2.2 不同秤架结构对比153.2.3 多托辊全悬浮秤架163.3 秤架的力学特性的分析计算17第四章 系统硬件设计204.1 皮带秤硬件系统组成204.2 单片
9、机选型及介绍214.3各单元硬件电路原理图224.4 控制和测量原理26第五章 控制系统软件设计305.1 软件的设计思想305.2 程序的主体设计315.3 系统按键程序实现325.4 系统初始化335.5 运行管理程序335.5.1 采样程序335.5.2 数制转换程序345.5.3 计算过程355.5.4 显示程序355.5.5 报警处理35总结36参考文献37致谢38附录39第一章 引 言1.1 课题研究的背景电子皮带秤被应用于矿山、煤炭、矿工行业、码头等行业，是一种非常重要的动态称量系统。本课题利用MCS-51系列单片机的特点，在普通的电子皮带秤的机械结构的基础上加入由单片机控制的自
10、动控制系统，以实现电子皮带秤的自动化调节。国外对电子皮带秤的研究起始于上世纪五十年代，而在国内，对皮带秤的深入研究是从上世纪六十年代开始的。从七十年代末期开始，微型计算机设备开始被引入到电子皮带秤中，从而使得电子皮带秤在结构、功能、内容、集成化程度上大大丰富，八十年代开始广泛应用的微机式电子皮带秤较于普通的模拟皮带秤不仅计算精度显著提高，而且功能更加丰富。时至今日，虽然核子皮带秤、固体质量流量计、冲量式流量计，失重式流量计等多种对散装货物进行称量的装置有了一定的应用规模，但他们仍然无法与电子皮带秤相抗衡，也无法撼动电子皮带秤在固体散装货物称量中的主流称量设备的地位。1.2 课题研究的意义现代工
11、业的快速发展，使得对大宗散装货物的称量设备有了显著的需求，尤其是在冶金、建材、电力、化工、食品等行业中。使用电子皮带秤可以起到减员增效，节支创收，提高精度的作用，并在物料的称量中缩短劳动时间，提高劳动效率，降低劳动强度，从而大大提高劳动生产的自动化水平。随着我国工业自动化程度的不断提高，电子皮带秤的需求量不断增大，积极开发具有我国自主知识产权的电子皮带秤称量设备，并使之成为具有产业规模的高档次衡器产品有着不可估量的重要意义。1.3 国内外发展现状及趋势分析1.3.1国外的发展现状随着社会经济的不断发展，电子衡器在全球衡器市场中越来越占据着主体地位。尤其是在一些科技较为发达的国家，电子衡器的比重
12、一般在80%左右。这些发达国家一般都设有专门的针对散装货物的称量研究机构，且创造的年产值在30多亿美元。随着研究人员的不懈努力，现代称重技术无论在产能，称重的准确度和检测方法上都有了显著的提高。例如，在港口贸易较为发达的瑞典，挪威等国，对电子皮带秤的维护与检修方面经验丰富，电子皮带秤早已广泛的应用于港口的散装货物的贸易结算中。而在像美国等国家，则设有专门针对散装货物称重和控制技术的服务公司。1.3.2国内的发展现状“九五”以来，我国在称重衡器的电子化方面有了长足的进步，国产衡器无论在产量还是质量上都有了不断提高。目前我国的标准的十大衡器都已实现了产品电子化。我国从上世纪五六十年代开始研究和制造
13、皮带秤，但是受当时的传感器制造技术和电子技术水平的限制，电子皮带秤并没有得到广泛的认可。改革开放以来，随着国内愈来愈多的单位从事电子皮带秤的开发与研究，在引进国外先进技术的同时结合自身的发展特点，使得我国在皮带秤研究与制造方面有了跨越式发展。但是与国外仍有着不小的差距，主要体现在基础理论研究方面的差距产品技术方面的差距制造工艺及技术装备方面的差距。1.3.3电子皮带秤的发展趋势随着传感器与微机技术的不断发展，加之模糊控制理论，人工智能，建立数学模型等理论技术的不断完善，电子皮带秤朝着功能自适应，智能化信息处理的方向发展。其发展趋势主要有以下几个方面：1.小型化，体积小，重量轻，便于安装维护。2
14、. 集成化。对于一些特定结构的称重装置，如专用称重装置、小型电子秤、静态电子轨道秤以及便携式静动态轮轴秤等产品，可以实现称重传感器与钢轨，称重传感器与秤架，称重传感器与轨道秤台的集成化。3. 智能化。称重装置的计量显示与控制部分与微型计算机相连，通过微型计算机的智能化处理增加称重装置的显示和控制功能，以增加电子皮带秤的自适应和智能化的功能。4.综合化。称重技术未来的发展方向是在加强基础研究的基础上扩大应用范围，扩展应用领域，向相关行业和学科渗透，应用各个学科的技术综合化的解决计量称重、信息处理、自动控制等问题。5. 组合化。在某些重量计量场合或过程中，为满足实际需求，还需要电子称重装置具备一定
15、的组合能力。如机械部分根据实际场合的调整，与外围设备的组合，系统硬件与外围设备的连接，调节计量范围和精度，通过软件设置调整输入输出方式、通信方式等功能。1.4课题的目的与要求电子皮带秤是根据杠杆原理，在连续运动得皮带下面安装杠杆装置，杠杆的承载面则是几个滚筒装置，利用应变电阻制成的称重传感器来进行计量。皮带上面的物料通过杠杆装置的承载面时会对承载面产生一定的压力，通过杠杆装置将该压力传送到称重传感器，而控制装置将称重传感器感应的重量压力信号进行放大处理后，以数字的形式进行显示。本课题要求所设计的电子皮带秤能够根据计量物料的不同的瞬时流量和累积流量，同时根据不同的物料的喂料量，会采用不同的减速机
16、构来控制皮带的最快速度，使皮带秤按人们实际要求的喂料量进行自动改变皮带的运转速度，对喂料量进行跟踪，即形成皮带上物料多时，速度变慢，料少时，速度变快，无料时速度最快，而超载时最慢甚至会停下来的控制特性，从而在进行精确测量的同时，也起着保护电子皮带秤的作用。第二章 系统方案论证及选型2.1电子皮带秤的分类电子皮带秤是利用物体的重力作用来确定物体的质量（重量）的测量仪器，也可以用来确定与质量相关的其他量或者是参数、特性。电子皮带秤的分类各有不同，且分类的方法至今仍不统一。主要的分类方式有以下几种：按电子皮带秤的秤架结构来分，有单托辊式皮带秤，多托辊式皮带秤，悬臂式皮带秤等；按称重传感器的原理进行分
17、类的有电阻应变式皮带秤，差动变压器式皮带秤，压磁式皮带秤和核子式皮带秤等，以累计器得到瞬时流量与累积流量得到运算方式可以分为模拟式电子皮带秤和数字式电子皮带秤和带微机的电子皮带秤等。其中以应变式的电子皮带秤产品最多。总之，各种分类方法都是突出动态称重系统中的某一组成部件，把皮带秤分成了各种类型。2.2 系统控制器的选择本系统由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器，而且以单片机为系统的主控制器，可以轻易的将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”，这种新型的智能化仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了
18、巨大的进展。根据系统方案的设定，选择MCS-51系列的单片机作为系统中控制芯片，由于带有EEROM，且程序不大，应用程序可以直接存储在片内的程序存储器中不需要扩展，可以简化外部电路，INTEL的8051可以较好的满足该要求，且经济实惠。8051单片机包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各个部件相互独立为一体，集成在同一块芯片中。具有体积小，重量轻，价格便宜，耗电少，可靠性高，控制功能强等优点。2.3 系统检测部分的硬件选择传感器是一个十分重要的原件，因此对传感器的选择尤为重要，不仅要注意其量程和参数，还要注意到与其相配置的各种电路的设计的难易程度和设计的性价比等等。2.3.1 称重传感器
19、称重传感器是皮带秤力与电转换的核心部件，称重传感器按变换原理分类。主要有：电阻应变片式、差动变压器式、电容式、压磁式、压电式等，其中，电阻应变片式称重传感器有以下主要优点：(1)结构简单、体积小、密封性好(2)线性度和重复性好(3)频率响应快，能进行动态称重(4)长期稳定性好，工作可靠(5)和称重秤架联接简单、方便(6)综合误差小。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成
20、了将外力变换为电信号的过程。因此在目前使用的皮带秤中，绝大多数使用的是电阻应变片式称重传感器。本次采用的称重传感仪表是STC-250电阻应变式拉力传感器，其性能如下：最大输入信号30Mv；外壳为“S”型密封保护；非线性：0.03%FS；非重复性：0.01%FS；蠕变：0.02%；滞后误差：0.02%。2.3.2 测速传感器的选择皮带秤称重系统，主要是检测两个物现量，一个由称重传感器拾取重力信号，另一个检测皮带的线速度，然后将这两个量进行计算。可见，速度检测的准确程度直接影响到皮带秤的准确度。因此，测速传感器也是皮带秤称重系统中的一个重要环节。测速传感器主要分数字式和模拟式两种。当前国内外普遍使
21、用数字式测速传感器。过去使用的模拟式测速传感器来检测发电机输出电压的方式不再使用。在此不作讨论。数字式传感器以拾取速度信号的方式来讲，分接触式和非接触式。从测量原理上来讲又分：测脉冲频率式(测频式)和测脉冲周期式(测宽式)。从信号转换方式上可分为：磁电式和光电式。接触式测速传感器是目前最为流行的测速方式。基本方法是由一磨擦轮接触运输带，当远输带运动时，测速传感器的转轮依靠和运输带之间摩擦力转动，进行测速。这种测定方法则优点是结构简单易行。维修安装方便。在正常工作中能比较好地测得皮带运行速度。缺点是摩擦轮不能准确地反映皮带线速度。特别是在摩擦轮沾有泥灰时，增加了磨擦轮的直径，产生测速误差，或者，
22、当摩擦轮的支撑轴承生锈时，磨擦轮的转动阻力增大时，造成磨擦轮的线速度和运输带线速度之差增大，亦即产生“打滑”现象，也可以造成测速误差增大。我们设计的测速传感器采用的是霍尔传感器，即接近开关。应安装在动轮上。开停传感器计划采用采矿用机电设备开停传感器。开停传感器输出“开态”为皮带启动；输出“闭合”状态为皮带停止。皮带启动时，下位机接皮带的线速度参与运算；皮带停止时下位机按皮带的线速度为零计算。2.3.3 A/D转换器的选择ADC0809是8路8位ADC芯片，片内有8路模拟开关、地址锁存与译码、256电阻梯形网络、电子开关树、逐次逼近寄存器、比较器和3态输出锁存器等，特别适合与微机接口。图2.1
23、ADC0809的引脚分布8路模拟信号由ADC0809的IN0IN7端输入，8051的ALE端输出的脉冲信号送ADC0809的10脚作为ADC的时钟信号（若时钟频率偏高，其间可加分频器）。在A/D转换时，8051的P2.7（也可用其它引脚）发出片选信号，并由引脚37、38、39发出通道选择信号，分别送ADC0809的通道地址输入端A、B、C，选择要进行A/D变换的模拟通道，然后发出信号，经或非门送ADC0809的START和ALE端，A/D转换即被启动；A/D转换完成之后，从EOC端返回8051一个转换结束信号，单片机随即用信号将A/D转换的数字输出从D0D7端经P0口数据总线读入自己的存储器中
24、。A/D转换过程全部结束。2.3.4 变速调频设计变频调速原理： (2-1)式中：n异步电动机的转速；异步电动机的频率；s电动机转差率；p电动机极对数。由式(21)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。变频器主要采用交直交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，
25、且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。谐波抑制：变频器使用的突出问题就是谐波干扰，当变频器工作时，输出电流的谐波电流会对电源造成干扰。虽然各变频器厂家对变频器谐波的治理均采取了措施且基本达到国家标准要求，但谐波仍然是变频器选型和使用中最需要关注的问题。变频器的输出电压中含有除基波以外的其他谐波。较低次谐波通常对电机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足，故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。第三章 电子皮带秤承载器的设计3.1电子皮带秤工作原理皮带秤由以下几部分组成见图3.1。皮带秤的称重是物料在输送状态下利用称重传感器和
26、测速传感器把皮带上通过的物料重量与皮带速度转换成电信号。现场放大器对两组信号进行适当处理，输送给主控制计算机进行积算、调节、控制等。最后从显示器打印机上给出称重累计结果。这是利用现代控制原理完成皮带秤自动、连续累计称重的过程。变送器AVR控制器秤架称重传感器测速传感器显示仪表配料图3.1皮带秤的组成部分为了测得运动皮带上单位长度的瞬时流量，某一段距离的物料重量，或一段时间和一段距离的累积重量。这些量在理论上的计算，可用积分法这种数学模式来演算。积分法：输送机输送物料时，主控机连续测量皮带上每单位长度的载荷值q (kgm)并与皮带在同一时刻的速度v (ms)相乘，测得结果为物料的瞬时流量qv(k
27、gs)。因为物料输送的不均匀性和皮带速度随时间变化, 所以在T时间间隔的累计流量可以用以下积分式表示：（3-1）式中： W随时间间隔的物料累计量Kg或tT物料通过秤的时间s或hq(t)皮带单位长度上的物料重量Kg/mv(t)物料在皮带上的运行速度m/s 我们知道，皮带运输机在匀速传送物料的情况下，在时间T内总输送量为： (3-2)式中:q-单位长度皮带上的物料重量，kg/mV-皮带传送速度，m/sT-传送时间，s因为物料输送的不均匀性和皮带速度随时间变化, 所以在T时间间隔的累计流量可以用以下积分式表示： (3-3)式中：W-随时间间隔的物料累计量Kg或t T-物料通过秤的时间s或h q(t)
28、-皮带单位长度上的物料重量Kg/m v(t)-物料在皮带上的运行速度m/s 设作用于称重传感器的瞬时载荷量和皮带传送瞬时速度分别为P(t),V（t），则可得： 称重传感器瞬时输出电压 (3-4) 速度传感器输出的瞬时电压 (3-5)式中C、K常数 U称重传感器供桥电压值(伏)将两个电压值相乘，取其对时间T的积分，可得： (3-6) 可见，积分后得到一个正比于总输送量W的值A，因此A的大小就可以表示总输送量W。因为P(t)与V（t）的乘积与W（t）成正比，所以该乘积可表示瞬时输送量。由频率为1KHz 的振荡器向称重传感器供电，输出信号由放大器放大经整流后与测速传感器输出信号相乘，其结果经过放大后
29、送入A/D转换器，再通过译码电路通过I/O扩展电路，转化为CPU能够识别的二进制码，经过CPU处理，将数据输出到显示电路。另外，为提高系统的精度，必须定期地对每台秤进行去皮操作。因为皮带秤本身具有一定的重量，同时在系统运行中，又会有一些料附在皮带上。这样，压力传感器检测到的重量大于实际物料的重量，影响了测量的精度。去皮过程是这样的:关电振机，停止给皮带秤供料，并让皮带秤空走一会，让料下干净，这时，从压力传感器检测到的就是皮带秤的皮重，在以后的测量中必须把这个皮重考虑进去。还有一个重要的过程是标定。一台秤首次投入工作时，要先进行标定。标定的原因是压力传感器只能检测压力，也就是只能检测到料的重量，
30、而不能直接检测流量，但流量可以通过以下公式得出:流量 = 重量皮带速度即: (3-7)式中:Q-流量K-流量系数-皮重-皮带秤总负荷标定的目的就是要获得流量系数K。标定的原理是这样的，先假定一个流量系数(给定流量已确定)，运行稳定后，就得到一个稳定的显示流量。显示流量 = 净重假定流量系数 然后取三次物料，每次取二十秒，即可算出实测的流量:实测流量 = 物料重量/取料时间 实测流量 = 净重正确流量系数 显示流量/假定流量系数 = 净重 又由上式得:实测流量/正确流量系数 = 净重 故:显示流量/假定流量系数 = 实测流量/正确流量系数即: 正确流量系数 = 假定流量系数实测流量/显示流量 这
31、样即得到正确的流量系数K（2） 累加法在承载负荷的作用下，称重传感器的称重信号经放大电路后输送到模数转换器后送至累加器，而位移传感器输出地脉冲信号作为启动信号也送到累加器。累加器每接收到一个脉冲信号就进行一次累加，累加结果送至数码显示管。当物料在输送机上进行输送时，假设输送皮带运转特定一段距离L时，累加器称重物料的质量进行依次累加，记为m在给定的一段时间间隔中，皮带总共运行了m倍于L的距离，这样累加器就会有次的物料质量被累加，其累加质量记为Q。Q的累加公式即为： （3-8）由于累加过程实际上不存在误差，所以累加器的精度要比积分器高得多。并且它不能使用机械计数器，而采用数码显示器。在这里，选用累
32、加器进行该皮带秤积算器。3.2 有效称量段如图3.2示。图3.2( a)为单托辊式组电子皮带秤。在其工作时, 皮带输送方向为自左向右运行, 为了研究问题方便, 假设皮带上的物料层是均匀的, 当物料在输送托辊1的顶点A 左边时, 物料对称托辊3的作用力为0, 当物料随着皮带运行越过A 点时, 物料开始对称托辊3产生作用力, 并且随着皮带的运行, 对称重托辊的作用为越来越大, 到达称重托辊3的顶点B 时, 作用力达到最大值,而越过此点后, 对称重托辊的作用力开始减小, 到达输送托辊2的顶点C 时, 物料对称重托辊3的作用力减小到0, 在工作过程中, 输送机是连续不断地输送物料的。所以, 被测物料对
33、称重托辊的作用力值等于ACH 的面积, 由于皮带上被测物料对称重托辊的作用力是全部传递到称重框架上的, 所以, 物料对称重托辊的作用力也就是对称重杠架的作用力。若皮带上单位长度物料质量为q, 则被测物料对重框架的作用力为: （3-9）式中: Q-被测物料对称重框架的作用力,q-单位皮带长度上的物料质量;b-托辊组间距离。由式( 1)和图2( a)中可以看出ACH 的面积和矩形DEFG 的面积相等, 那么, 电子皮秤工作过程中被测物料对称重框架的作用力值可以用矩形DEFG的面积值等效替代, 贴着皮带的矩形边长EF的长度为b。我们把这段长度称为单托辊组式电子皮带秤的“有效称量段”，其长度值为有效称
34、量段长度。如此, 图3.2( b)所示为双托辊式电子皮带秤, 很容易看出, 其皮带上被测物料对称重框架的作用力值等于等腰梯形ACDH 的面积。同样可用矩形EFMN 的面积值等效替代, 即: （3-10)其有效称量段长度为2b。图3.2( c)为四托辊式电子皮带秤, 同样, 皮带上被测物料对称重框架的作用力值为矩形EFMN的面积,即: (3-11)其有效称量段长度为4b。图3.2 称重托棍与有效称量段综合上述, 可以看出, 电子皮带秤的有效称量段长度与其称重框架上所安装的托辊辊数成正比，即： （3-12）式中s有效称量段长度n称重托辊组数b托辊组间距离。当皮带秤的称重框架结构确定之后, 其工作时
35、的有效称量段长度也就随时之而确定了。虽然, 输送皮带的长度是依据物料所需输送的距离而设置的, 其长度为十几米到几百米甚至上千米不等。而对于一台电子皮带秤来讲, 其有效称量段%长度是一个确定值。必须指出, 有效称量段与称量段(或称重域)是不相同的。有效称量段是指称重托辊上方的那一段皮带长度, 而称量段不仅仅是指称重托辊上方的皮带长度, 而且将为了保证皮带秤的准确度和稳定性而需要调整的前3至5组输送托辊和后3至5组输送托辊上方的皮带长度也包括在内。实践证明, 随着有效称量段的延长, 采样长度也成倍增加, 电子皮带秤的称量准确度和稳定性明显提高。这是由于有效称量段越长, 称重框架上的称重托辊组数越多
36、, 皮带上不均匀载荷对称量准确度和稳定性的影响也就越小, 称量过程也就越稳定。3.2.1 秤架结构分析电子皮带秤的秤架是指其称重装置的负荷承载部分，简称为秤架。秤架装在皮带输送机上，它对皮带上通过的物料重量由称重传感器和测速传感器进行讯号转换。人们研制、设计了各种各样的秤架。几种典型秤架介绍如下：单托辊秤架，多托辊秤架，平行板簧秤架，悬臂式秤架，整机式秤架。电子皮带秤可以分为单托辊组式和多托辊组式, 前者具有结构简单, 安装尺寸小等优点, 但由于其有效称量段小, 物料输送时质量波动较大, 尤其输送大块物料时,称量准确度和稳定较差。因此, 适用于准确度要求不高称重管理系统; 多托辊组式电子皮带秤
37、由于其具有较长的有效称量段, 因此可获得较高的的称量准确度。即使对于不均匀输送的大块物料也能得到较精确的称量结果。为了进一步提高电子皮带秤的称理准确度和稳定性通常也是通过加长有效称量段, 选用2- 4组称托辊, 有的达6组以上, 但其结构复杂, 不易安装。3.2.2 不同秤架结构对比为了能够称量输送皮带上物料质量, 需要用承重框架把物料传递给荷重传感器, 并且要求它仅传递物料对皮带的垂直作用力, 而不使任何水平力传给传感器。目前常见的承重框架结构可分为单杠杆单托辊式, 双杠杆双托辊式, 双杠杆四托辊式和悬浮多托辊式。而其中杠杆式承重框架安其支撑方式主要有耳轴式和十字簧片式等。(1)单杠杆单托辊
38、式承重框架, 装有一只荷重传感器和一组称重托辊。有效称量段最短, 称量准确度和稳定性最低, 使用性能也较差。(2)双杠杆双托辊式承重框架,装有一只荷重传感器和两组称重托辊。虽然有效称量段比前者增加一倍,称量准确度和稳定性有效提高, 但其受皮带跑偏影响较大。(3)双杠杆四托辊式承重框架,装有两只荷重传感器, 两个杠杆为饺链联接,且每个杠杆上各装两组称重托辊,其有效称量段较长,受皮带跑偏影响小,准确度和稳定性也较高。(4)悬浮多托辊式承重框架,装有四只荷重传感器,所装称重托辊组数可为3组、4组、5组或6组,可视皮带输送机长度和准确度要求而完。由于其有效称量段长,受皮带跑偏影响小,是当前电子皮带秤中
39、灵敏度和准确度最高的一种结构形式,使用性能也较稳定。3.2.3 多托辊全悬浮秤架多托辊全悬浮式电子皮带秤的秤架包括固定架和浮动架，固定架包括：横向拉杆，传感器支架和槽架；浮动支架包括皮带，运行托辊，托辊支架和秤架。多托辊全悬浮式秤架具有结构简单，造价低且计量准确精度高，运行维护量小的特征，其结构优点主要有以下几个方面：1、 采用多托辊支架，其有效称量段长，可减小边缘效应误差；2、 采用全悬浮式秤架，能够消除支点误差。刚性好，位移小，对称性好；3、 称重传感器的传力杆连接部分采用了球母，迭垫，做到了传力准确，运行稳定；4、 偏载误差小，误差能够保持在允许的误差范围内；5、 秤架采用横向拉杆，双向
40、限位，确保传感器可以准确的称量；6、 称重传感器能够承载较多的物料重量，而承载较小的皮重。全悬浮式承重秤架装有4组称重托辊，采用4只称重传感器，无耳轴支点和运动部件，免维护，精度高,如图3.3所示。全悬浮式承重秤架具有以下特点：1、 高强度的矩形管，刚性好，自重小，不变形，稳定性好；2、 单元组件结构，现场安装方便，易于维护；3、 计量准确，偏载对计量精度的影响较小；4、 秤架安装在输送机的秤梁上。图3.3 全悬浮式称重秤架综上所述，因此，本设计采用全悬浮式多托辊承重框架，在满足课程设计的需要的同时，考虑到实际的应用场合条件，故采用四托辊的悬浮式承重框架。3.3 秤架的力学特性的分析计算皮带输
41、送机的最大流量是电子皮带秤选择荷重传感器型号和确定称重框架结构的重要的参数之一。也就是说，称重传感器的允许的称重范围和称重框架力学特性能够满足在皮带输送机输送最大流量时的正常工作。在实际工作中由于皮带上的物料很难保持均匀，因此对皮带造成的瞬时超载和跑偏是客观存在的，并且是不可忽视的客观因素。所以要求对电子皮带秤的承重框架进行力学特性的计算。当电子皮带秤在最大的流量上运行时，其单位长度上的物料对承重框架的作用力 (3-13)式中：单位皮带长度上的物料质量皮带输送机的最大流量皮带输送机倾角皮带运行速度超载系数，偏载系数，此时，有效称量段上物料对称重框架的作用力为 （3-14）式中：有效称量段上物料
42、对称重框架的重量单位皮带秤上的物料的最大重量有效称量段的长度称重托辊组间的距离称重托辊组数这里为8000t/h，为，取3m/s，取1.2，取1m，n取4，所以当皮带输送机达到最大流量时，称重框架受到最大载荷。此时，称重框架的变形最大，所以称重框架必须满足此时的强度与刚度要求。实践证明，在满足了刚度要求后，强度基本上没有问题，所以称重框架是以刚度为重要的设计依据的。虽然在实际的应用中，称重框架的结构不一定相同，所选用的称重传感器的型号，数量各不相同，但是在设计计算中常以简支梁的作为力学模型进行相关的计算。本设计中选用的是悬浮式四托辊时称重框架，为简化计算，可视为外伸梁，在其跨度内有两个集中载荷，
43、在外伸的两端各有一个集中载荷。对于跨度内两个集中载荷的简支梁，其挠度为 （3-15）当外伸梁两端各有一个集中载荷时，其挠度计算公式为 （3-16）根据叠加原理，悬浮式四托辊式称重框架的挠度为： (3-17)式（3-15）（3-16）（3-17）中：称重框架的最大挠度称重框架所受载荷载荷离支点的距离称重框架的跨度材料的弹性模量截面惯矩这里一般取在0.30.5mm，现在计算中取0.3mm，取，输入数据，计算得到查表可知，可以选择28a型号槽钢来作为承载器的材料。其基本尺寸为h=280mm,b=82mm,d=7.5mm,t=12.5mm,r1=6.2mm,横截面积为40.034cm2 ，理论重量为3
44、1.427kg/m。第四章 系统硬件设计4.1 皮带秤硬件系统组成图4.1 电子皮带秤硬件系统构成根据电子皮带秤的技术要求，采用以8051单片机为控制核心的系统结构，构成皮带秤控制器BWF。硬件部分主要有8051 单片机、A/D 转换器(ADC0809)、ROM、D/A 转换器(DAC0832)、键盘扫描电路、显示电路、传感器、放大电路、锁存器等组成。硬件系统组成粗略框架如图4.1 所示。皮带输送机投入运行前，输送皮带上物料流量的设定值由操作人员在键盘上设定。系统投入正常运行后，单片机采样皮带荷重信号(通过ADC0809转换)和走速信号(T法测速)，将皮带走速信号与皮带单位长度上的瞬时重量相乘
45、即可计算出皮带上物料的瞬间流量F(t)。瞬间流量可通过6 个七段数码管显示出来，为操作人员提供工艺数据参考。805l系统再将流量实际值与其设定值进行比较，经增量PID调节运算后计算出控制量Vi，通过DAC0832 转换为电流输出信号(420mA)，而后经放大去控制可控硅的导通角，实现调节滑差电机电磁离合器励磁电流的功能，从而调节执行机构滑差电机的转速，使输送皮带上的物料流量尽可能稳定在设定值附近，并具有良好的动态性能和静态性能。4.2 单片机选型及介绍基于本次设计的电子皮带秤，对于主控制芯片，应满足以下几种要求：1、 单片机的抗干扰能力。所选用的单片机应该具有在多种复杂环境下稳定工作，能够批量生产的性质。2、 开发工具应该具有通用性