本文討論並設計了一種實用的分布式自動配料係統；該係統采用分布式控製技術，以一台上位機為主機，若幹台（最多可有64台）SPCE061A[3]係統為下位機組成主從式結構的分布式控製係統。該係統可以完成自動配料的自動控製，又可對配方設定，修改及生產數據的管理，存儲和報表打印，具有良好的人機界麵，也可由下位機單獨運行及進行配方設定和修改控製，具有控製準確簡單，運行可靠等優點。
一、係統結構及工作原理
在食品、化工、飼料行業都有配料工序，配料係統的好壞直接影響到工廠的生產效率。
以單片機為主體構成的分布式數據采集和控製係統，因為其電路結構簡單，工作可靠性高而被廣泛應用在工業控製中。目前廣泛使用的單片機產品都集成了串行通信接口，使用串行通信接口，通過RS485接口驅動芯片就可以構成總線型通信網絡，把多台單片機係統連接成一個分布式數據采集和控製係統[4]。但為了克服單片機的不足，引入了PC機，采用主從式結構模式，即PC機為主機，分布在現場的各個單片機係統為從機。
上位機安裝在主控室（辦公室）中，下位機安裝在生廠車間；下位機的數量根據生廠線數量來定，上下位機之間通過雙芯屏蔽線連接；每台下位機控製一條生產線的自動配料控製，通過鍵盤可輸入、修改配方及生產匹次，同時通過LCD顯示屏顯示生產狀態及配方序號。主機的主要任務是設定，修改配方並將配方及生產匹次等生產任務下傳給下位機，同時巡回與下位機通訊以獲取有關數據及上位機當前設定監控的生產線的生產狀態並在屏幕上顯示出來。定時處理、統計和保存各種原料的配料量等信息；在顯示器上以動畫形式模擬顯示生產工藝過程；實時顯示配料生產工藝過程中數據的趨勢曲線；根據需要隨時可打印出各種管理文件和報表。
二、硬件電路設計
單片機和配料控製器稱重儀表是以SPCE061A單片機[5]為核心的控製係統,主要由以下7大功能模塊構成:
(1)單片機主控模塊該模塊由SPCE061A單片機、AT24C256組成,主要完成配料控製的數據運算、處理和存儲任務；
(2)係統時鍾日曆模塊該模塊由數字時鍾日曆芯片DS1302組成，主要給係統提供時間、日曆以便配料數據存儲和故障記錄；
(3)稱重測量模塊該模塊主要包括料鬥稱重傳感器、稱重變送器、V/I變換電路等。料鬥稱重傳感器將料鬥及料鬥中的原料重量變換成毫伏級的模擬量信號,經信號放大器放大和V/I變換將電壓信號轉換成電流信號遠程傳輸至配料控製器的SPCE061A內部A/D轉換器,將V/I變換後的模擬量信號轉換成數字量信號,傳送至數據處理模塊；
(4)電磁振動給料機控製模塊該模塊主要由開關量輸出電路和可控矽功率驅動電路組成。根據配料控製需要,該模塊輸出不同的開關量信號改變電磁振動給料機振動頻率,從而實現原料的給料量控製。為了避免強電信號對弱電信號的幹擾,在該模塊中采取了光電隔離措施；
(5)螺旋給料機控製模塊該模塊主要由SPCE061A內部D/A轉換器、開關量輸出電路、變頻器組成。根據配料控製需要,該模塊通過變頻器、開關量輸出電路控製螺旋給料機的起停,通過變頻器、D/A轉換輸出控製螺旋給料機電動機的轉速,從而實現給料速度的控製；
(6)按鍵顯示模塊該模塊主要由按鍵接口電路和顯示接口電路組成。在按鍵顯示模塊中,按鍵主要由數字鍵和功能鍵組成:數字鍵主要用於單機運行時各種配方參數的設置；功能鍵主要用於選擇配料控製器的運行模式(單機運行、與上位機聯網運行)。顯示係統主要包括2部分:一部分是用LCD實時顯示稱量料鬥中物料的重量或設置參數；另一部分用8個發光二極管實時顯示控製器的各種工作狀態(如配料開始,通訊等)；
(7)通訊模塊為了實現與上位機的通訊,該模塊按照RS232標準和RS485標準設計:一個是通過MAX232芯片將單片機的TTL電平轉換成RS232接口電平,以滿足近距離通訊的要求；另一個是通過MAX487芯片將TTL電平轉換成RS485接口電平,這樣可以將由單片機作為控製核心的配料控製器掛接在RS485通訊網絡,以滿足遠距離通訊的要求；
三、係統軟件結構
1．上位機軟件結構及功能
本係統選擇VB6.0[6]作為上位機軟件平台,其可方便地編出界麵友好的應用程序,具有強大的數據庫功能,能很好地處理好配方數據,便於進行係統設置或配方改變,同時還能製作自定義ActiveX控件,實時顯示被控係統的運行情況和料鬥物料的重量,能很好滿足自動配料係統上位機應用軟件平台的要求。
主程序窗體主要由三大部分組成,即係統監控部分、配方管理部分和係統設置部分。采用Frame控件將各功能模塊分組。選擇某功能鍵,相應Frame的內容就會顯示出來。
(1)係統監控部分
在配料係統的監控部分做了大小料鬥兩種自定義控件進行顯示圖樣設計,利用圖形效果把整套配料係統的工作情況和配料控製係統的重量數據在屏幕上顯示出來,用戶可非常直觀地對下位機混合料鬥的工作情況進行監視,並可用對話方式進行設置和控製。數據采集由單片機完成。上位計算機與單片機之間用總線連成網絡結構,以問答方式進行數據通信。為更加形象地顯示和區分各料鬥的工作情況,用戶可根據情況和愛好設定它們各工作狀態的顏色。所有設定在關閉係統時會自動記錄在文件中。在這部分的通信模塊中,使用COM控件建立與串行端口的連接,通過串行端口連接到下位機通訊網絡,發出命令、交換數據、監視和響應串行連接中發生的事件和錯誤,並使用OnComm事件和CommEvent屬性檢查通訊事件和錯誤的值,使應用程序對這些情況作出相應的反應。
(2)配方管理部分
配方管理程序主要對係統配方進行編輯、管理、打印。本係統利用VB6.0的引用功能,引用MicrosoftActiveXDataobjects2.0Library,以編程形式和用ADO編程數據庫技術創建MicrosoftAccess數據庫文件,然後把配方數據加入數據庫文件中保存下來。利用VB6.0中的ADOData控件和MSHFLexGrid網格控件顯示配方數據庫文件,包括各成分的名稱、質量、百分比等。利用COM組件中的對象,在VB中直接訪問Excel數據,進行Excel預覽和報表打印。
(3)係統設置部分
係統設置功能主要有修改登錄密碼,修改通訊端口,顯示數據刷新設定,小閥切換時間和係統周期間隔設定等。
2．下位機軟件
SPCE061A單片機是16位單片機，編程語言可以是匯編或C語言。下位機的軟件包括主程序、子程序及各功能程序，采用模塊化的程序設計方法，可讀性強，便於維護升級。程序主要有以下幾個部分構成：
（1）係統初始化模塊：實現下位機地址讀取、與上位機的通訊初始化，係統時間讀取、配料閥複位等；
（2）係統自測試及故障處理模塊：係統發生故障、停電時關閉配料閥、停止工作做出故障狀態指示，自動配料狀態時向上位機發送故障信息；
（3）鍵盤、顯示模塊：實現下位機地址設置，手動操作時的係統時間修改和配方匹次輸入及當前配方、匹次顯示；
（4）自動配料模塊：根據配方、匹次等配方數據自動配料；讀取電子稱信號，根據電子稱信號來確定控製配料閥的開關狀態來完成各種料加入攪拌罐；
（5）時間日曆數據讀寫模塊：讀取時間、日曆以便配料數據存儲和故障記錄；
（6）數據存儲器數據讀、寫模塊：完成下位機地址、配方、匹次數據的讀、寫功能；
（7）通信模塊：實現下位機與上位機的配方、匹次、工作狀態、故障等數據傳送。
四、結束語
由淩陽公司的高性能16位SPCE061A構成的分布式自動配料控製係統通過RS485網絡將諸多分立的單片機配料控製器與上位工業稱重控製計算機連接起來,可以在工控機上通過監控軟件輕鬆地實現集中監控和配方等數據的管理,具有結構靈活、人機界麵好、集控製和管理於一體等優點。該係統采用分布式控製，下位機可單獨運行，上位機關機或死機不影響數據保存和正常的生產，上位機正常後數據可由下位機發出並保存到上位機上；係統的抗幹擾性方麵采取了多重措施：在通訊線路中加壓敏電阻和單片機與外部接口電路采用了光藕隔離防雷擊；數據通訊采用雙從應答方式和雙芯屏蔽通訊線，確保通訊可靠性；使用軟件陷阱保證係統能長時間正常運行等等。該分布式微機配料控製係統現已用於飼料生產中,實踐證明,該係統功能全麵,工作穩定可靠,性能價格比高,具有很高的實際應用價值。

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