1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

預(yù)拌站現(xiàn)場采用高速工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，將各預(yù)拌站連接成可遠程控制的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)有配料員在取得相關(guān)授權(quán)情況下，對各個預(yù)拌混凝土站的配合比例進行操作與管理，遠程調(diào)度員進行遠程生產(chǎn)調(diào)度，層通過后臺管理系統(tǒng)進行相關(guān)生產(chǎn)情況的查詢和查看相關(guān)生產(chǎn)報表[2]。

該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)預(yù)拌混凝土各個站點的統(tǒng)管理和調(diào)度，杜絕操作錯誤，同時合理分配生產(chǎn)任務(wù)，使預(yù)攪拌站的生產(chǎn)能力達到大優(yōu)化。

系統(tǒng)采用心跳線實現(xiàn)同步與冗余，以保證各生產(chǎn)線能夠正常生產(chǎn)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)，將預(yù)拌混凝土現(xiàn)場生產(chǎn)的各種控制數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和運載數(shù)據(jù)等信息，與后臺MIS或其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，做到提高企業(yè)的管理水平。

2 控制器硬件設(shè)計

2.1 硬件總體結(jié)構(gòu)

混凝土預(yù)攪拌站有其自身特點，在進行硬件設(shè)計時，需考慮控制器的抗干擾、抗振動和寬電壓啟動等。在抗干擾方面，采用隔離技術(shù)以屏蔽外界的強電場干擾；對各種原料的進料，采用誤差補償算法以提高計量精度；在進料沖擊力方面，采用抗震設(shè)計；在控制器電源方面，在寬輸入自動調(diào)節(jié)方式，以達到消除電源波動對控制器的影響。在數(shù)字量采集與驅(qū)動方面，使用光電隔離和繼電器隔離技術(shù)，將系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)隔離開來，同時采用的控制算法進行計量控制和時序控制[3]。

依據(jù)工藝流程及實際需求，控制器硬件原理框圖如圖2所示。

2.2 稱重測量與控制模塊

稱重測量的前端為稱重傳感器，其按放于料斗相應(yīng)位置，經(jīng)屏蔽信號線輸入到控制器進行處理 [4]。采集到的稱重信號，還必須符合配料比的要求。依據(jù)預(yù)拌混凝土的配比要求，控制器輸出不同頻率的開關(guān)信號來控制電磁振動給料機，以實現(xiàn)對給料速度的控制。對粉末料用螺旋給料機水泥給料；將控制信號經(jīng)管D/A模塊轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后經(jīng)開關(guān)輸出電路輸出給變頻器，變頻器輸出不同的頻率信號來控制螺旋給料機，從而實現(xiàn)對粉狀物料的給料控制。對液體物料用變頻調(diào)速水泵，如水和液態(tài)添加劑等；控制器控制變頻調(diào)速水泵按給定量進料，從而提高計量控制精度。

2.3 電源模塊

采用兩路電源，分為主和備[5]。無論是主電源供電還是備用電源供電，其輸入的電壓經(jīng)過變換后，轉(zhuǎn)換為兩組，組為3.3V電壓，主要供控制器的I/O口和外設(shè)使用；另組為2.5V，主要供控制器處理器內(nèi)核使用。電源模塊電路原理如圖3所示。

2.4 Nand Flash模塊

S3C2410x的存儲器大為1GB，設(shè)計時選用Samsung的 K9F2808UOB芯片為控制器擴展64MB的Nand Flash存儲器，其接口原理如圖4所示。

在設(shè)計了存儲器之后，要專門為Nand Flash編寫接口程序，并為上層應(yīng)用提高各種對存儲器的操作接口函數(shù)。

控制器還有很多具體的電路，因在嵌入式系統(tǒng)中，處理好電源和存儲器問題，就能為系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作奠定堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。其他電路，在此不予以介紹。

3 控制器軟件體系

3.1 軟件抽象模型

按照嵌入式系統(tǒng)原理，控制器為典型的嵌入式系統(tǒng)，因此可以利用現(xiàn)有的層次化抽象模型，對控制器的軟件系統(tǒng)進行抽象。經(jīng)過抽象分析，將控制器軟件系統(tǒng)劃分為如圖5所示的層次結(jié)構(gòu)。

中間層BSP/HAL的作用主要是對控制器實現(xiàn)芯片級、CPU級和系統(tǒng)級的初始化，同時還對各種硬件接口提供驅(qū)動和為上層應(yīng)用提供驅(qū)動程序編程接口；操作系統(tǒng)層主要RTOS內(nèi)核和移植，以及RTOS為上層應(yīng)用提供的內(nèi)核功能的抽象編程接口；操作系統(tǒng)功能擴展層主要是為操作系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)、GUI等；應(yīng)用層主要控制程序和與后臺系統(tǒng)交互程序等。

控制器選用的RTOS為μC/OS-II，將其移植于所選處理器上，并對RTOS進行抽象和功能擴展。

3.2 主任務(wù)設(shè)計

依據(jù)層次結(jié)構(gòu)和控制工藝要求，得到控制器主任務(wù)執(zhí)行順序為：硬件初始化、RTOS初始化、模塊監(jiān)測和啟動任務(wù)等，其中較為主要的多任務(wù)的啟動。主任務(wù)流程如圖6所示。

4技術(shù)措施

4.1 提高可靠性措施

先，控制器采用雙電源措施，以提高控制器抗沖擊電壓的能力，前面在設(shè)計電源模塊時，就已經(jīng)考慮到這些問題。

其次，除整個控制系統(tǒng)接地外，對控制器單設(shè)計接地措施，使其接地電阻控制在1歐姆范圍內(nèi)。

再次，控制器輸出控制信號給執(zhí)行機構(gòu)時，為提高系統(tǒng)可靠性，采用阻容吸收；且在中間繼電器線包采用二極管吸收回路，各種信號線采用屏蔽線并單端接地。

后，在軟件上，采用模塊化程序設(shè)計思想，將控制器的風(fēng)險予以逐步化解，使得整個軟件系統(tǒng)加可靠。

4.2 提高精度措施

提高控制精度采用以下措施為：在軟件上，對稱重傳感器采集到的稱重量進行算法補償，以降低測量結(jié)果的靜態(tài)非線性誤差和動態(tài)滯后誤差，達到精確計量；對粉末物料，要降低因重力產(chǎn)生的沖量對測量結(jié)果的影響，本系統(tǒng)采用變速給料予以實現(xiàn)。

5 結(jié)論

采用的嵌入式技術(shù)設(shè)計混凝土預(yù)攪拌站控制器，體現(xiàn)了ARM處理器的高可靠性、接口功能完善和低功耗等優(yōu)點，且彌補繼電器控制在可靠性方面的缺陷，同時，提高了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接能力，以便實現(xiàn)遠程控制與調(diào)度，因此，該控制器具有定的實用性。