崔瑾娟

（山西機電職業(yè)技術學院，山西長治046011）

飼料生產(chǎn)機械的管理控制系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，經(jīng)歷了各個發(fā)展時期（張力文等，2015）。從最初的模擬電路，到小規(guī)模集成電路，到單片機系統(tǒng)，再到現(xiàn)如今的結合PC 機、各種總線以及單片機的復雜控制系統(tǒng)（吳志剛等，2014；曹康，2014；房子敬等，2006）?，F(xiàn)如今的飼料生產(chǎn)機械的管理控制系統(tǒng)已經(jīng)可以稱為一個復雜的電子系統(tǒng)，并且其在實際應用中也取得了良好的效果（胡凱飛，2018； 曹康等，2014；張吉鹍等，2014）。

一般來說， 飼料生產(chǎn)機械的管理控制系統(tǒng)由三部分組成，即單片機控制系統(tǒng)、總線系統(tǒng)以及上位機系統(tǒng)。單片機是一種大規(guī)模的集成電路芯片，并且現(xiàn)在大多數(shù)廠商的單片機產(chǎn)品均帶有RAM、PROM 等存貯單元、多種I/O 接口和中斷系統(tǒng)；單片機經(jīng)過多年的發(fā)展，從最初的4 位，發(fā)展到現(xiàn)在百兆高速單片機，功能也有了極大的豐富，可以適應各種控制系統(tǒng)中的應用場景（王開宇，2018；黃啟鋒等，2016；楊昆，2016）。 總線系統(tǒng)是一種用來傳輸信息的系統(tǒng)， 其可以負責CPU 和單片機之間、單片機和其他電路或傳感器之間的信息傳輸，一般來說其具有體積小、可靠性高、與機械以及各種儀表結合性好的優(yōu)點 （周金芝等， 2016； 段云強，2016）。 上位機系統(tǒng)就是基于PC 機的控制系統(tǒng)，隨著半導體技術的發(fā)展，現(xiàn)在PC 機的功能和性能已經(jīng)得到了極大的增強，因此，基于PC 機二次開發(fā)的上位機控制系統(tǒng)， 可以方便的實現(xiàn)飼料生產(chǎn)機械管理控制系統(tǒng)的人機交互功能（游達章等，2015；石毅壯，2014）。

1 飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)概述

1.1 飼料生產(chǎn)過程簡述 一般來說，飼料的加工生產(chǎn)過程可以分為以下幾個部分，如圖1 所示。

首先，粉料從圖中的下料口（圖中101 處）送入，隨后被提升機提升至頂端，通過傳送帶，粉料被送至粉抖篩（圖中201 處）用以篩掉粉料中較大的顆粒，篩選完成后就被送至配料倉；接著篩選后的粒料被送至下料口后提升（圖中103 處），再經(jīng)過粒料篩（圖中105 處）和永磁體（圖中106 處），用以再次去除較大的顆粒和鐵削等雜質(zhì)， 隨后粒料經(jīng)過粉碎機被粉碎成粉末，并再次被送入配料倉；其次，各種經(jīng)過處理的粉料，按照一定的比例在混合機中 （圖中215 處） 進行充分的混合；最后，混合好后的飼料通過氣動三通（圖中301 處）開關來控制混合料流向，經(jīng)過下料倉（圖中302處）進行稱重打包等流程（ 何武林，2019；李軍國等，2013）。

1.2 控制系統(tǒng)簡述 一般控制系統(tǒng)都采用工業(yè)PC 計算機作為控制主機， 配以高分辨率的顯示器，采用多任務控制算法，將飼料加工全過程的每一個流程以及各種數(shù)據(jù)給予詳細的顯示。采用單片機以及各種電路的配合，來支持飼料加工過程中細粒度的控制。整個控制系統(tǒng)具有良好的人機交互界面，可以高效而科學地監(jiān)測和控制飼料加工系統(tǒng)的全流程。飼料加工控制系統(tǒng)主要有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。

1.2.1 硬件系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)采用雙秤以及各種傳感器進行數(shù)據(jù)的采集，并通過單片機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)與上位機的交互，采用同步電機來驅(qū)動放料門。該系統(tǒng)的主要作用是各種開關信號的度量，包括模擬信號的輸入、輸出以及各種接口卡信號的輸入、輸出，這樣可以保證主機穩(wěn)定與持續(xù)的運行，還可以通過光電隔離裝置與接口板相聯(lián)接。 同時為了減少輸出工程中的干擾，還可以采用固態(tài)繼電器來減少干擾（鄭海英，2018；楊強等，2018）。

1.2.2 軟件系統(tǒng) 在正常運行狀態(tài)下，軟件系統(tǒng)不僅要做到能夠?qū)崟r的反映現(xiàn)場的各種狀態(tài)，同時還要實現(xiàn)配料過程的實時監(jiān)控與測量，以及對粉碎機電流大小的控制與調(diào)節(jié)，同時要在屏幕上實時動態(tài)顯示各個監(jiān)測點的電流大小，以及對鍵盤的響應做出回應。 一般在實際使用當中，還需要設計三個定時器對時間進行有效的控制，為了實現(xiàn)測控過程中事件的同步，信號燈控制管理和事件管理控制是必不可少的 （曹康等， 2014；呂德臣等，2013）。

軟件系統(tǒng)流程如圖2 所示。 首先，以整個屏幕作為考量，對配方庫、原料庫、生產(chǎn)計劃等進行科學的編輯和管理；其次，粒料進倉電路和粒料進倉監(jiān)控電路同時運行，并且運用動態(tài)模擬的方式，來顯示該過程的工藝流程，例如動態(tài)更新粉碎機的電流信息；接著，粉料進倉電路系統(tǒng)和粉料進倉監(jiān)控電路同時運行，并且運用動態(tài)模擬的方式，來顯示該過程的工藝流程，例如對總電流量進行動態(tài)更新；最后，通過雙秤配料監(jiān)控程序、制粒監(jiān)控程序、 飼料生產(chǎn)管理模塊等的協(xié)同使用，使得各部分的管理和控制穩(wěn)步進行。

2 飼料生產(chǎn)控制硬件系統(tǒng)中單片機的應用

2.1 基于單片機的控制系統(tǒng) 飼料加工總的控制系統(tǒng)如圖3 所示。

單片機就位于下位機工作站當中，其主要有兩方面的功能。 一是重量傳感器收集到的信號，經(jīng)過A／D 轉(zhuǎn)換后，將信號輸送至單片機內(nèi)；這樣一方面，可以用數(shù)碼管來顯示該重量數(shù)據(jù)；另一方面，經(jīng)過單片機處理后的重量數(shù)據(jù)還需要輸送至工業(yè)PC 機中， 并且作為PC 機下發(fā)控制命令的根據(jù)。二是溫度傳感器可以探測出飼料中油脂的溫度， 該溫度數(shù)據(jù)同樣經(jīng)過A／D 轉(zhuǎn)換后被輸送至單片機中， 經(jīng)單片機處理后輸出控制信號，用以控制電路中的加熱模塊，以此來控制飼料中油脂的溫度。

在整個系統(tǒng)中， 工業(yè)PC 機也是非常重要的一部分，但這里不做詳細的介紹。

2.2 基于單片機的下位機工作站 下位機工作站主要由單片機組成， 主要用于數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸、顯示等。其具體過程如圖4 所示，這里采用MCS51 單片機作為示例，從以下幾個方面闡述單片機在下位機工作站中的應用。

2.2.1 供橋電源 供橋電源對傳感器起著至關重要的作用，故供橋電源的精度要求很高。為了保證系統(tǒng)的正常運行， 并且可以在一定程度上抵抗外界的干擾，供橋電源電路被設計成如圖5 所示。考慮到兩部分重量不能受到相互的影響， 所以還采用了兩個分開獨立的供橋電源電路。

2.2.2 雙通道重量檢測 雙通道重量檢測原理如圖6 所示，其中A 的重量用X1、Y1 檢測，B 的重量用X2、Y2 檢測， 誤差修正用X3、Y3 實現(xiàn)，公共通道通過X、Y 實現(xiàn)，通道選路通過A、B 實現(xiàn)。

2.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路將直接為單片機進行供電，這里以ICL7135 作為A/D 轉(zhuǎn)換芯片作為示例。 該芯片的各個引腳如下。 POL：極性輸出端。當輸入為正電平時，POL 極也會輸出正電平， 當輸入為負電平時，POL 極也會輸出負電平。OVERRANGE：過量程標志輸出端。當輸入信號的值大于轉(zhuǎn)換器的計數(shù)范圍即20000 時，OVERRANGE 輸出的為高電平。 RUN/HOLD：啟動A/D轉(zhuǎn)換。當該端口為高電平時，就會進行連續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換，當該端口為低電平時，在轉(zhuǎn)換結束后就保持轉(zhuǎn)換結果不改變， 并且在輸入一個大于300 納秒的正脈沖后，就會啟動7135 開始做另一次的轉(zhuǎn)換過程。B8、B4、B2、B1：BCD 碼數(shù)據(jù)輸出線。D5、D4、D3、D2、D1：BCD 碼的數(shù)據(jù)位輸出信號，可以用來進行萬、千、百、十、個位的選通。

2.2.4 ICL7135 與MCS-51 的接口 A/D 轉(zhuǎn)換結果， 在ICL7135 中是采用一種動態(tài)的狀態(tài)進行輸出的，這是通過74LS157 的4 位2 選1 開關來實現(xiàn)的； 當74LS157 中的SEL 端為低電平時，1Y、2Y、3Y 三個端口輸出的是1A、2A、3A 的信號；當SEL 為高電平時，1Y、2Y、3Y 三個端口輸出的為1B、2B、3B 信號。這也就使得MCS-51 的接口必須為平行接口。

2.2.5 通信電路 一般來說， 實際的飼料加工過程中必然會存在著干擾、 噪聲等一系列環(huán)境的變化， 并且國際上采用的上位機接口標準為RS-232C，以及RS-423A 電氣接口標準（RS-423A 是美國電氣工業(yè)協(xié)會公布的“非平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”標準）。 所以可以設計如圖7 所示的通信電路。

3 結論

從二十世紀九十年代開始， 單片機技術就已經(jīng)發(fā)展起來，隨著時代的進步與科技的發(fā)展，目前該技術的實踐應用日漸成熟， 單片機被廣泛應用于各個領域?，F(xiàn)如今，人們越來越重視單片機在智能電子技術方面的開發(fā)和應用， 單片機的發(fā)展進入到新的時期， 無論是自動測量還是智能儀表的實踐，都能看到單片機技術的身影。作為計算機技術中的一個分支， 單片機技術在各個產(chǎn)品領域的應用，既豐富了產(chǎn)品的功能，也為智能化設備的開發(fā)和應用提供了新的出路， 實現(xiàn)了智能化設備的創(chuàng)新與發(fā)展。在本課題中，單片機在飼料生產(chǎn)的監(jiān)測控制系統(tǒng)中起著重要的作用，對數(shù)據(jù)的傳輸、處理、分析至關重要。 主要有以下幾個方面的優(yōu)點。 一是精度高，運行可靠，配料靈活，操作方便，能滿足飼料加工的各種技術要求。 二是通過單片機的系統(tǒng)設計可以引入多方面的抗干擾技術和容錯技術，大大提高了可靠性。 三是基于單片機的飼料加工控制系統(tǒng)性能價格比高， 適應性強，利于推廣。

Application of single chip microcomputer control system in feed processing machinery

CUI Jinjuan
（Shanxi Institute of Mechanical&Electrical Engineering，Changzhi，Shanxi Province 046011，China）