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摘 要 饲料生产在我国的工业发展过程中占有重要的地位，而配料工序又是重中之重，其配料精度直接影响着饲料产品的质量。随着现代电子技术的发展和电路集成度的大幅度提高，工业器件及芯片在功能及结构上均发生了很大 的变化，为研究高精度的自动控制系统提供了可能性。在对饲料生产工艺流程和称重过程进行深入分析的基础之上，结合实际，对系统进行了部分设计。硬件方面：据系统对精度等的要求选择了运行所需器件，尤其是传感器、A/D采集卡的选择；设计了传感器电源电路、信号处理电路，并对传感器的串并联进行了比较，此外还设计了驱动电动机等执行机构的电路；简要介绍了抗干扰措施及接地需注意的一些问题。
关键词 配料精度；传感器；采集卡
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)102-0169-03
针对饲料厂的生产现状，我们在原有饲料生产的控制过程中，研究适用的自动控制管理系统。该系统的实现，能为饲料加工行业提高质量水平节省大量的人力、物力，大幅度提高劳动生产率，并且是生产优质饲料的可靠保障。
1 系统总体方案设计
1.1 系统的总体结构
本系统采用工控机全控方式，即以工控机为核心，通过输入输出卡，通讯板卡等与传感器，中间继电器等相连，工控机程序控制中间继电器的动作，再由中间继电器的动作来控制控制电动机启停的的接触器以及各个阀门的电磁线圈等，完成投料、放料等各个生产环节，处理各项生产管理数据及远程联网等功能。系统框图如图1所示。
1.2 系统的工艺流程
主要工艺设备：①螺旋给料机—用于输送和分配原料；②电子配料秤—用于饲料称重；③电动闸门—用于控制进料；④料位器—用于检测控制筒仓里原料的料位；⑤混合机—用于把各种不同品质的饲料进行
混合。
系统工艺流程简介：
1-8号配料仓分别装有不同品质的8种原料（本文以8个料仓为例进行分析）；1-8号上面8个料位器分别用来检测1-8号配料仓中原料是否充足，如原料供给达到此位置，料位器给出信号，控制此料仓的卸料阀门关闭，停止卸料；9-16号下面8个料位器分别用来检测1-8号配料仓是否缺料，如原料供给达到此位置，料位器给出信号，控制此料仓的卸料阀门打开，开始卸料；1-8号螺旋给料机负责将各对应配料仓中的原料按配方分别送往电子配料秤；电子配料秤由称重传感器实时检测重量，所需各种原料达到重量后，控制电子配料秤开门机构闸门打开，据配方工艺原料完全进人混合机后，电子配料秤开门机构关上闸门；混合机电机启动混合饲料，据配方工工艺要求搅拌一定时间后混合机电机停止，混合机开门机构电机正转，打开混合机闸门，饲料送往下一工序。
2 系统的硬件设计
在进行具体电路设计之前，得根据系统及实际情况的要求，进行各个硬件器件的选型，具体包括：传感器、电动机、接触器、电磁阀和DIDO卡等的选型，使之符合生产的要求。
2.1 电源模块设计
本系统电路分为多个模块，而不同的模块对电源的电压、电源质量等要求都不一样。电源对于每个电路单元来说都十分重要，尤其在系统设计精度比较高时，整机的指标和电源的质量密切相关，因此设计性能优越并适合系统的电源电路是很有必要的。
对于数字电源和模拟电源，控制器采用从交流220 V经变压为较低电压后经过整流桥为直流，然后经三端正向稳压电源7812和7824后变成直流12 V和24 V电源。模拟电源和数字电源分别用不同变压绕组，两路电源互不干扰。由于模拟电源对电压纹波等指标要求较为严格，在设计模块地时需加入更为严格的滤波措施，模拟地需通过电感和担电容进一步减小纹波，见图3。
2.2 信号处理电路
2.2.1 负载传感器的联接
由于电子秤采用四个传感器来进行物料的称重，这就涉及到传感器是串联还是并联，现对两种联接方式介绍如下。
1）串联组合称重方式：每个传感器使用独立电源单独供电，而4个传感器的输出端串联连接。
对于型号规格相同的多个传感器来说如果激励电源电压U相同，而且输出电压敏度S也一致相等，那么这样，就可以保证传感器串联组合后总输出信号与秤体承载总重量W成正比。串联组合后，总的输出信号为各传感器输出信号之和∑U，总的输出阻抗为各感器输出阻抗之和。
2）并联组合称重方式：各个传感器输入端并联，使用一个公共电源供电，输出端也以并联的方式工作。
多传感器输出端并联组合后，多个传感器并联工作和一个传感器工作时的输出电压是相等的；总的输出信号为各传感器输出信号之和的
1/n；但并联后的输出电阻却减小为一个传感器的1/n。
多傳感器串、并联联接方式如图4。
3）随着我国仪表制造水平的提高，称重传感器并联组台输出电路得到日益广泛的应用，其诸多优点已经为人们所认同，并联组合输出电路已逐步取代串联组合输出电路。因此本设计采用并联组合输出电路。
2.2.2 模拟信号处理电路
选用的负载传感器输出电阻为350 Ω，由于采用4个传感器并联组合输出，故总输出电阻降为87.5 Ω，输出阻抗较大，输出信号会有衰减，故需阻抗匹配器来降低输出电阻，由于传感器输出信号比较微弱，需对模拟信号进行相应的放大才能为测量电路提供高精度的模拟输入信号，由于所选A/D卡无滤波功能，故还需在电路中加入滤波功能。各部分功能如下。
1）第一部分相当于一电压跟随器：其输出信号能跟随输入信号的变化；输入阻抗大，防止了传感器输入信号的衰减；输出阻抗小，有较强的负载能力。
2）中间部分完成了对信号的放大作用，其相当于一仪用放大器，采用3个运算放大器排成两级：一个由两运放组成的前置放大器，后面跟一个放大增益为1的差分放大器。前置放大器提供高输入阻抗、低噪声和增益。差分放大器抑制共模噪声。如图5。
2.2.3 数字信号处理电路
由于所选用的射频导纳开关输出信号可以为直流，最大为30 V，而选用的DI/DO卡输入信号电平范围为TTL～48 V，且内具有光电隔离电路，故无需设计光电隔离电路，直接把射频导纳开关输出直流信号与
DI/DO卡输入端相连即可。
2.2.4 驱动执行电路
因选用PS-002作为继电器和控制电动机的交流接触器的驱动。
所选电磁阀额定电压选择为DC24 V，消耗功率小于15 W，触点容量满足。
所选接触器已满足电机功率要求，只需在同系列中选择接触器电磁线圈的额定电压为220 V的即可，这样就可直接由PS-002的交流输出直接驱动。
因DO的输出可直接连接PS-002的电源接线端，而PS-002板两侧的接线端子排为继电器触点接线端子，与每个继电器相邻的两个接线端子为该继电器的一对触点端子。每对端子可直接控制电磁阀或驱动接触器以控制电动机。
由于送料用电动机只需正转打到送料的功能即可，而搅拌机需正转搅拌，翻转卸料，故应有两路信号来控制搅拌机，分别控制其正反转，且此两路信号应互斥，即应使两个接触器互锁，达到准确控制电机的功能，因此其控制电路如图8。
参考文献
[1]于海生.微型计算机控制技术[M].清华大学出版社,2006.
[2]周荷琴.微型计算机与原理接口技术(第三版)[M].中国科学技术大学出版社,2004.
[3]徐科军.传感器与检测技术[M].电子工业出版社,2008.
[4]邓则名.电气与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社,1997.
[5]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,2006.
[6]康华光.模拟电子技术基础[M].基础教育出版社,1998.
[7]黄鸿.传感器及其应用技术[M].北京理工大学出版社,2008.
[8]肖建.Delphi6编程基础[M].清华大学出版社,2002.
[9]周松辰.程序设计实战演练[M].人民邮电出版社,2006.
[10]梁冰.Delphi应用开发完全手册[M].人民邮电出版社,2006.
[11] D.Q.Mayne.J.B.Rawlings．Constrained Model Predictive Control:Stability and Optimality.Automatica.2000,36(4):789-814.
关键词 配料精度；传感器；采集卡
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)102-0169-03
针对饲料厂的生产现状，我们在原有饲料生产的控制过程中，研究适用的自动控制管理系统。该系统的实现，能为饲料加工行业提高质量水平节省大量的人力、物力，大幅度提高劳动生产率，并且是生产优质饲料的可靠保障。
1 系统总体方案设计
1.1 系统的总体结构
本系统采用工控机全控方式，即以工控机为核心，通过输入输出卡，通讯板卡等与传感器，中间继电器等相连，工控机程序控制中间继电器的动作，再由中间继电器的动作来控制控制电动机启停的的接触器以及各个阀门的电磁线圈等，完成投料、放料等各个生产环节，处理各项生产管理数据及远程联网等功能。系统框图如图1所示。
1.2 系统的工艺流程
主要工艺设备：①螺旋给料机—用于输送和分配原料；②电子配料秤—用于饲料称重；③电动闸门—用于控制进料；④料位器—用于检测控制筒仓里原料的料位；⑤混合机—用于把各种不同品质的饲料进行
混合。
系统工艺流程简介：
1-8号配料仓分别装有不同品质的8种原料（本文以8个料仓为例进行分析）；1-8号上面8个料位器分别用来检测1-8号配料仓中原料是否充足，如原料供给达到此位置，料位器给出信号，控制此料仓的卸料阀门关闭，停止卸料；9-16号下面8个料位器分别用来检测1-8号配料仓是否缺料，如原料供给达到此位置，料位器给出信号，控制此料仓的卸料阀门打开，开始卸料；1-8号螺旋给料机负责将各对应配料仓中的原料按配方分别送往电子配料秤；电子配料秤由称重传感器实时检测重量，所需各种原料达到重量后，控制电子配料秤开门机构闸门打开，据配方工艺原料完全进人混合机后，电子配料秤开门机构关上闸门；混合机电机启动混合饲料，据配方工工艺要求搅拌一定时间后混合机电机停止，混合机开门机构电机正转，打开混合机闸门，饲料送往下一工序。
2 系统的硬件设计
在进行具体电路设计之前，得根据系统及实际情况的要求，进行各个硬件器件的选型，具体包括：传感器、电动机、接触器、电磁阀和DIDO卡等的选型，使之符合生产的要求。
2.1 电源模块设计
本系统电路分为多个模块，而不同的模块对电源的电压、电源质量等要求都不一样。电源对于每个电路单元来说都十分重要，尤其在系统设计精度比较高时，整机的指标和电源的质量密切相关，因此设计性能优越并适合系统的电源电路是很有必要的。
对于数字电源和模拟电源，控制器采用从交流220 V经变压为较低电压后经过整流桥为直流，然后经三端正向稳压电源7812和7824后变成直流12 V和24 V电源。模拟电源和数字电源分别用不同变压绕组，两路电源互不干扰。由于模拟电源对电压纹波等指标要求较为严格，在设计模块地时需加入更为严格的滤波措施，模拟地需通过电感和担电容进一步减小纹波，见图3。
2.2 信号处理电路
2.2.1 负载传感器的联接
由于电子秤采用四个传感器来进行物料的称重，这就涉及到传感器是串联还是并联，现对两种联接方式介绍如下。
1）串联组合称重方式：每个传感器使用独立电源单独供电，而4个传感器的输出端串联连接。
对于型号规格相同的多个传感器来说如果激励电源电压U相同，而且输出电压敏度S也一致相等，那么这样，就可以保证传感器串联组合后总输出信号与秤体承载总重量W成正比。串联组合后，总的输出信号为各传感器输出信号之和∑U，总的输出阻抗为各感器输出阻抗之和。
2）并联组合称重方式：各个传感器输入端并联，使用一个公共电源供电，输出端也以并联的方式工作。
多传感器输出端并联组合后，多个传感器并联工作和一个传感器工作时的输出电压是相等的；总的输出信号为各传感器输出信号之和的
1/n；但并联后的输出电阻却减小为一个传感器的1/n。
多傳感器串、并联联接方式如图4。
3）随着我国仪表制造水平的提高，称重传感器并联组台输出电路得到日益广泛的应用，其诸多优点已经为人们所认同，并联组合输出电路已逐步取代串联组合输出电路。因此本设计采用并联组合输出电路。
2.2.2 模拟信号处理电路
选用的负载传感器输出电阻为350 Ω，由于采用4个传感器并联组合输出，故总输出电阻降为87.5 Ω，输出阻抗较大，输出信号会有衰减，故需阻抗匹配器来降低输出电阻，由于传感器输出信号比较微弱，需对模拟信号进行相应的放大才能为测量电路提供高精度的模拟输入信号，由于所选A/D卡无滤波功能，故还需在电路中加入滤波功能。各部分功能如下。
1）第一部分相当于一电压跟随器：其输出信号能跟随输入信号的变化；输入阻抗大，防止了传感器输入信号的衰减；输出阻抗小，有较强的负载能力。
2）中间部分完成了对信号的放大作用，其相当于一仪用放大器，采用3个运算放大器排成两级：一个由两运放组成的前置放大器，后面跟一个放大增益为1的差分放大器。前置放大器提供高输入阻抗、低噪声和增益。差分放大器抑制共模噪声。如图5。
2.2.3 数字信号处理电路
由于所选用的射频导纳开关输出信号可以为直流，最大为30 V，而选用的DI/DO卡输入信号电平范围为TTL～48 V，且内具有光电隔离电路，故无需设计光电隔离电路，直接把射频导纳开关输出直流信号与
DI/DO卡输入端相连即可。
2.2.4 驱动执行电路
因选用PS-002作为继电器和控制电动机的交流接触器的驱动。
所选电磁阀额定电压选择为DC24 V，消耗功率小于15 W，触点容量满足。
所选接触器已满足电机功率要求，只需在同系列中选择接触器电磁线圈的额定电压为220 V的即可，这样就可直接由PS-002的交流输出直接驱动。
因DO的输出可直接连接PS-002的电源接线端，而PS-002板两侧的接线端子排为继电器触点接线端子，与每个继电器相邻的两个接线端子为该继电器的一对触点端子。每对端子可直接控制电磁阀或驱动接触器以控制电动机。
由于送料用电动机只需正转打到送料的功能即可，而搅拌机需正转搅拌，翻转卸料，故应有两路信号来控制搅拌机，分别控制其正反转，且此两路信号应互斥，即应使两个接触器互锁，达到准确控制电机的功能，因此其控制电路如图8。
参考文献
[1]于海生.微型计算机控制技术[M].清华大学出版社,2006.
[2]周荷琴.微型计算机与原理接口技术(第三版)[M].中国科学技术大学出版社,2004.
[3]徐科军.传感器与检测技术[M].电子工业出版社,2008.
[4]邓则名.电气与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社,1997.
[5]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,2006.
[6]康华光.模拟电子技术基础[M].基础教育出版社,1998.
[7]黄鸿.传感器及其应用技术[M].北京理工大学出版社,2008.
[8]肖建.Delphi6编程基础[M].清华大学出版社,2002.
[9]周松辰.程序设计实战演练[M].人民邮电出版社,2006.
[10]梁冰.Delphi应用开发完全手册[M].人民邮电出版社,2006.
[11] D.Q.Mayne.J.B.Rawlings．Constrained Model Predictive Control:Stability and Optimality.Automatica.2000,36(4):789-814.