余张国，李众立，李磊民，邹新杰

1  引言
在水泥回转窑的生料以及煤粉供给系统中，在高速公路的摊铺过程中都需要对物料的流量进行动态计量与控制。然而直接对运动着的物料进行流量检测和实时控制难度很大。本文阐述的基于研华ADAM5510控制器的减量秤系统能很好地解决动态计量与控制问题。该减量秤是一种性价比较高的实时计量与控制设备。
2  基本思路
设某容器不断地向外输出物料，在t1时刻含物料的容器总质量为M1，t2时刻它的总质量为M2，那么，在[t1，t2]期间，容器输出物料的质量为：M1－M2。若时间片[t1，t2]较小，则t2时刻物料的流量为：W=dM/dt≈(M1－M2)/(t1－t2)。在某时间区间[tx，ty]内，输出的物料总质量为：  。

减量秤由加料仓(或称缓冲仓)、计量仓、叶轮给料机、螺旋出料机等构成，如图1所示。螺旋出料机由电机驱动，电机转速高，输出的物料多；反之，输出的物料少。那么，调节流量通过对驱动电机调速就可以实现。当计量仓内的物料超过下限时，说明必须向其补充物料。叶轮给料机启动，使加料仓内的物料，输出给计量仓。加料仓在加料过程起缓冲作用。
为了提高动态计量精度，补充物料的时间控制在整个计量仓的物料输出总时间的10%以内。

图1  减量秤原理图

3  系统方案
减量秤被设计成面向RS485串行总线的现场设备，它能够与其它RS485现场设备一起挂接到RS485总线上。减量秤作为一个功能相对独立的控制器子系统对外透明，它提供命令字接口与其他设备进行交互。上位机或其他现场控制设备通过命令字对其进行监控。
3.1  ADAM5510及ADAM5000系列模块
ADAM5510是研华公司的可编程微控制器，内置80188 CPU、ROM-DOS操作系统、RAM以及Flash ROM等。ROM-DOS操作系统与MS-DOS兼容（不支持IBM PC的BIOS功能）。因此，ADAM5510可看作PC机的“压缩”版或“嵌入式”版。它可作为独立的、不依赖于上位机的控制器，也具备RS485或RS232通讯功能接口。ADAM5510有四个插槽，可以根据需要，插入不同功能的ADAM5000系列智能模块。ADAM5510是应用于分布式控制系统中比较理想的前级控制器。
ADAM5017是8通道模拟量输入模块。ADAM5068是8通道继电器模块。ADAM5024是4通道模拟量输出模块，可输出4～20mA的标准电流信号。ADAM4520是RS485与RS232协议转化模块。
3.2  控制系统硬件构成
控制系统由4只称重传感器，4路传感器输出信号放大、调理、隔离电路，ADAM5510(已插入ADAM5017、ADAM5024、ADAM5068等三个模块)，变频器，交流电机，继电器等构成，如图2所示。
两只称重传感器用于检测加料仓的料位。当加料仓的质量小于设定值，需要加料；当加料仓的质量大于某设定值，说明加料仓已经加满，停止加料。另两只传感器用于检测计量仓的质量，为后续计算流量提供依据。这4只传感器输出信号经过放大、调理、隔离电路后，成为0～1V的直流信号，分别输入到ADAM5017的4个通道。ADAM5510运行所载入的程序，使ADAM5024输出4～20mA的电流，控制变频器输出给电机的三相电源的频率，实现对电机的调速，达到调节流量的目的。ADAM5068控制变频器的上电、断电，叶轮给料机(为计量仓加料)的启、停，加料仓加料设备的启、停。

图2  减量秤系统构成图

3.3  软件设计
如前所述，上位机通过命令字对减量秤进行监控，ADAM5510对命令字进行识别、响应。ADAM5510与上位机的通讯，见参考文献[3]。
这里选用的命令字以及响应的格式为：[定界符][地址][命令][数据][回车符]。
命令字的定界符是大于号“>”，响应的定界符是小于号“<”。地址占两个字符。命令为26个英文大写字母，占一个字符。命令后为数据，数据以回车符结尾。回车符也是整个命令字完毕的标志。如字符串>00A999.456(cr)就是合法的命令字。
下面只列出几个重要命令字。其中，xx表示地址，nnnn.nn表示数据。

表1  命令字及其响应表

ADAM5510控制器的二次开发编程环境是Borland Turbo C++3.0，这使开发控制程序的周期大大缩短。ADAM5510开发工具中提供了诸如RS232/485通讯、存取ADAM5000系列模块等功能的C语言库函数，在程序中可调用这些函数。编译、链接生成可执行文件，对Autoexec.bat进行修改，然后连同其他必要文件一起下载到ADAM5510的Flash ROM中。上面已经对减量秤的原理以及硬件和软件接口作了阐述，如何编程实现也就比较清楚，不再赘述。
上位机程序既可用工业监控组态软件（如大庆三维公司的Forcecontrol 2.6力控组态软件），又可通过Visual Basic/C++等来实现。组态软件对工业控制中的一些共性问题，如图形人机界面、实时数据库、趋势曲线、报警、查询、报表等进行了“预处理”。因此，直接利用组态软件对共性问题“预处理”的成果，并针对具体通讯协议编写驱动程序，就可以实现组态软件对现场设备的监控。
4  结语
实践表明，本文中给出的减量秤的设计方法是可行的。该减量秤具备一定的柔性，硬件软件稍作修改就能满足不同生产现场。它已经成功应用于高速公路摊铺、水泥生产中。另外，多台减量秤协调配合就可组态为配料系统。