IDM标准

IDM标准 篇1

任何计量设备特别是动态计量设备必须定期标定才能保证足够的计量精度, 在线称重标准仓是保障物料标定省时、省力、环保的理想设施, 是保障计量设备高精度运行不可或缺的措施。所以, 入窑生料粉、煤粉等要求计量精度较高的场合必须设计称重标准仓。而称重标准仓的计量精度和长期稳定性对保障入窑生料粉及煤粉的计量精度和稳定性起到至关重要的作用。IDM-C3型称重标准仓控制系统是采用美国Cygnal公司最新推出的带So C片上系统的C8051F芯片, 显示模块采用VFD高亮液晶显示屏, 显示内容丰富, 界面友好, 操作简单, 调试方便, 能够在线设置参数和上下限报警值, 掉电不丢失, 荷重信号采用脉冲信号进行传输, 具有温漂小、精度高、抗干扰能力强等显著特点。与DCS系统不仅可采取传统的电流信号和开关量信号进行通讯, 而且也可以采用Profibus-DP进行通讯。

1 组成及原理

IDM-C3型称重标准仓一般由称重仓、称重传感器、现场处理单元 (或现场接线盒) 、IDM-C3显示仪表等四部分组成。如图1所示。

传感器采用并联的方式连接, 输出毫伏的信号经过现场处理单元进行放大, 并将信号转换成脉冲信号送给IDM-C3显示仪表进行显示, 通过仪表可很方便地对称重仓进行标定, 并将标定参数写入内存EEPROM, 参数掉电不丢失。另外, 将仓重信号转换成标准的4-20m A电流信号给DCS系统, 同时, 通过串行口与DCS系统进行数字通讯 (PROFIBUS-DP) 。

2 传感器连接方式的选择

称重部分一般有三只或三只以上传感器组成, 也有采用单传感器。采用单传感器称重的前提是假定仓的重量均匀地分布在每一个传感器上, 那么用一个传感器称出的重量乘以3就是仓的重量, 但是在实际应用中由于偏载、安装的水平度等因素的影响, 单传感器称重方式会带来较大的测量误差, 因此只建议作为简单的料位计使用。多只传感器称重的方式是将称重仓完全托起, 它的连接方式一般有三种:串联方式、全并联方式及串并联混合方式, 如图2所示。

(1) 串联方式即各个传感器采用独立的供桥电源、输出采用串联连接的方式。设它们的桥臂分别为R1、R2、R3, 灵敏度分别为S1、S2、S3, 供桥电压分别为U1、U2、U3, 满量程均为F。则它们的载荷灵敏度分别为S1U1/F, S2U2/F, S3U3/F。为了保证正常的串联工作状态, 必须满足S1U1/F=S2U2/F=S3U3/F, 即S1U1=S2U2=S3U3。由此式可看出, 要使得电路能够正常工作, 要求每个传感器有相互独立的可调的供桥稳压电源, 否则将破坏电桥原有的关系, 这样设备成本提高、线路复杂。另外, 串联后增大了传感器的输出阻抗, 抗干扰能力差;同时, 误差叠加, 误差也增大。

(2) 全并联方式即各个传感器的输入端并联, 使用一个公共电源供桥, 输出也以并联的方式工作。如图2所示, 要保证并联的传感器能够正常工作, 它们的载荷灵敏度也必须相等, 由此我们可以推导出S1/R1=S2/R2=S3/R3必须相等, 显然要满足这个条件, 就要求每只传感器输出阻抗的平均偏差要小, 传感器系数的公差也不能太大 (一般要求在0.1%以内即可) , 否则, 当传感器受力不均匀时, 将产生称重误差。目前, 国内传感器技术也非常成熟, 选择参数相对一致的传感器也非常容易匹配。

(3) 串并联混合方式通常也是各个传感器使用独立的供桥电源, 但输出并联连接。它对传感器的要求相对较低, 但是对供电电源的要求同串联方式一样较为复杂, 目前实际应用中也很少采用。

根据以上分析, 我们采用传感器全并联的连接方式, 并且在每个传感器的输出端子与配接的称重显示器之间, 接入一个阻值相等的隔离电阻, 由于传感器的内阻是输出信号的函数, 串入隔离电阻能够减小因传感器输出阻抗不等或传感器系数不太一致时对传感器重输出的影响。

3 传感器的安装

传感器安装正确与否对称重标准仓的长期稳定性起到关键的作用。传感器的安装应注意以下几点:

(1) 传感器的安装如图3所示, 上盖板固定在称重仓上, 底板固定在支撑座上, 用紧固件拧紧或焊住。称重仓一般都在三十吨以上, 普通钢做的上盖板长期压在传感器上, 很容易在称重仓的上盖板上形成一个凸凹面, 这样, 传感器的受力方向将会发生微小的变化, 这种微小变化足以使称重仓的测量值发生较大的变化, 因此, 传感器的上盖板应采用特殊的耐压钢板做成。

(2) 传感器不能安装在有水平冲击力的场合。水平冲击力将使称重仓产生侧向移动, 零点会发生漂移。

(3) 要调整每个传感器盖板和底板的水平, 确保传感器的盖板在同一水平面上, 同时也要保证传感器的底板在同一水平面上。

(4) 通过焊接或紧固件将盖板和底板连接到容器和基础上, 焊接前应该将盖板和底板用金属网线连接, 并接地。同时也应将焊接设备和基础接地, 不然焊接电流将通过传感器, 使传感器损坏。

(5) 称重仓与输送管道之间的联接应采用布袋和膨胀节进行连接, 避免硬连接。

(6) 将现场处理单元安装在能方便地连接传感器电缆的地方, 应通过屏蔽电缆连接现场处理单元和仪表, 如图4所示。每个传感器与现场处理单元之间用四芯屏蔽电缆连接, 并要求穿管。现场处理单元与仪表之间的信号线也应采用屏蔽电缆进行连接, 条件允许时要求穿管。

4 IDM-C3型称重显示仪表及软件编程

IDM-C3型称重仪表采用精美的PC外壳, VFD液晶显示, CPU采用美国Cygnal公司C8051F系列片上系统单片机, 它是集成的混合信号片上系统SOC (System on chip) 具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器, 它有内置的64K字节FLASH存储器和256字节的内部RAM及2K字节XRAM, 除了具有标准8051的数字外设部件之外, 片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。它包括模拟多路选择器、128倍可编程增益放大器、8路12位ADC、二路12位DAC、电压比较器、内部电压基准、温度传感器、SMBus/I2C串行接口、一路标准的UART、SPI、可编程计数器/定时器阵列 (PCA) 、定时器、数字I/O端口、电源监视器、看门狗定时器 (WDT) 和时钟振荡器等。

软件采用目前较流行的单片机C语言 (keil C) 进行编程, 程序采用模块化结构设计, 如下所示:

主程序

5 抗干扰措施

众所周知, 外界磁场、电场、电荷等电量急速变化时就会产生电磁干扰, 如来自静电、雷电、大功率变频器以及广播、通讯、雷达等干扰。这些干扰源若不采取措施, 将会造成称重误差, 甚至会使称重信号严重失真。我们采取以下抗干扰措施:

(1) 传感器输出信号是毫伏电压信号, 在传输过程中易受到干扰, 我们采取将传感器信号在现场进行放大, 并转换成脉冲数字信号进行传输, 从而大大地提高了系统的抗干扰性。

(2) 对称重信号还采取了RC、LC等多种滤波技术。

(3) 信号电缆采用屏蔽电缆线, 并将屏蔽层单端接地。仪表机壳采用金属外壳, 对空间的磁场、电场进行屏蔽。

(4) 软件采用了数字滤波、指令冗余、软件陷阱、“看门狗”等技术。

6 结束语

IDM-C3型称重标准仓广泛应用水泥、化工、冶金等各个行业, 具有性能稳定, 调试方便, 抗干扰能力强等显著特点, 同时也是给无法实物标定的粉体定量系统的在线标定提供了良好的解决措施。它与其它国内外称重仪表相比更加适应于水泥厂的恶劣环境和操作习惯。

参考文献