摘要：本文介绍了预拌混凝土配料自动控制系统的硬件结构、工作原理及主要软件流程。硬件以8031单片机作为控制核心，采用闭环控制，实现对物料流量的自动控制。软件采用以偏差为控制目标的PI 算法。将物料的瞬时流量值与定时抽样化验后的给定物料值进行比较，输出调节量，去控制可控硅的导通角，达到改变激磁电压从而改变电磁调速电动机的转速，使物料流量稳定在给定值，达到物料配料自动控制的目的，该系统硬件配置少，投资小，特别适用在中小型搅拌站使用，有推广价值。
关键词：8031单片机 闭环控制 PI运算控制器 软件
1 前言
在预拌混凝土生产过程中，根据现场原材料的质量采用合理的配合比是影响预拌混凝土质量的关键一环。因此，国内好多搅拌站都采用计算机对预拌混凝土生产进行过程控制。本文介绍以8031单片机为核心的计算机配料系统，具有自动计量配料效果好，成本较低，操作方便等优点。这套系统在梅县梅雁建筑工程有限公司搅拌点使用一年多来，大大提高了预拌混凝土质量，受到了用户的好评，如果对硬件的传感器件和接口电路进行修正，再对软件适当变通，还可广泛用于水泥、化工、石油、玻璃及饲料等类似的配料生产。
2 物料的流量控制和计量原理
预拌混凝土的主要原料是按一定的比例混合的水泥、沙、石、粉煤炭等。为了保证预拌混凝土的质量，必须对出料的混凝土成分定时进行抽样检验，然后不断调整混凝土的配合比例。在皮带送料的连续生产中，有8031为核心的控制器对每种物料流量的控制框图如图1 所示。
从图中可知，8031为核心的微机控制器有二个输入信号：一是皮带下面荷重传感器输出的与皮带上物料重量成正比例的电压信号；二是由测速电机给出的反映送料皮带速度的信号。这两个瞬时量的乘积就是物料的瞬时流量：F（t）=P（t）·V（t）。而在时间T 内皮带输送物料流量的自动控制，采用如图2 所示的闭环控制系统。
当系统投入运行之后，8031定时采集荷重信号和速度信号。经运算得到的瞬时流量值再与由定时抽样检验后给定物料的值进行比较，然后采用以偏差为控制目标的PI运算，输出一个调节量，用以控制可控硅的导通角，从而改变激磁电压及电磁调速电动机（即滑差电机）的转速，使用使物料流量稳定在给定值，达到自动定量给料的目的。
3 8031微机控制器的硬件配置
以8031为核心的定量给料自动控制系统的硬件配置如图3所示。在结构上该控制器采用目前比较流行的功能模块小板结构。它主要包括主面板、接口板、调速板、电源板等四个部分。这四个部分的主要功能和结构概述如下。
（1）主机部分。
这部分是整个控制系统的核心。其任务是完成数据处理、运算、存储、控制及显示。其中8031是CPU，8KX8的EPROM2764是控制系统的程序存贮器。8031外部数据的存贮器选用2KX8 的静态RAM6116。扩展I/O接口电路8155 将前向、后向两个通道与8031相连。其中8155 的B口用来与前向通道连接，以采集模拟信号。A口用来与后向通道连接，输出物料的瞬时流量，同时也输出一个调节量。C口为控制口。8279把键盘、显示器与8031相连接，组成简单的人机通道，复位电路（包括自检测自恢复复位、上电复位、按键复位，电源电压监测复位），报警电路。当物料卡塞或控制器不正常时能产生声光报警。累积量由电磁计数器显示。
（2）接口板电路。
接口板电路包括前向通道，后向通道，抗干扰屏障。前向通道是从传感器获得的荷重信号的输入通道，也是给定流量和瞬时流量信号的输入通道。该通道由荷重传感器；信号滤波网络，高精度低漂移运放FC72、多路选一开关4051及ADC0804T等组成。后向通道有两路输出信号：一路是皮带秤瞬时产量的输出信号，是为需要皮带秤瞬时产量的外部控制系统而设计的，此信号也作为8031采样瞬时量的信号；另一路输出调节量，此调节量再经调速板去控制滑差电机的转速，以达到实际物料量逼近给定值的目的。后向通道主要由DAC0832，电流/电压变换电路a741，电压跟随器A741，电磁计数器驱动电路等组成。在强电干扰环境下，抗干扰屏障是微机实时控制系统能否可靠的关键问题。因此，在前向通道的A/D之后和后向通道的D/A 之前都设置了光电器件TL117。
（3）调速板。
调速秤产量的大小最终通过电机转速调整来完成。调速板的主要作用就是控制电机转速。这部分有两个功能模块：一是可控硅触发电路，二是电机速度信号提取电路。调速板的大致原理是：从后向通道输出的调节量和从测速发电机反馈过来的反映皮带速度的电压信号进行比较，比较后的输出信号去改变可控硅的导通角，从而改变激磁电压，实现对给料电机转速的控制。
（4）电源部分。
电源部分应该考虑的问题有二：①抑制来自电源的干扰；②荷重传感器的供电稳定性将直接影响到物料流量的控制精度。因此，在交流电源侧加入交流滤波C形铁芯的屏蔽变压器，以及稳压集成电路，同时对荷重传感器的供电采用7815 稳压后再加入WB718 二次稳压电路。
4 系统的软件设计
控制系统的软件采用模块化结构。将软件划分为若干个功能相对独立的模块。各模块分别调试成功之后，最后连接在一起总调。系统软件框图如图4。其中初始化时8031的定时器T为高中断优先级。8155置A口为输出，B口为输入，C口为输出，禁A、B口中断。8279的方式设置为外部译码键扫描方式，双键互销。
定时器中断和键中断框图分别如图5、图6 所示。
