基于ARM7的重介參數自動調節系統的設計

畢經超 ， 張 銳 ， 朱 亮 ， 劉 向

（1.山東華魯恒升化工股份有限公司 山東 德州 253024；2.河海大學能源與電氣學院，江蘇 南京 211100；3.中國華能集團瀾滄江水電開發有限公司，云南 昆明650214）

近年來，重介質旋流器選煤技術[1]在我國選煤工藝中得到廣泛應用，其中重介系統工藝參數的自動調節直接影響著選煤的質量，傳統方法在實際運行中暴露出諸多問題：穩定性差、控制精度低和實時性不好等。隨著自動化控制理論水平、計算機應用技術與通信技術不斷提高，人們對重介工藝參數的調節提出了更高的要求，因此實現重介工藝參數的自動調節對提高選煤產品質量，降低工人的勞動強度，改善工人的工作條件，避免事故的發生等方面具有十分重要的意義。

文中結合選煤廠的項目，分析了選煤工藝流程的特點，利用ARM7豐富的外圍模塊、強大的管理功能和同時支持多個CAN總線的操作等優良的性能[2]，設計開發了重介工藝參數自動調節系統。

1 系統總體結構的設計

基于ARM7的重介工藝參數的自動調節系統總體設計方案如圖1所示，由測控單元、顯示模塊、通信單元等組成，其中測控單元以LPC2119為核心，將現場采集的旋流器入選壓力、分流器執行器開度信號、電動加水閥門開度、電動補水閥門開度、合格介質密度、磁性物含量、合格介質桶液位、原煤入洗量等參數進行運算處理，采用PID控制算法，使合格介質密度控制穩定，并且精度高；人員可通過液晶屏用按鍵設定各參數值，在液晶模塊上能顯示各種故障信息，以便工作人員能在現場看到故障信息及時做出處理。同時通過CAN通信模塊將現場采集的信息傳給選煤廠集控室，可在集控室的大屏幕上實時顯示各種信息，人員也可在集控室對參數進行設置。

2 硬件電路的設計

2.1 重介參數采集模塊

圖1 系統總體設計方案Fig.1 Entire design scheme of system

重介參數采集系統[3]主要完成介質密度、磁性物含量、壓力、液位、閥門開度等參數的在線測量。密度檢測選用HSGK系列的專門用于重介洗煤的密度計，可以直接檢測原煤合格介質密度、煤泥合格介質桶密度。測量儀表將密度轉換為4～20 mA信號輸出，選用1%精度的電阻轉換成電壓，然后傳給LPC2119。

液位測量模塊，選用超聲波液位計，現場采集的合格介質桶和煤泥介質桶的液位。此電路接口簡單，使用方便，液位范圍滿足系統的要求。

2.2 顯示模塊

為實現友好的人機界面，采用液晶顯示屏LCD JM12864－10進行相應顯示。為配合LCD顯示需要，使用按鍵來實現系統中參數顯示以及修改等操作。LCD JM12864－10內嵌控制器T6963C，用戶只需熟悉T6963C控制器的數據、指令格式、顯示存儲器的劃分以及接口引腳功能定義，即可實現LCD的顯示功能。其液晶顯示電路如圖2所示。

圖2 液晶顯示電路Fig.2 LCD circuit

由于液晶工作于5 V電源，與LPC2119之間連接需要進行電平轉換，采用74ALVC16245來實現5 V到3.3 V轉換。T2電位器用于調節液晶的亮度。

2.3 通信模塊

LPC2119內部帶有CAN控制器[4]，不必外加CAN控制器來實現CAN總線的底層協議，只連接CAN總線驅動器即可實現CAN接口。CAN總線通信接口電路圖如圖3所示。

圖3 CAN通信接口電路Fig.3 CAN communication interface circuit

3 系統軟件設計

軟件部分主要詳細介紹重介工藝參數的控制方案的實現及控制流程圖[3]。

3.1 合格介質密度控制

通過密度計測量合格介質的密度，將測量值與設定值進行比較，通過比較結果，主控單元計算加水閥的動作時間，進而控制加水閥的動作；在系統運行過程中，人員可改變給定值，系統能自動的調節。合格介質密度控制流程圖如圖4所示。

3.2 合格介質粘度控制

隨著系統的運行，合格介質懸浮液中的煤泥含量會逐漸增加，當煤泥含量超過規定的范圍，將影響選煤效果、增加介質損耗、增大生產的控制難度，因此需要將弧形篩下合格介質自動多分流一部分去煤泥介質桶，經煤泥旋流器分選后進磁選機脫泥，以降低介質的粘度。本系統主要通過控制煤泥介質桶液位來實現對煤泥量的控制，合格介質粘度控制流程圖如圖5所示。

圖4 密度控制流程圖Fig.4 Flow chart of density control

圖5 黏度控制流程圖Fig.5 Flow chart of viscosity control

3.3 合格介質桶液位控制

合格介質桶的液位對保證洗選的產品質量很重要，在給料一定的條件下，若合格介質桶液位波動大，將會影響合格介質密度調整的穩定性，從而影響分選效果[6]。當液位偏低時，介質密度、旋流器入口壓力不易穩定；當液位偏高時，停車時介質桶會出現冒頂的危險。合格介質桶液位控制流程圖如圖6所示。

圖6 液位控制流程圖Fig.6 Flow chart of level control

4 實驗結果

實驗結果表明：采用ARM7嵌入式處理器LPC2119實現重介工藝參數自動調節系統的設計，不僅簡化了硬件電路的設計，而且提高了系統的性能。同時，結合現場總線CAN通信方式，有效的解決了傳統的主從通信方式通信速率低、傳輸大量數據時出錯率高、不能享用多主機技術帶來的各種優越性能等方面的不足。

5 結 論

需要注意的問題：由于系統運行在選煤廠的主廠房，其環境比較惡劣，CAN總線上必然存在著各種干擾信號，為使能有效、及時的與系統其他節點進行通信，并將得到的數據信息實時準確的發送到上位機以便進行后續分析診斷等工作。在硬件上，系統選用6N137高速光耦芯片，可以有效地破壞干擾源的進入，同時也解決了電平兼容的問題，其通信速率可高達10 Mbit/s，完全能滿足CAN總線通信的需要。并選用82C250收發器，提高系統的瞬間抗干擾能力，以實現總線上各節點間的電氣隔離。輸出端接120 Ω的電阻，用于遠距離傳輸阻抗匹配。

筆者創新點：設計了一種基于ARM7的重介參數自動調節系統，將ARM7的強大管理能力和CAN通信的優點結合起來，在軟/硬件設計中采用模塊化的結構，具有高度的靈活性和廣泛的應用性。

[1]張士聰，王波，王然風.成莊礦選煤廠重介密度監控系統的改造實踐[J].工礦自動化，2010（5）:12-14.ZHANG Shi-cong， WANG Bo， WANG Ran-feng.Reforming practice of monitoring and control system of heavy-media density in Chengzhuang Coal Preparation Plant[J].Industry and Mine Automation，2010（5）:12-14.

[2]周立功.ARM微控制器基礎與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

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[5]汪玉鳳，霍德鵬，崔穎，等.基于模糊PID控制器的重介密度自動調節系統[J].儀表技術與傳感器，2010（12）:83-85.WANG Yu-feng， HUO De-peng， CUI Ying， et al.Heavymedium density automatic control system based on Fuzzy PID[J].Instrument Technique and Sensor，2010（12）:83-85.

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