1 控制系統(tǒng)結構

預拌站現(xiàn)場采用高速工業(yè)控制網絡，將各預拌站連接成可遠程控制的現(xiàn)場網絡，其具體結構如圖1所示。系統(tǒng)有配料員在取得相關授權情況下，對各個預拌混凝土站的配合比例進行操作與管理，遠程調度員進行遠程生產調度，層通過后臺管理系統(tǒng)進行相關生產情況的查詢和查看相關生產報表[2]。

該結構實現(xiàn)預拌混凝土各個站點的統(tǒng)管理和調度，杜絕操作錯誤，同時合理分配生產任務，使預攪拌站的生產能力達到大優(yōu)化。

系統(tǒng)采用心跳線實現(xiàn)同步與冗余，以保證各生產線能夠正常生產。該系統(tǒng)通過以太網，將預拌混凝土現(xiàn)場生產的各種控制數(shù)據(jù)、產品數(shù)據(jù)和運載數(shù)據(jù)等信息，與后臺MIS或其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，做到提高企業(yè)的管理水平。

2 控制器硬件設計

2.1 硬件總體結構

混凝土預攪拌站有其自身特點，在進行硬件設計時，需考慮控制器的抗干擾、抗振動和寬電壓啟動等。在抗干擾方面，采用隔離技術以屏蔽外界的強電場干擾；對各種原料的進料，采用誤差補償算法以提高計量精度；在進料沖擊力方面，采用抗震設計；在控制器電源方面，在寬輸入自動調節(jié)方式，以達到消除電源波動對控制器的影響。在數(shù)字量采集與驅動方面，使用光電隔離和繼電器隔離技術，將系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)隔離開來，同時采用的控制算法進行計量控制和時序控制[3]。

依據(jù)工藝流程及實際需求，控制器硬件原理框圖如圖2所示。

2.2 稱重測量與控制模塊

稱重測量的前端為稱重傳感器，其按放于料斗相應位置，經屏蔽信號線輸入到控制器進行處理 [4]。采集到的稱重信號，還必須符合配料比的要求。依據(jù)預拌混凝土的配比要求，控制器輸出不同頻率的開關信號來控制電磁振動給料機，以實現(xiàn)對給料速度的控制。對粉末料用螺旋給料機水泥給料；將控制信號經管D/A模塊轉換為模擬信號，然后經開關輸出電路輸出給變頻器，變頻器輸出不同的頻率信號來控制螺旋給料機，從而實現(xiàn)對粉狀物料的給料控制。對液體物料用變頻調速水泵，如水和液態(tài)添加劑等；控制器控制變頻調速水泵按給定量進料，從而提高計量控制精度。

2.3 電源模塊

采用兩路電源，分為主和備[5]。無論是主電源供電還是備用電源供電，其輸入的電壓經過變換后，轉換為兩組，組為3.3V電壓，主要供控制器的I/O口和外設使用；另組為2.5V，主要供控制器處理器內核使用。電源模塊電路原理如圖3所示。

2.4 Nand Flash模塊

S3C2410x的存儲器大為1GB，設計時選用Samsung的 K9F2808UOB芯片為控制器擴展64MB的Nand Flash存儲器，其接口原理如圖4所示。

在設計了存儲器之后，要專門為Nand Flash編寫接口程序，并為上層應用提高各種對存儲器的操作接口函數(shù)。

控制器還有很多具體的電路，因在嵌入式系統(tǒng)中，處理好電源和存儲器問題，就能為系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作奠定堅實的物質基礎。其他電路，在此不予以介紹。

3 控制器軟件體系

3.1 軟件抽象模型

按照嵌入式系統(tǒng)原理，控制器為典型的嵌入式系統(tǒng)，因此可以利用現(xiàn)有的層次化抽象模型，對控制器的軟件系統(tǒng)進行抽象。經過抽象分析，將控制器軟件系統(tǒng)劃分為如圖5所示的層次結構。

中間層BSP/HAL的作用主要是對控制器實現(xiàn)芯片級、CPU級和系統(tǒng)級的初始化，同時還對各種硬件接口提供驅動和為上層應用提供驅動程序編程接口；操作系統(tǒng)層主要RTOS內核和移植，以及RTOS為上層應用提供的內核功能的抽象編程接口；操作系統(tǒng)功能擴展層主要是為操作系統(tǒng)提供網絡、文件系統(tǒng)、GUI等；應用層主要控制程序和與后臺系統(tǒng)交互程序等。

控制器選用的RTOS為μC/OS-II，將其移植于所選處理器上，并對RTOS進行抽象和功能擴展。

3.2 主任務設計

依據(jù)層次結構和控制工藝要求，得到控制器主任務執(zhí)行順序為：硬件初始化、RTOS初始化、模塊監(jiān)測和啟動任務等，其中較為主要的多任務的啟動。主任務流程如圖6所示。

4技術措施

4.1 提高可靠性措施

先，控制器采用雙電源措施，以提高控制器抗沖擊電壓的能力，前面在設計電源模塊時，就已經考慮到這些問題。

其次，除整個控制系統(tǒng)接地外，對控制器單設計接地措施，使其接地電阻控制在1歐姆范圍內。

再次，控制器輸出控制信號給執(zhí)行機構時，為提高系統(tǒng)可靠性，采用阻容吸收；且在中間繼電器線包采用二極管吸收回路，各種信號線采用屏蔽線并單端接地。

后，在軟件上，采用模塊化程序設計思想，將控制器的風險予以逐步化解，使得整個軟件系統(tǒng)加可靠。

4.2 提高精度措施

提高控制精度采用以下措施為：在軟件上，對稱重傳感器采集到的稱重量進行算法補償，以降低測量結果的靜態(tài)非線性誤差和動態(tài)滯后誤差，達到精確計量；對粉末物料，要降低因重力產生的沖量對測量結果的影響，本系統(tǒng)采用變速給料予以實現(xiàn)。

5 結論

采用的嵌入式技術設計混凝土預攪拌站控制器，體現(xiàn)了ARM處理器的高可靠性、接口功能完善和低功耗等優(yōu)點，且彌補繼電器控制在可靠性方面的缺陷，同時，提高了系統(tǒng)的網絡連接能力，以便實現(xiàn)遠程控制與調度，因此，該控制器具有定的實用性。