0引言

液體物料的運(yùn)輸是日常運(yùn)輸活動中的主要內(nèi)容之一，例如各種油料，液體酸、硫酸銅溶液等液體化工原料。當(dāng)前液體物料運(yùn)輸車的裝卸料操作主要是通過人工按一定的組合順序來控制闡門的打開和關(guān)閉，這種方式操作復(fù)雜、勞動強(qiáng)度大。對于油料運(yùn)輸車，除了裝，卸料外，往往還存在給其它車輛進(jìn)行加油的操作，需要對油量進(jìn)行計量。在一些易燃、易爆液料運(yùn)輸過程中，安全性差也是一個急需解決的問題。針對以上問題，本設(shè)計采用微控制器和智能傳感器組成控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了液體物料運(yùn)輸車卸料過程的白動控制和運(yùn)輸過程中的安全警報。

1系統(tǒng)原理

該卸料系統(tǒng)南嵌入式微控制器及相應(yīng)的控制軟件、油泵、氣動閥門F1～F5、閥門狀態(tài)檢測開關(guān)、流量計量裝置組成，其原理圖如圖l所示。



圖中，s1、s2、s3分別表示油罐中的壓力、溫度、液位的值(由相應(yīng)的傳感器測得)，閥門狀態(tài)由相應(yīng)的閥門狀態(tài)檢測開關(guān)K1～K5測得，控制裝置通過采集到的以上信息發(fā)出控制命令或報警信號，其中F1～F5為氣動閥門。通過油泵和氣動閥門的不同狀態(tài)組合可實現(xiàn)不同的功能，其功能和執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)組臺如表l所列。利用微處理器的程序，可對每一種功能編寫一個對應(yīng)的功能子程序，同時在操作面板上設(shè)置對應(yīng)功能的選擇按鍵。這樣，通過選擇不同功能按鍵組合來啟動卸料過程，就可以方便的控制對應(yīng)的操作。



在車輛行進(jìn)過程中，本控制系統(tǒng)可以自動監(jiān)測罐體的壓力與液體溫度。當(dāng)壓力或溫度超過某一個限度時，系統(tǒng)便會發(fā)出報警信號，提高運(yùn)輸?shù)陌踩浴１究刂破骺砂惭b在駕駛室內(nèi)。操作人員可在運(yùn)輸和裝卸易燃、易爆液料過程中，通過氣動方式來驅(qū)動閥門F1—F5，故可避免電火花啟動閥門帶來的危險，提高操作過程中的安全性。

2硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由主控制器電路、驅(qū)動電路、鍵盤與顯示電路組成。其電氣原理如圖2所示。



系統(tǒng)中的主控制器電路是整個智能控制器的核心。主控制器電路中包括微控制器、傳感器及相關(guān)外圍電路，井帶有8位數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線接口，其中地址譯碼器用于提供其它接口的地址譯碼信號。另外，該電路還包括模擬信號放大與濾波電路、A，D轉(zhuǎn)換接口，現(xiàn)場總線接口，以及與驅(qū)動板和鍵盤與顯示板的接口。驅(qū)動電路接受主控制器電路的控制信號，并經(jīng)過光電隔離與放大后，作為氣動閥門和油泵等(共8個)執(zhí)行元件的驅(qū)動信號。每個驅(qū)動信號的輸出端都有一個隔離的檢測電路。圖3所示是其檢測電路圖。



系統(tǒng)中的輸出檢測電路可用于監(jiān)測輸出控制命令是否正確發(fā)出。此外，5個閥門和油泵也各有一個隔離的狀態(tài)檢測開關(guān)，可用于監(jiān)測控制命令是否被正確執(zhí)行，以確保控制的可靠性。電路中的一個隔離Dc／Dc變換器用于向主控制電路、鍵盤與顯示電路提供工作電源。鍵盤與顯示電路包括16個操作按鍵、8個IJED狀態(tài)顯示燈和7個LED數(shù)碼管。其中8個顯示燈用于顯示閥門和泵的狀態(tài)，以及控制器的運(yùn)行狀態(tài)和電源狀態(tài)等；7個數(shù)碼管平時用于顯示油罐溫度和壓力，同時可在裝油、卸油、加油過程中顯示剩余油量和加油數(shù)量。如果出現(xiàn)故障，該電路還可以顯示故障信息。并可通過功能按鈕與數(shù)字鍵的組合選擇工作流程。

3有限狀態(tài)自動機(jī)原理的軟件設(shè)計

有限狀態(tài)自動機(jī)是一種具有離散輸入、輸出狀態(tài)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述模型，它可用一個五元組(M=_x，s．Y，8，λ])來描述系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，而狀態(tài)的轉(zhuǎn)移關(guān)系則可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來描述。本系統(tǒng)的控制過程由有限個功能子程序構(gòu)成，這些功能子程序之間的轉(zhuǎn)移條件是有限的，而且系統(tǒng)在任一時刻總是處于某一確定的狀態(tài)上。所以，本系統(tǒng)具有狀態(tài)機(jī)的特征，可以用有限狀態(tài)機(jī)理論來描述。控制軟件可使用匯編語言編寫，包括初始化于程序、自檢子程序、出錯處理子程序、AID轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤中斷服務(wù)子程序、回收子程序、裝油子程序、自流卸油子程序、油泵卸油子程序、泵站卸油子程序和顯示子程序等多種功能子程序，可分別用狀態(tài)q1_m(m=0…10)表示；轉(zhuǎn)移條件x1_n (n=0…6)由l位當(dāng)前程序的執(zhí)行結(jié)果狀態(tài)編碼和8位操作按鍵編碼兩部分構(gòu)成，其中程序執(zhí)行結(jié)果正確時，代碼為1，錯誤時則為0；同時操作按鍵按下為1，否則為0(如x1_0應(yīng)為010000000，xl_1為110000000)。D8～DO分別代表程序執(zhí)行狀態(tài)、啟動、停止、裝油、卸油、泵站、0按鍵、1按鍵、2按鍵。其主程序的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示。



依據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系和轉(zhuǎn)移條件可以把一個非常復(fù)雜的程序，就變成一個依據(jù)條件編碼內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)移的多分支的結(jié)構(gòu)，并很容易的用匯編語言或C語言來實現(xiàn)，實現(xiàn)時可分別采用JMP＠A+DP-TR指令和switch-case語句來具體完成。其匯編程序的主要代碼如下：



下面對部分功能子程序進(jìn)行簡要說明：

（1）自流卸油子程序

通過“卸油”和“0”兩按鈕可選擇該功能。按下啟動按鈕，再按F3、F4順序開啟閥門，油罐中的油就可利用自身壓力流出。按下停止按鈕時，可按相反順序關(guān)閉F4、F3，此時系統(tǒng)會同時給出提示信號。

（2）油泵卸油子程序

通過“卸油”和按鈕“l(fā)”可選擇油泵卸油子程序。操作時可先用數(shù)字鍵輸入卸油量，然后按啟動按鈕，再按照開啟F1、F5、啟動油泵的順序開始卸油。達(dá)到設(shè)定的卸油量或按下停止按鈕時，可按相反的順序關(guān)閉油泵、F5和F1，并給出提示信號。如輸入錯誤，可按停止鍵，然后重新輸入。

（3）泵站卸油子程序

通過“泵站”和按鈕“l(fā)”可選擇該功能。可先用數(shù)字鍵輸入卸油量，然后按啟動按鈕，再按開啟F2、F5、啟動油泵的順序啟動泵站工作。達(dá)到設(shè)定的卸油量或按下停止按鈕時，再按相反的順序關(guān)閉油泵、F5和F2，同時給出提示信號。如輸人錯誤，可按停止鍵并重新輸人。

4結(jié)束語

通過本控制系統(tǒng)，可將當(dāng)前液體物料運(yùn)輸車卸料過程按特定的順序開啟卸料泵和卸料閥門的復(fù)雜手動操作轉(zhuǎn)變?yōu)槔每刂破髯詣影搭A(yù)定程序啟動卸料泵和閥門的自動操作。這種控制器不僅可以降低卸料操作的復(fù)雜性和勞動強(qiáng)度、提高效率，而且可以提高卸料和運(yùn)輸過程的安全性。目前，本控制系統(tǒng)已成功申請專利