0 引言
    磁力脫水槽是選礦廠對(duì)細(xì)粒嵌布鐵礦物較為有效的選別設(shè)備。廣泛應(yīng)用在磁鐵礦(或焙燒磁鐵礦)選礦工藝中。磁力脫水槽操作目前采用人工操作。崗位工人按著給礦量的變化，用取礦勺估測(cè)精礦層的深度和目測(cè)顏色的方法掌握礦層界面的位置，從而調(diào)整精礦排礦閥門(mén)(膠堆、閘門(mén))閥位的大小，以便相對(duì)保證精礦品位和金屬回收率的最佳值。在生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)正常狀態(tài)下各工序的礦漿量、濃度、品位相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，磁力脫水槽的選別指標(biāo)較好。而當(dāng)給礦量等指標(biāo)變化頻繁時(shí)，磁力脫水槽選別指標(biāo)則急劇惡化，進(jìn)而影響到選別作業(yè)給礦的穩(wěn)定。在這種狀態(tài)下，需要崗位工人不斷調(diào)整閥門(mén)操作以滿(mǎn)足鐵精礦品位和金屬回收率的要求。傳統(tǒng)的人工操作是崗位工人利用操作勺探測(cè)礦層深度和目測(cè)顏色的方法掌握礦層界面的位置，再憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)排礦閥門(mén)以控制界面在合適范圍之內(nèi)。若操作不能做到準(zhǔn)確及時(shí)，勢(shì)必造成金屬流失、精礦品位波動(dòng)。因此，磁力脫水槽生產(chǎn)指標(biāo)受人的因素影響較大。近年來(lái)選礦廠一直都在渴望一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)脫水槽進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。
    由于電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。微機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。采用微機(jī)控制的智能控制，以達(dá)到準(zhǔn)確、方便、快捷，還可以?xún)艋瘡U水和除去順磁性的粒狀雜質(zhì)，減少環(huán)境的污染。

1 控制方案的擬訂和控制系統(tǒng)的組成
    為了對(duì)濃度加以控制，必需對(duì)濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用傳感器檢測(cè)信號(hào)，把傳感器放入脫水槽內(nèi)部采集高斯量，檢測(cè)的信號(hào)為電壓，通過(guò)放大器進(jìn)行放大，通過(guò)滑動(dòng)電阻調(diào)節(jié)LM331的零點(diǎn)以使轉(zhuǎn)換器具有線性的要求。轉(zhuǎn)換器的選用可采用A／D也可采用V／F形式，由于精度關(guān)系和傳輸距離較遠(yuǎn)，所以我們采用V／F的轉(zhuǎn)換器。放大的信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換器后，由于現(xiàn)場(chǎng)有干擾，所以采用抗干擾技術(shù)，即通過(guò)光電耦合減少對(duì)系統(tǒng)的干擾。通過(guò)光耦后的信號(hào)，送入單片機(jī)的中斷口INT1。
    為了給人直觀的感覺(jué)，采用lcd顯示頻率，通過(guò)頻率的大小可以方便地知道濃度的大小，方便對(duì)脫水槽的控制，系統(tǒng)用4位顯示。最高可以測(cè)得10kHz的頻率，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的磁場(chǎng)濃度遠(yuǎn)小于這個(gè)濃度。由于每個(gè)脫水槽的濃度不是一定的，所以采用鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置，每個(gè)鍵代表不同的意義，把鍵盤(pán)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)存入E2PROM，把采集到的濃度與寫(xiě)入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)控制繼電器的工作，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)繼電器，一個(gè)為正轉(zhuǎn)另一個(gè)為反轉(zhuǎn)。控制由它們P1口控制光隔。為了在現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境下不出現(xiàn)程序跑飛，加入”看門(mén)狗”電路。
    在采用自動(dòng)控制的同時(shí)，考慮到系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)便于及時(shí)地控制脫水槽的工作，加入了手動(dòng)控制，這樣使控制更加靈活。
    控制系統(tǒng)的CPU采用ATMEL公司的AT89C2051，它是一種帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FlashROM)的低電壓、高性能COMS 8位微控制器，采用ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)，是一種高效的微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價(jià)的方案。濃度采集部分用的是SS490的霍爾傳感器，把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以識(shí)別的信息，選用LM331V／F轉(zhuǎn)換器，控制電機(jī)部分的繼電器用固態(tài)繼電器(SSR)，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件。

2 單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)
    為了能直觀地控制，采用LED顯示，而在要求設(shè)定中，采用鍵盤(pán)設(shè)置形式。
2．1 鍵盤(pán)及接口設(shè)計(jì)
    鍵盤(pán)是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備，操作人員可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通訊。
    為了提高CPU效率，可以采用中斷掃描工作方式，即只有在鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)才產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，并做相應(yīng)處理。中斷掃描工作方式的鍵盤(pán)接口如圖所示。該鍵盤(pán)直接由2051的P1口的高低字節(jié)構(gòu)成列式鍵盤(pán)。當(dāng)有鍵按下時(shí)，為低，向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，在中斷服務(wù)程序中除完成鍵識(shí)別、鍵功能處理外，仍須有清除鍵抖動(dòng)等功能。

    設(shè)計(jì)中用到的鍵盤(pán)設(shè)定只有四個(gè)，所以采用INT0中斷形式檢測(cè)是否有鍵按下，如有再查尋P1口的狀態(tài)檢測(cè)鍵值，按鍵作用為S1功能鍵，S2加值，S3減值，S4確認(rèn)鍵。
2．2 顯示及接口設(shè)計(jì)
    在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，鍵盤(pán)／顯示系統(tǒng)常用來(lái)監(jiān)視和分析鍵盤(pán)輸入的命令和數(shù)據(jù)以及顯示被控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。鍵盤(pán)／顯示系統(tǒng)是單片機(jī)不可缺少的部件，它常由硬件電路和軟件程序兩部分組成。LCD近年來(lái)越來(lái)越多地應(yīng)用在單片機(jī)控制的儀器儀表中，儀表顯示時(shí)良好的人機(jī)界面始終是人們的追求。本文磁力脫水槽的顯示部分采用EDM圖形LCD。采用128×64點(diǎn)陣式LCD。內(nèi)置8K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，LCD控制芯片為東芝公司生產(chǎn)的T6963C。它的總線可以直接適配MCS51總線。允許單片機(jī)隨時(shí)訪問(wèn)顯示緩沖區(qū)，甚至可以進(jìn)行位操作，直接控制某一點(diǎn)。同時(shí)這款液晶還有讀／寫(xiě)地址自動(dòng)加／減1的功能，為大量數(shù)據(jù)的傳送編程提供了方便，將需要顯示的圖片數(shù)據(jù)和程序直接存儲(chǔ)在里面，使得此電路功能實(shí)現(xiàn)十分簡(jiǎn)單。通過(guò)軟件編程可將各種控制參數(shù)顯示在液晶屏幕上，操作者可根據(jù)屏幕提示的信息進(jìn)行工作。
2．3 存儲(chǔ)器
   AT24WC16(以下稱(chēng)24C16)是一個(gè)16K位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含有2048個(gè)8位字節(jié)，CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗，24C16有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)緩沖器，該器件通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)保護(hù)。

    單片機(jī)AT89C2051作為主器件，它在I2C總線上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖、尋址信號(hào)、起停信號(hào)。24C16作為從器件。在串行E2PROM系統(tǒng)中，主、從器件都有兩種工作方式：發(fā)送器方式(發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上)或接收器方式(從總線上接收數(shù)據(jù))。工作方式的選取由主器件通過(guò)控制字節(jié)決定。數(shù)據(jù)發(fā)送前，主器件須發(fā)出起始信號(hào)。起始信號(hào)以SCL為高電平期間的SDA線的下降沿為標(biāo)志。在SCL低電平期間，發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)送到SDA線上。在緊接著的SCL又變?yōu)榈碗娖綖橹?。接著，再將下一位?shù)據(jù)送到SDA線上，這樣一位一位地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。每發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，須插入一個(gè)時(shí)鐘周期的附加位。發(fā)送器在此期間準(zhǔn)備接收應(yīng)答信號(hào)ACK。若接收器接收到8位數(shù)據(jù)后，則發(fā)出ACK信號(hào)，即在數(shù)據(jù)線上發(fā)出一個(gè)時(shí)鐘周期的低電平。如果發(fā)送器接收到了ACK信號(hào)則說(shuō)明上一次8位數(shù)據(jù)傳送正確，否則說(shuō)明該8位數(shù)據(jù)傳送失敗。
    所有數(shù)據(jù)傳送完畢后，主器件需發(fā)出結(jié)束信號(hào)。結(jié)束信號(hào)以SCL高電平期間的SDA線上的上升沿為標(biāo)志。

3 軟件設(shè)計(jì)
    首先對(duì)系統(tǒng)初始化，設(shè)置存儲(chǔ)器初值，中斷測(cè)頻，等待鍵盤(pán)上功能鍵按下，當(dāng)S1按下時(shí)進(jìn)入鍵盤(pán)程序，當(dāng)按下S1此時(shí)顯示P1再次按下則依次到P6，P1設(shè)置濃度基準(zhǔn)值，P2設(shè)置濃度下限，P3設(shè)置濃度上限，把測(cè)量的值與給定的值進(jìn)行比較控制P1．0、P1．1，P1．O為反轉(zhuǎn)控制，
P1．1為正轉(zhuǎn)控制。

3．1 系統(tǒng)流程
    系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮如下問(wèn)題：鍵盤(pán)掃描、鍵碼識(shí)別、鍵盤(pán)設(shè)置和頻率顯示；頻率值與設(shè)定值比較大??；控制兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。脫水槽控制程序由主程序和T0、T1和INT1中斷服務(wù)組成，分述如下：
    主程序包括89C2051本身的初始化，對(duì)E2PROM的校驗(yàn)，通過(guò)中斷測(cè)頻率，控制處理，等待鍵盤(pán)中斷，將操作結(jié)果存儲(chǔ)和顯示，使用16kB的24C16作存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)內(nèi)容有：設(shè)定頻率上下限值和基準(zhǔn)值、啟動(dòng)、停止時(shí)間和間隔時(shí)間，T0中斷服務(wù)程序和主程序如圖3、4所示。

    鍵盤(pán)掃描程序是當(dāng)有鍵按下時(shí)產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)進(jìn)入中斷鍵盤(pán)服務(wù)程序，判斷P1口的電平，P1口接上拉電阻，如果P1口有位變化，則有鍵按下。
    對(duì)存儲(chǔ)器寫(xiě)操作，首先單片機(jī)向24C16發(fā)一個(gè)START命令，產(chǎn)生開(kāi)始條件。然后發(fā)寫(xiě)命令控制字(如A2H)。當(dāng)24C16接到命令后，進(jìn)入一個(gè)寫(xiě)周期，再由單片機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)地址，即確定數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器的哪個(gè)地址，隨后，單片機(jī)將要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)送入到SDA數(shù)據(jù)線上。寫(xiě)周期結(jié)束時(shí)，單片機(jī)再發(fā)一停止位(STOP)。

4 結(jié)語(yǔ)
    通過(guò)AT89C2051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁力脫水槽的自動(dòng)控制。此方案有較強(qiáng)的可行性和實(shí)用性，完全能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工作要求，磁力脫水槽自動(dòng)控制裝置使精礦和尾礦層界面始終穩(wěn)定在一個(gè)恒定的范圍內(nèi)，穩(wěn)質(zhì)、降尾效果十分明顯，杜絕了磁力脫水槽“翻花跑黑”的現(xiàn)象。在取得良好經(jīng)濟(jì)效益，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。