در صنایع فولاد، کنترل دقیق نرخ انتقال مواد اولیه مانند گندله‌ها نقش بسیار مهمی در پایداری فرآیند تولید دارد. در این خطوط، سیستم‌های توزین داینامیک وظیفه دارند میزان مواد عبوری روی نوار نقاله را به صورت لحظه‌ای اندازه‌گیری کرده و متناسب با مقدار هدف، سرعت انتقال و نرخ تغذیه را کنترل کنند.

در این پروژه، هدف طراحی و توسعه یک سیستم توزین داینامیک صنعتی بود که بتواند جایگزین نمونه‌های آلمانی قدیمی مورد استفاده در کارخانه شود؛ محصولاتی که به دلیل توقف تولید و دشواری واردات، از دسترس صنایع داخلی خارج شده بودند.

کارفرما نیاز داشت دستگاه جدید علاوه بر سازگاری کامل با زیرساخت‌های صنعتی موجود، از نظر رابط کاربری، ساختار عملکرد و پروتکل‌های ارتباطی نیز مشابه نمونه آلمانی عمل کند و قابلیت ارتباط مستقیم با PLCهای Siemens را داشته باشد.
‌

 عملکرد سیستم 

این سیستم وظیفه اندازه‌گیری وزن گندله‌های در حال حرکت روی نوار نقاله را به صورت داینامیک و با دقت کمتر از 2٪ بر عهده دارد. بر اساس داده‌های دریافتی از لودسل‌ها و سنسور سرعت نوار نقاله، دستگاه نرخ عبور مواد را محاسبه کرده و بر اساس مقدار تنظیم‌شده توسط اپراتور — مانند کیلوگرم بر ساعت یا تن بر ساعت — فرآیند تغذیه خط را کنترل می‌کند.

کنترل سرعت و نرخ خروجی مواد از طریق مدیریت موتورهای متصل به نوار نقاله و کنترل فیدر اولیه انجام می‌شود تا حجم خروجی مواد با دقت بالا تنظیم گردد.
‌

 معماری سخت‌افزار و پردازش 

هسته اصلی سیستم مبتنی بر میکروکنترلر STM32H743 طراحی شد که وظیفه مدیریت رابط کاربری، پردازش داده‌ها، کنترل ارتباطات صنعتی و هماهنگی میان بخش‌های مختلف سیستم را بر عهده دارد.

به منظور اجرای روان رابط کاربری گرافیکی، از حافظه خارجی SDRAM و حافظه NOR Flash استفاده شد تا تصاویر و منابع گرافیکی رابط کاربری بدون افت عملکرد اجرا شوند.

رابط کاربری سیستم نیز با استفاده از  TouchGFX  توسعه داده شد و ساختار پردازش همزمان وظایف توسط FreeRTOS  مدیریت گردید.

‌

 سیستم توزین و پردازش داده‌ها 

برای خوانش دقیق وزن، یک کارت اختصاصی جهت دریافت همزمان داده‌های دو لودسل طراحی شد. این کارت دارای میکروکنترلر مستقل بوده و عملیات زیر را انجام می‌دهد:

• نمونه‌برداری همزمان از دو لودسل
• پردازش و فیلتر داده‌ها
• اعمال الگوریتم‌های میانگین‌گیری و حذف نویز
• ارسال داده‌های پردازش‌شده به کنترلر مرکزی

رزولوشن سیستم اندازه‌گیری 16 بیت در نظر گرفته شد تا دقت مورد نیاز در شرایط صنعتی تأمین گردد.

‌

 کنترل موتور و اندازه‌گیری سرعت 

کنترل موتورهای متصل به نوار نقاله از طریق پروتکل صنعتی Modbus و ارتباط با درایورهای موتور انجام شد.

همچنین برای اندازه‌گیری سرعت حرکت نوار نقاله، از سنسورهای صنعتی NAMUR استفاده شد تا اطلاعات سرعت به صورت دقیق و پایدار در اختیار سیستم کنترل قرار گیرد.

‌‌

 ارتباطات صنعتی 

یکی از مهم‌ترین بخش‌های پروژه، سازگاری کامل سیستم با شبکه‌های صنعتی موجود کارخانه بود. برای این منظور، کارت‌های مجزایی جهت ارتباط با پروتکل‌های صنعتی طراحی شد که هر کدام دارای میکروکنترلر مستقل بودند و از طریق UART با کنترلر اصلی در ارتباط قرار می‌گرفتند.

پروتکل‌های پشتیبانی‌شده شامل:

• Profinet
• Profibus
• Modbus
• RS232 مبتنی بر MAX232
• RS485 مبتنی بر MAX488

همچنین جهت ذخیره تنظیمات و پارامترهای سیستم، حافظه EEPROM نیز در طراحی لحاظ شد.

‌

 نتیجه نهایی پروژه 

در پایان پروژه، یک سیستم توزین داینامیک صنعتی با قابلیت جایگزینی کامل نمونه‌های خارجی توسعه داده شده که توانایی عملکرد پایدار در محیط صنعتی، ارتباط با PLCهای زیمنس، کنترل دقیق نرخ انتقال مواد و اجرای رابط کاربری پیشرفته را دارا خواهد بود.

این پروژه نمونه‌ای از طراحی سیستم‌های Embedded صنعتی High-Performance با تمرکز بر Real-Time Processing، ارتباطات صنعتی و کنترل دقیق فرآیند در صنایع سنگین محسوب می‌شود.