CN104460639A - 一种数字化集中供料控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种数字化集中供料控制系统，其包含中央控制子系统，单元控制子系统和数据传输子系统；其中，所述中央控制子系统包含中央控制主机；所述单元控制子系统包含多个单元控制板，多个单元控制板完成各个机台设备的开关控制与工作状态查询工作，多个单元控制板均连接在RS-485总线上，并和中央控制主机保持通讯；所述单元控制板由一8位微处理器进行控制、管理和通讯，每个单元控制板拥有一个唯一的识别码或地址；其中，所述数据传输子系统采用RS-485串行总线实现，总线的访问采用主从式的访问控制方法。

Description

一种数字化集中供料控制系统

技术领域

本发明涉及一种现场控制系统，具体用于注塑工艺相关生产线的集中供料控制。

背景技术

对于包含注塑机的注塑工艺的生产线，以及其他包含连续供料结构的生产线来说，其供料过程是非常重要的；随着工艺水平的提高，生产线上的设备也越来越多，因此其供料过程的控制越发重要；传统供料过程控制是分散的，都是由各个数控机械或者相关阀门进行分散的分别处理，人们无法可靠集中的得知供料状态以及相关设备的运行状态，智能化数字化程度非常低。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种数字化集中供料控制系统，其能够全自动的进行供料集中控制。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种数字化集中供料控制系统，包含中央控制子系统，单元控制子系统和数据传输子系统；

其中，所述中央控制子系统采用通用工业控制计算机和运行于其上的软件实现，包含中央控制主机；

其中，所述单元控制子系统包含多个单元控制板，多个单元控制板完成各个机台设备的开关控制与工作状态查询工作，多个单元控制板均连接在RS-485总线上，并和中央控制主机保持通讯；所述单元控制板由一8位微处理器进行控制、管理和通讯，每个单元控制板拥有一个唯一的识别码或地址；单元控制板在得到中央控制主机发来的控制命令后，会驱动相应的开关元件控制不同设备的开启或关闭；同样，单元控制板在得到中央控制主机发来的查询命令后，亦会向中央控制台汇报当前的设备运行状态以及报警信息；

其中，所述数据传输子系统采用RS-485串行总线实现，总线的访问采用主从式的访问控制方法。

进一步的是：所述单元控制子系统用于实现一组单元设备的监控、关键的局部控制逻辑；

所述一组单元设备是由若干台设备组成的逻辑工作单元，该逻辑工作单元包含注塑辅机工作单元和中央供料工作单元；注塑辅机工作单元包括机械式吸料器、干燥机、模具调温机、工业冷水机、机边粉碎机和混合比例阀；中央供料工作单元包括总料仓落料阀、真空泵、集尘桶、旁通气阀、排尘装置。

进一步的是：所述中央控制子系统由PC机和带光电隔离双485 总线接口卡实现；两个485总线分别映射到PC机的COM3和COM4口。

进一步的是：所述单元控制板包含单片机，其单片机具有16KB+4KB的片内程序存储器和256B的数据存储器，并且具备在系统可编程功能和在应用可编程功能；其时钟频率为11.0592MHz。

进一步的是：所有单元控制板通过标准485总线连接；所述单元控制板上设置有用于复位的复位芯片，当上电期间，或运行期间电源电压突然跌落时，该复位芯片都将迫使单片机复位。

更进一步的是：所述单片机的内部还具有看门狗定时器。

进一步的是：各个单元控制板的输入通道、输出通道，以及RS-485传输通道上均设置有光电隔离；各个单元控制板能够在RS-485总线上热拔插。

进一步的是：

在每个RS-485总线接口处，跨接双向瞬变电压抑制器；在每个开关量输入/输出端口处也加有双向瞬变电压抑制器；

每个单元控制板中的RS-485驱动器和控制电路部分隔离浮地；

在供电电源入口处，加接保险丝电阻和稳压二极管；

单元控制板的供电电源采用宽范围输入电压的开关式稳压电源；

每个开关输出驱动加有过流保险丝或热熔断电阻；

RS-485总线的电缆采用双芯屏蔽线；整个单元控制板放置在一个屏蔽盒中。

进一步的是：

所述热风式干燥机的加热过程采用PID功能控制；温控表采用标准485总线接口；

所述中速机边粉碎机和机边回收装置，热风式干燥机配套使用；中速机边粉碎机的投料过程由注塑机上机械手完成；

所述混合比例阀配合机械式吸料器以及中央供料工作单元使用；

所述机械式吸料器与各种塑机和热风式干燥机联合配套使用，通过中央供料工作单元的真空泵所产生的负压，将原料从原料口导入；机械式吸料器通过安装在吸料器底部的行程开关直接反映料的需求与否，和安装在机械式吸料器上方的电容式接近开关检测到料的高、低料位；

进一步的是：

所述集尘桶用于真空管道的胶尘过滤以防止胶尘进入真空泵，其位于真空泵前端级；

所述旁通气阀用于真空管道与外界空气转换，其位于集尘桶上方；

所述排尘装置用于清除集尘桶内滤芯胶尘，其位于集尘桶上方；

所述落料阀用于原料的落料开与关，其位于原料仓的下方；

所述真空泵用于对机械式吸料器产生真空负压，由中央控制器直接控制；

所有设备的插头采用十芯航空插头连接；单元控制板采用接线柱连接。

本发明相比现有技术具有突出的实质性特点和显著的效果：

本发明能够自动检测设备供料状态，在缺料时自动启动供料操作，并跟踪供料进程，自动完成供料操作。系统能够实现自动供料功能 所涉及的中央供料单元设备和注塑辅机工作单元设备的协调动作，能够实现多个注塑辅机工作单元多料同时供料和单料排队供料的自动管理。

本发明能够自动检测故障，根据故障类别自动处理故障，自动启动单元报警装置和中央故障报警装置。系统能够根据控制逻辑的需要，在故障状态消失时自动恢复运作，自动消除警报。

本发明能够根据设置情况，自动延迟一定的时间启动指定的设备，自动延迟一定的时间关闭指定的设备，在超过一定时间无工作需要时关闭设置，在用到被超时关闭的设备时重启设备。

本发明还具备自动排尘功能；自动切换加热、冷却状态，将温度控制在设定值；实现全部人机界面有关设备命令的执行；实现分台套加热温度、再生料新料比例的自动控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明单元控制板的一种具体实施方式的结构示意图；

图4为本发明热风式干燥机与单元控制板接口电路图；

图5为本发明中速机边粉碎机与单元控制板的接口电路图；

图6为本发明两料比例阀与单元控制板的接口电路图；

图7为本发明机械式吸料器与单元控制板的接口电路图；

图8为本发明中央供料系统附属设备的接口电路图；

图9为本发明十芯航空插头的主视结构示意图；

图10为本发明十芯航空插头的俯视结构示意图。

具体实施方式

本发明以一种具体的数字化集中供料控制系统作为实施例进行说明。

如图所示，本发明包括两大部分： 控制系统和周边设备。

1） 控制系统：由PC机、中央控制板、单元控制板及数据通讯系统构成，是整个系统的逻辑和控制中枢，分为中央控制子系统、单元控制子系统和数据传输子系统三大部分, 上位机和下位机采用主从式结构。

所述中央控制子系统采用通用工业控制主机，通过中央控制软件，实现系统的全局控制逻辑；

所述单元控制子系统：实现一组单元设备的监控、关键的局部控制逻辑；其中，一组单元设备是由若干台设备组成的逻辑工作单元，又分为注塑辅机工作单元和中央供料工作单元，注塑辅机工作单元一般包括机械式吸料器、干燥机、模具调温机、工业冷水机、机边粉碎机、混合比例阀等设备组成；中央供料工作单元一般包括总料仓落料阀<每个料仓一个，最多八个料仓>、真空泵、集尘桶、旁通气阀等设备组成；

所述数据传输子系统采用标准RS-485工业控制总线、采用主从式总线访问控制机制以及控制优化状态轮询的通讯策略，实现超过200台设备（包括中央供料工作单元和50套辅机工作单元）的中央控制和管理。

2 ）周边设备：用于实现中央供料所需的所有设备，包括上述的注塑辅机工作单元相关设备（机械式吸料器、热风干燥机、模具调温机、工业冷水机、机边粉碎机、混合比例阀等设备）和上述中央供料工作单元相关设备（包括总料仓落料阀、真空泵、集尘桶、旁通气阀等）。

图1示出了本发明的系统组成原理，本发明由中央控制子系统、单元控制子系统和数据传输子系统组成；

其中，所述中央控制子系统采用通用工业控制计算机和自行研究的软件实现；软件部分与数据传输子系统的主机端软件实现部分组织在一个应用程序包中；中央控制子系统软件采用面向对象的建模、设计和实现方法；在软件上实现单板机、各被控设备的对等实体，各对等实体通过数据传输子系统的支持实现与单板机和各被控设备的通讯，而系统的功能实现则通过人机界面，系统自动控制逻辑和软件上的实现的单板机对等实体、设备对等实体几方面的交互作用完成；

其中，所述单元控制子系统为多个单元控制板，多个单元控制板完成各个机台设备的开关控制与工作状态查询工作，它们都挂在RS-485总线上，并和中央控制主机保持通讯。在一种具体实施例中，单元控制板由一8位微处理器（MCU）进行控制、管理和通讯，每个单元控制板拥有一个唯一的识别码或地址，以便中央控制主机以主从模式与各单元控制板进行分时交换信息。单元控制板在得到中央控制主机发来的控制命令后，会驱动相应的开关元件控制不同设备的开启或关闭；同样，单元控制板在得到中央控制主机发来的查询命令后，亦会向中央控制台汇报当前的设备运行状态以及报警信息等。输入/输出开关量都经过了光电隔离，并提供足够的输出容量来驱动负载。

其中，所述数据传输子系统采用RS-485串行总线实现，总线的访问采用了主从式的访问控制方法。在协议设计上，参考ISO/OSI七层网络模型中的网络分层概念，结合工业控制系统的特点，我们为数据传输子系统构建了五层结构的网络模型，分别为物理层，介质访问控制层，数据传输层，会话层和应用层。

本发明的中央控制子系统硬件在一种具体实施例中可以由PC机和Mosa CP132i带光电隔离双485 总线接口卡实现；两个485总线分别映射到PC机的COM3和COM4口。

本发明的单元控制子系统中，单片机（微处理器）是单元控制板的核心，它负责所有的控制功能与通讯功能。本集中供料系统的控制是按主从模式工作，即中央控制主机掌握着主动权，单元控制板从RS-485总线上监听命令，如判别出是向它发的指令，则作出相应的回应和动作。单片机根据所发来的信息按照规定的协议进行解析，通过外围控制逻辑电路对多路输出开关量进行控制，或对多路输入开关量进行读取操作，然后再将回馈信息返回给中央控制台。单元控制板的结构框图如图3所示；

在本发明的一种具体实施例中，根据控制任务与通讯任务的复杂程度，我们选择国际知名品牌的8位8051系列单片机—SST89C51作为单元控制板的单片机；该单片机具有片内程序存储器（16KB+4KB）和数据存储器（256B），并且具备在系统可编程（ISP）功能和在应用可编程（IAP）功能，这些优点都会减少电路板上不必要的外围器件，而且为开发调试带来了方便，也为生产时的烧录程序带来方便。在足够完成通讯与控制任务的前提下，选用较低的时钟频率（11.0592MHz），以减小功耗和增强抗干扰能力。

本发明所有单元控制板通过标准485总线连接；

优选的，本发明单元控制板的输出在上电复位时具有确定的状态（断开状态），为了单片机可靠复位，增加了一片专门负责复位管理的芯片（IMP810）。当上电期间，或运行期间电源电压突然跌落时，该复位芯片都将迫使单片机可靠复位。更优选的，在单片机的内部还具有看门狗定时器，通过软件编程亦可达到在万一程序跑飞时重新复位系统。

优选的，本发明为了消除输入/输出信号所带来的传导干扰与共模干扰，我们在输入通道、输出通道，以及RS-485传输通道上均加了光电隔离，以使各部分不共地，无直接的电气连接。这样会使得强电部分的干扰信号不会轻易地传入控制电路部分，并且各个单元控制板可在RS-485总线上热拔插。

优选的，本发明对于开关量输出，在一种具体实施例中我们选用达林顿晶体管组（ULN2003A）作为输出驱动，每路可提供500mA的电流，从而带动各种类型的继电器等。

优选的，为了提高对外界电磁干扰的抵抗能力，以及增强控制电路的容错与保护机制，我们在电路设计中特别采取了以下措施：

（1）瞬变电压抑制保护：

在每个RS-485总线接口处，跨接双向瞬变电压抑制器（TVS），防止意外的瞬间过压脉冲对RS-485驱动电路的损坏；同样，在每个开关量输入/输出端口处也加有TVS管，防止对接口驱动电路的损坏；

（2）RS-485总线浮地：

每个单元控制板中的RS-485驱动器都是和控制电路部分隔离浮地的，这样可以避免当单元控制板在热拔插到总线上时所引起的冲击和扰乱；

（3）电源过压/过流保护：

在供电电源（5V/12V）入口处，加接保险丝电阻和稳压二极管，当电源端子误接或其它意外情况下引起的超压、反接、短路等现象，会引发保险丝熔断，从而保护了电路；

（4）电网电压波动与跌落防护：

单元控制板的供电电源（5VDC）采用宽范围输入电压（90~260VAC）的开关式稳压电源，使得在电网电压波动时或短暂的电压跌落情况下，仍能提供稳定的5V输出；

（5）负载过流保护：

每个开关输出驱动加有过流保险丝或热熔断电阻，以防止负载过载或短路情况下损坏接口驱动电路；

（6）电磁屏蔽：

RS-485总线的电缆采用双芯屏蔽线，以防止外界干扰影响通讯质量；整个单元控制板会放置在一个屏蔽盒中，以防止来自周围的强电干扰。

本发明关于中央供料工作单元和注塑辅机工作单元的相关设备及接口的一些具体实施例为：

（1）热风式干燥机：

ML-HD热风式干燥机是将塑料原料置于干燥机桶内，靠热风排除干燥桶内塑料颗粒表面或内部的水份，使塑料充分干燥的设备。原料干燥后能有效防止塑料制品成型过程少产生气泡、流痕、透明度不足等不良现象，对于提高产品的质量，降低成本起着关键作用，其节能效率达到30%。加热过程采用PID功能控制，控温准确。可以根据不同的原料，进行不同的温控调节，并可通过热电偶采集的数据直观地在温控表上反映出来。采用程序开关超温保护装置的控制方式；温控表采用标准485总线接口，实现与中央控制主机的通讯。

热风式干燥机与单元控制板接口电路如图4；

（2）中速机边粉碎机：

机边粉碎机需和机边回收装置，热风式干燥机配套使用。其功能是将注塑机注塑时产生的水口料和废品料及时粉碎后，通过自带回收装置直接送入熔胶筒熔化，使胶料在主要性能未变化前得到再生使用。投料过程由注塑机上机械手完成；

中速机边粉碎机与单元控制板的接口电路如图5：

（3）两料比例阀（也叫混合比例阀）：

两料比例阀需配合机械式吸料器以及中央供料系统使用，通过已设定好的新、旧料百分比（供料时间百分比）进行两料混合配制，从而得到性能稳定的注塑产品，并能进行任意比例的调整；

两料比例阀与单元控制板的接口电路如图6：

（4）机械式吸料器：

机械式吸料器是中央供料工作单元中的一个重要配套设备，并能与各种塑机和热风式干燥机联合配套使用，通过供料系统真空泵所产生的负压，将原料从原料口导入，其通过安装在吸料器底部的行程开关直接反映料的需求与否，和安装在吸料器上方的电容式接近开关检测到料的高、低料位，以保证原料的储存量；

机械式吸料器与单元控制板的接口电路如图7：

（5）集尘桶：其主要用于真空管道的胶尘过滤以防止胶尘进入真空泵，对真空泵造成损坏，其位于真空泵前端级；

（6）旁路阀：是主要用于真空管道与外界空气的转换，由各个吸料器信号（料满）反馈，当所有吸料器料满时，将真空管道转换为外界空气直接进入集尘桶，避免真空泵产生高负荷，其位于集尘桶上方；

（7）排尘装置：其主要用于清除集尘桶内滤芯的胶尘，由设定时间定时向集尘桶内的滤芯反向高压喷气，其位于集尘桶上方；

（8）落料阀：主要用于原料的落料开与关，由中央控制器直接控制，便于料管上原料的清理，保证料管的顺畅，其位于原料仓的下方；

（9）真空泵：其主要功能用于对机械式吸料器产生真空负压，由中央控制器直接控制；

上述集尘桶，旁路阀，排尘装置，落料阀和真空泵的接口设计如图8所示；

上述所有相关设备的插头采用十芯航空插头连接；单元控制板采用接线柱连接。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

本领域普通技术人员不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：包含中央控制子系统，单元控制子系统和数据传输子系统；

其中，所述中央控制子系统采用通用工业控制计算机和运行于其上的软件实现，包含中央控制主机； 

其中，所述单元控制子系统包含多个单元控制板，多个单元控制板完成各个机台设备的开关控制与工作状态查询工作，多个单元控制板均连接在RS-485总线上，并和中央控制主机保持通讯；所述单元控制板由一8位微处理器进行控制、管理和通讯，每个单元控制板拥有一个唯一的识别码或地址；单元控制板在得到中央控制主机发来的控制命令后，会驱动相应的开关元件控制不同设备的开启或关闭；同样，单元控制板在得到中央控制主机发来的查询命令后，亦会向中央控制台汇报当前的设备运行状态以及报警信息； 

其中，所述数据传输子系统采用RS-485串行总线实现，总线的访问采用主从式的访问控制方法。

2.如权利要求1所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：所述单元控制子系统用于实现一组单元设备的监控、关键的局部控制逻辑；

所述一组单元设备是由若干台设备组成的逻辑工作单元，该逻辑工作单元包含注塑辅机工作单元和中央供料工作单元；注塑辅机工作单元包括机械式吸料器、干燥机、模具调温机、工业冷水机、机边粉碎机和混合比例阀；中央供料工作单元包括总料仓落料阀、真空泵、集尘桶、旁通气阀、排尘装置。

3.如权利要求2所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：所述中央控制子系统由PC机和带光电隔离双485 总线接口卡实现；两个485总线分别映射到PC机的COM3和COM4口。

4.如权利要求2所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：所述单元控制板包含单片机，其单片机具有16KB+4KB的片内程序存储器和256B的数据存储器，并且具备在系统可编程功能和在应用可编程功能；其时钟频率为11.0592MHz。

5.如权利要求2所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：所有单元控制板通过标准485总线连接；所述单元控制板上设置有用于复位的复位芯片，当上电期间，或运行期间电源电压突然跌落时，该复位芯片都将迫使单片机复位。

6.如权利要求4所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：所述单片机的内部还具有看门狗定时器。

7.如权利要求2所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：各个单元控制板的输入通道、输出通道，以及RS-485传输通道上均设置有光电隔离；各个单元控制板能够在RS-485总线上热拔插。

8.如权利要求2所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：

在每个RS-485总线接口处，跨接双向瞬变电压抑制器；在每个开关量输入/输出端口处也加有双向瞬变电压抑制器；

每个单元控制板中的RS-485驱动器和控制电路部分隔离浮地；

在供电电源入口处，加接保险丝电阻和稳压二极管；

单元控制板的供电电源采用宽范围输入电压的开关式稳压电源；

每个开关输出驱动加有过流保险丝或热熔断电阻；

RS-485总线的电缆采用双芯屏蔽线；整个单元控制板放置在一个屏蔽盒中。

9.如权利要求2所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：

所述热风式干燥机的加热过程采用PID功能控制；温控表采用标准485总线接口；

所述中速机边粉碎机和机边回收装置，热风式干燥机配套使用；中速机边粉碎机的投料过程由注塑机上机械手完成；

所述混合比例阀配合机械式吸料器以及中央供料工作单元使用；

所述机械式吸料器与各种塑机和热风式干燥机联合配套使用，通过中央供料工作单元的真空泵所产生的负压，将原料从原料口导入；机械式吸料器通过安装在吸料器底部的行程开关直接反映料的需求与否，和安装在机械式吸料器上方的电容式接近开关检测到料的高、低料位；如权利要求8所述的一种数字化集中供料控制系统，其特征在于：

所述集尘桶用于真空管道的胶尘过滤以防止胶尘进入真空泵，其位于真空泵前端级；

所述旁通气阀用于真空管道与外界空气转换，其位于集尘桶上方；

所述排尘装置用于清除集尘桶内滤芯胶尘，其位于集尘桶上方；

所述落料阀用于原料的落料开与关，其位于原料仓的下方；

所述真空泵用于对机械式吸料器产生真空负压，由中央控制器直接控制；

所有设备的插头采用十芯航空插头连接；单元控制板采用接线柱连接。