CN104950788A - 定量装车控制系统及定量装车仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定量装车控制系统及定量装车仪，采用恒流控制，实时检测装车流速，进行逻辑阀门控制，包括批量控制模块和现场仪表模块、流量监控模块、阀门控制模块，实时检测装车流速，有效的逻辑阀门控制，真正意义上实现恒流功能，有效的线性补偿功能，方便销售精度定位，抛开流量计精度，系统精度可控在0.05%-0.1%范围，保证了系统可靠的精度要求和控制逻辑。
Description
技术领域
本发明涉及一种装车控制系统及装车仪，具体地说是一种定量装车控制系统及定量装车仪。
背景技术
现有定量装车控制系统的上位机及批量控制器的控制板一般是自己做的，运行速度上都不够快、功能不够全，目前定量装车仪的显示文本、操作部分等配置、结构不够新、寿命不够长等缺点。另外，现有的定量装车控制系统不能恒流控制装车过程，在定量这个控制上得不到很好的体现，比如，由于不能恒流控制，装车结束时会出现装车量有多有少，因为不能恒流不能实现线性补偿，所以这样的系统严格上说不能直接作为销售计量的手段，定量装车精度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种定量装车控制系统及定量装车仪，解决现有定量装车控制系统的上位机及批量控制器的运行速度不够快、功能不够全、定量装车精度低，定量装车仪的显示文本、操作部分等配置、结构不够新、寿命不够长的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种定量装车控制系统，采用恒流控制，实时检测装车流速，进行逻辑阀门控制，包括批量控制模块和现场仪表模块、流量监控模块、阀门控制模块，
批量控制模块：包括可编程控制PLC模块、显示模块、操作模块、隔离执行模块和供电模块，由操作模块输入操作命令并发送操作命令给可编程控制PLC模块，可编程控制PLC模块对操作命令进行处理后发送控制数据给隔离执行模块执行，显示模块对操作命令和操作状态进行显示；
现场仪表模块：依据流量监控模块、阀门控制模块、隔离执行模块传输的数据进行装车状态显示；
流量监控模块：实时检测装车流速，将装车流速数据传输给现场仪表模块进行显示，并将装车流速数据传输给可编程控制PLC模块进行处理；
阀门控制模块：依据隔离执行模块的控制数据，对阀门进行控制操作，具体为：根据阀门的开关速度特性，组态阀门的调节控制时间，在设定的流速下，控制阀门开度微调，实现装车过程中设定流速。
本发明的进一步改进在于：流量监控模块包括秒脉冲采集单元、秒流量计算单元，
脉冲采集单元利用高速计数控件采集流量计脉冲信号、组态增计数、软件控制开和关计数；
秒流量计算单元：利用PLC内部时钟，采集在不同的时间点的装车数据值，不同点的数差，除于间隔时间得出秒流量，取三次平均值。
本发明的进一步改进在于：可编程控制PLC模块进行装车量计算、装车数据录入保存、触摸屏文本画面控制及数据交换、与上位机通信数据交换、与读卡器通信数据交换；
装车量计算：根据高速计数器采集的脉冲数与流量计的脉冲当量，计算出实际的体积或重量，体积换算成重量时用到温度补偿和标密，以及过程控制用到的修正系数，最终计算出实际的装车重量；
装车数据录入保存：保存近期设定数量的装车记录，在每次装车结束标志位触发瞬间，保存一次装车记录和此刻的时间，并采集当时的系统时间，设定数量的数据循环覆盖，并记录存储在掉电保存数据地址上；
触摸屏文本画面控制及数据交换：实时检测触摸屏画面编号，逻辑判断装车密码和刷卡校验情况，并跳转到相应的画面，本地装车密码和参数设置密码保存在掉电保存区，并和相关界面输入的密码比较判断其是否正确，来逻辑控制画面跳转，刷卡数据读出后和上位机进行校验，并判断其是否正确，来逻辑控制画面跳转；
与上位机通信数据交换：把装车状态和各项参数实时发送给上位机，上位机根据状态，向PLC发送装车设定量命令、装车参数、刷卡校验结果命令；
与读卡器通信数据交换：在刷卡界面实时检测是否有刷卡事件产生，读卡时蜂鸣器响两声，读取卡上的相关信息后，再响一声。
本发明的进一步改进在于：还包括温度采集模块、防溢流防静电保护模块，
温度采集模块：利用温度传感器采集的温度数据，结合温度变送器的温度范围，计算出真实温度值；
防溢流防静电保护模块：通过静电接地夹、液位开关和声光报警器，实现防溢流防静电保护。
本发明的进一步改进在于：还包括上位机WINCC监控模块，上位机WINCC监控模块对批量控制模块的操作状态进行监控管理，具体为：可编程控制PLC模块与上位机WINCC监控模块进行数据通讯，上传装车状态和参数实时给上位机WINCC监控模块，上位机WINCC监控模块向可编程控制PLC模块发送监控命令，包括装车设定量命令、装车参数、刷卡校验结果命令。
本发明的进一步改进在于：批量控制模块还包括读卡模块，读卡模块通过Micro SD 卡实现程序的更新和PLC 固件升级。
本发明的进一步改进在于：可编程控制PLC模块设置有4个装车过程：装车空闲状态、正在装车状态、暂停装车状态、装车结束状态；
其中，正在装车状态又设5个阶段：开始小流量装车阶段、大流量装车阶段、一段小流量结束装车阶段、二阶段更小流量结束装车阶段、三阶段关阀关泵阶段，每个装车阶段根据系统参数设置自动调节阀门达到设定流速状态。
本发明还提供一种采用该控制系统的定量装车仪，包括可编程控制器PLC、操作键盘、显示器、电源、执行隔离元件、现场仪表器、流量计、阀门，可编程控制器PLC装载有上述的定量装车系统，通过流量计实时检测装车流速，可编程控制器PLC依据检测到的装车流速通过执行隔离元件进行逻辑阀门控制，实现对装车的恒流控制。
本发明的进一步改进在于：还包括上位机、防溢流防静电保护器、读卡器，上位机与可编程控制器PLC进行通讯，防溢流防静电保护器包括静电接地夹、液位开关和声光报警器。
本发明的进一步改进在于：可编程控制器PLC采用西门子SMART200。
本发明的有益效果：该种定量装车控制系统及定量装车仪，可编程控制PLC模块采用恒流控制，实时检测装车流速，有效的逻辑阀门控制，真正意义上实现恒流功能，有效的线性补偿功能，方便销售精度定位，抛开流量计精度，系统精度可控在0.05%-0.1%范围，保证了可靠的精度要求和控制逻辑。
附图说明
图1是本发明实施例定量装车控制系统的说明示意图。
图2是实施例中定量装车控制系统的操控流程示意图。
图3是实施例中可编程控制PLC模块的控制说明示意图。
图4是本发明上位机WINCC监控模块的操控流程示意图。
图5是本发明实施例定量装车仪的结构示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，本实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
一种定量装车控制系统，采用恒流控制，实时检测装车流速，进行逻辑阀门控制，包括批量控制模块和现场仪表模块、流量监控模块、阀门控制模块，如图1。
批量控制模块：包括可编程控制PLC模块、显示模块、操作模块、隔离执行模块和供电模块，由操作模块输入操作命令并发送操作命令给可编程控制PLC模块，可编程控制PLC模块对操作命令进行处理后发送控制数据给隔离执行模块执行，显示模块对操作命令和操作状态进行显示。
现场仪表模块：依据流量监控模块、阀门控制模块、隔离执行模块传输的数据进行装车状态显示。
流量监控模块：实时检测装车流速，将装车流速数据传输给现场仪表模块进行显示，并将装车流速数据传输给可编程控制PLC模块进行处理。
流量监控模块包括秒脉冲采集单元、秒流量计算单元，脉冲采集单元利用高速计数控件采集流量计脉冲信号、组态增计数、软件控制开和关计数；秒流量计算单元：利用PLC内部时钟，采集在不同的时间点的装车数据值，不同点的数差，除于间隔时间得出秒流量，取三次平均值。
阀门控制模块：依据隔离执行模块的控制数据，对阀门进行控制操作，具体为：根据阀门的开关速度特性，组态阀门的调节控制时间，在设定的流速下，控制阀门开度微调，实现装车过程中设定流速。
实施例还包括温度采集模块、防溢流防静电保护模块，温度采集模块：利用温度传感器采集的温度数据，结合温度变送器的温度范围，计算出真实温度值；防溢流防静电保护模块：通过静电接地夹、液位开关和声光报警器，实现防溢流防静电保护。
实施例还包括上位机WINCC监控模块，如图4，上位机WINCC监控模块对批量控制模块的操作状态进行监控管理，具体为：可编程控制PLC模块与上位机WINCC监控模块进行数据通讯，上传装车状态和参数实时给上位机WINCC监控模块，上位机WINCC监控模块向可编程控制PLC模块发送监控命令，包括装车设定量命令、装车参数、刷卡校验结果命令。
批量控制模块还包括读卡模块，读卡模块通过Micro SD 卡实现程序的更新和PLC 固件升级。
编程控制PLC模块设置有4个装车过程：装车空闲状态、正在装车状态、暂停装车状态、装车结束状态，如图2；其中，正在装车状态又设5个阶段：开始小流量装车阶段、大流量装车阶段、一段小流量结束装车阶段、二阶段更小流量结束装车阶段、三阶段关阀关泵阶段，每个装车阶段根据系统参数设置自动调节阀门达到设定流速状态。既满足装车精度，又消除了水击现象的发生。
该定量装车控制系统，采用恒流控制，实时检测装车流速，进行逻辑阀门控制；由操作模块输入操作命令并发送操作命令给可编程控制PLC模块，可编程控制PLC模块对操作命令进行处理后发送控制数据给隔离执行模块执行，显示模块对操作命令和操作状态进行显示。
可编程控制PLC模块可进行装车量计算、装车数据录入保存、触摸屏文本画面控制及数据交换、与上位机通信数据交换以及与读卡器通信数据交换进行控制，如图3。
装车量计算是根据高速计数器采集的脉冲数与流量计的脉冲当量，计算出实际的体积或重量，体积换算成重量时用到温度补偿和标密，以及过程控制用到的修正系数等，最终计算出实际的重量。
装车数据录入保存是为了保存近期16笔装车的记录，方便查询，在每次装车结束标志位触发瞬间，保存一次装车记录和此刻的时间，时间采集当时的系统时间，16笔数据循环覆盖，最终保证最近16笔记录存储在掉电保存数据地址上。
触摸屏文本画面控制及数据交换能够实时检测触摸屏画面编号，逻辑判断装车密码和刷卡校验情况，并跳转到相应的画面，本地装车密码和参数设置密码保存在掉电保存区，并和相关界面输入的密码比较判断其是否正确，来逻辑控制画面跳转，刷卡数据读出后和上位机进行校验，并判断其是否正确，来逻辑控制画面跳转。
与上位机通信数据交换用来把装车状态和各项参数实时发送给上位机，上位机根据状态，可向PLC发送装车设定量命令，装车各参数以及刷卡校验结果命令等。
与读卡器通信数据交换是程序组态与读卡器的握手协议，在刷卡界面实时检测是否有刷卡事件产生，读卡时蜂鸣器响两声，读取卡上的相关信息后，再响一声。
实施例一种采用该控制系统的定量装车仪，包括可编程控制器PLC、操作键盘、显示器、电源、执行隔离元件、现场仪表器、流量计、阀门，可编程控制器PLC采用西门子SMART200，可编程控制器PLC装载有上述的定量装车系统，通过流量计实时检测装车流速，可编程控制器PLC依据检测到的装车流速通过执行隔离元件进行逻辑阀门控制，实现对装车的恒流控制。该种采用该控制系统的定量装车仪，还包括上位机、防溢流防静电保护器、读卡器，上位机与可编程控制器PLC进行通讯，防溢流防静电保护器包括静电接地夹、液位开关和声光报警器。
静电接地夹在装车的时候，夹在车上，放静电用的，流量计把流过的介质的量以电信号发给批量控制器供采集计算，阀门开或切断工艺管线介质的流动，防溢流防静电保护器检测装车过程液位是否超高，液位静电连锁控制，确保安全装车，只要接地或液位任意一个报警，即刻自动停止装车，操作键盘是不锈钢USB操作键盘并使用了激光刻字成形，显示器是宽温触摸屏显示器，显示器外壳为金属外壳，可编程控制器PLC为不锈钢防爆壳体设计并可组态不同的信号类型，电源采用防雷、浪涌保护设计，信号硬件隔离及软件二次去抖保护和外部线缆屏蔽及接地保护的多级抗干扰设计。
实施例可编程控制器PLC采用西门子最新小型可编程控制器为控制核心，宽温的触摸屏为显示文本，不锈钢防爆USB键盘作为操作部分，具有配置最新、结构最新、速度最快、功能最全、寿命最长等特点。
可编程控制器PLC采用西门子SMART200作为控制单元，真正意义数据掉电保存，无需电池供电，配备西门子专用高速处理器芯片，基本指令执行时间可达0.15 μs ，在同级别小型PLC 中遥遥领先，CPU 模块本体标配以太网接口，集成了强大的以太网通信功能，可与其它CPU 模块、触摸屏、计算机进行通信，轻松组网，新颖的信号板设计可扩展通信端口、数字量通道、模拟量通道，集成多路高速脉冲输入、输出，频率高达100 kHz，支持PWM/PTO输出方式以及多种运动模式，可自由设置运动包络，配以方便易用的向导设置功能，快速实现设备调速、定位等功能，集成Micro SD 卡插槽，使用市面上通用的Micro SD 卡即可实现程序的更新和PLC 固件升级；可编程控制器的程序执行速度也可能影响装车控制精度，其运行速度快，采集流量计信号时，不丢失脉冲，所以计数准确无误。
上位机采用WINCC监控模块，WINCC是国际著名的组态运行平台，用其做监控软件，可使系统稳定，数据处理不容易出错，且兼容性强，可扩展性强等优点。
宽温型彩色触摸屏作为文本显示，7寸工业级触摸彩屏，视窗大、色彩鲜艳，方便用户使用，宽温型使用温度可在零下30多度的情况下使用，适合北方寒冷的气候，金属外壳设计，对安装、运输起到很好的保护作用。
不锈钢防爆USB键盘作为操作部分，采用通用的USB键盘接口，方便非专业人员检测，维护方便，不锈钢按键设计，美观、手感好、耐磨，整体结构防爆、防水设计，适用工业恶劣环境，激光刻字，版面整洁、醒目，方便操作，内部按键采用进口元件，使用寿命长；多级抗干扰设计，供电电源采用防雷、浪涌保护设计，信号硬件隔离及软件二次去抖保护，外部线缆屏蔽及接地保护；不锈钢防爆壳体设计，可安装在适用恶劣的、具有腐蚀性的环境，防爆面设有防水槽，可直接安装在户外，结构精密，可嵌入立柜中，满足不同客户需求。
可编程控制器PLC可组态不同的信号类型，频率可组态高达8路脉冲输入和3路输出（设计为2路输入），数字量输入最多可组态12路输入（不含扩展模块），数字量输出可组态8路输入（不含扩展模块），模拟量设计组态4路输入、2路输出，或4路输入、无输出。
Claims (10)
1.一种定量装车控制系统，其特征在于：采用恒流控制，实时检测装车流速，进行逻辑阀门控制，包括批量控制模块和现场仪表模块、流量监控模块、阀门控制模块，
批量控制模块：包括可编程控制PLC模块、显示模块、操作模块、隔离执行模块和供电模块，由操作模块输入操作命令并发送操作命令给可编程控制PLC模块，可编程控制PLC模块对操作命令进行处理后发送控制数据给隔离执行模块执行，显示模块对操作命令和操作状态进行显示；
现场仪表模块：依据流量监控模块、阀门控制模块、隔离执行模块传输的数据进行装车状态显示；
流量监控模块：实时检测装车流速，将装车流速数据传输给现场仪表模块进行显示，并将装车流速数据传输给可编程控制PLC模块进行处理；
阀门控制模块：依据隔离执行模块的控制数据，对阀门进行控制操作，具体为：根据阀门的开关速度特性，组态阀门的调节控制时间，在设定的流速下，控制阀门开度微调，实现装车过程中设定流速。
2.根据权利要求1所述一种定量装车控制系统，其特征在于：流量监控模块包括秒脉冲采集单元、秒流量计算单元，
脉冲采集单元利用高速计数控件采集流量计脉冲信号、组态增计数、软件控制开和关计数；
秒流量计算单元：利用PLC内部时钟，采集在不同的时间点的装车数据值，不同点的数差，除于间隔时间得出秒流量，取三次平均值。
3.根据权利要求1所述一种定量装车控制系统，其特征在于：可编程控制PLC模块进行装车量计算、装车数据录入保存、触摸屏文本画面控制及数据交换、与上位机通信数据交换、与读卡器通信数据交换；
装车量计算：根据高速计数器采集的脉冲数与流量计的脉冲当量，计算出实际的体积或重量，体积换算成重量时用到温度补偿和标密，以及过程控制用到的修正系数，最终计算出实际的装车重量；
装车数据录入保存：保存近期设定数量的装车记录，在每次装车结束标志位触发瞬间，保存一次装车记录和此刻的时间，并采集当时的系统时间，设定数量的数据循环覆盖，并记录存储在掉电保存数据地址上；
触摸屏文本画面控制及数据交换：实时检测触摸屏画面编号，逻辑判断装车密码和刷卡校验情况，并跳转到相应的画面，本地装车密码和参数设置密码保存在掉电保存区，并和相关界面输入的密码比较判断其是否正确，来逻辑控制画面跳转，刷卡数据读出后和上位机进行校验，并判断其是否正确，来逻辑控制画面跳转；
与上位机通信数据交换：把装车状态和各项参数实时发送给上位机，上位机根据状态，向PLC发送装车设定量命令、装车参数、刷卡校验结果命令；
与读卡器通信数据交换：在刷卡界面实时检测是否有刷卡事件产生，读卡时蜂鸣器响两声，读取卡上的相关信息后，再响一声。
4.根据权利要求1-3任一项所述一种定量装车控制系统，其特征在于：还包括温度采集模块、防溢流防静电保护模块，
温度采集模块：利用温度传感器采集的温度数据，结合温度变送器的温度范围，计算出真实温度值；
防溢流防静电保护模块：通过静电接地夹、液位开关和声光报警器，实现防溢流防静电保护。
5.根据权利要求1所述一种定量装车控制系统，其特征在于：还包括上位机WINCC监控模块，上位机WINCC监控模块对批量控制模块的操作状态进行监控管理，具体为：可编程控制PLC模块与上位机WINCC监控模块进行数据通讯，上传装车状态和参数实时给上位机WINCC监控模块，上位机WINCC监控模块向可编程控制PLC模块发送监控命令，包括装车设定量命令、装车参数、刷卡校验结果命令。
6.根据权利要求1所述一种定量装车控制系统，其特征在于：批量控制模块还包括读卡模块，读卡模块通过Micro SD 卡实现程序的更新和PLC 固件升级。
7.根据权利要求1所述一种定量装车控制系统，其特征在于：可编程控制PLC模块设置有4个装车过程：装车空闲状态、正在装车状态、暂停装车状态、装车结束状态；
其中，正在装车状态又设5个阶段：开始小流量装车阶段、大流量装车阶段、一段小流量结束装车阶段、二阶段更小流量结束装车阶段、三阶段关阀关泵阶段，每个装车阶段根据系统参数设置自动调节阀门达到设定流速状态。
8.一种采用该控制系统的定量装车仪，其特征在于：包括可编程控制器PLC、操作键盘、显示器、电源、执行隔离元件、现场仪表器、流量计、阀门，可编程控制器PLC装载有权利要求1-7任一项所述定量装车系统，通过流量计实时检测装车流速，可编程控制器PLC依据检测到的装车流速通过执行隔离元件进行逻辑阀门控制，实现对装车的恒流控制。
9.根据权利要求8所述的一种采用定量装车控制系统的定量装车仪，其特征在于：还包括上位机、防溢流防静电保护器、读卡器，上位机与可编程控制器PLC进行通讯，防溢流防静电保护器包括静电接地夹、液位开关和声光报警器。
10.根据权利要求9所述的一种采用定量装车控制系统的定量装车仪，其特征在于：可编程控制器PLC采用西门子SMART200。
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Ration loading control system and ration loading instrument Effective date of registration: 20180306 Granted publication date: 20160831 Pledgee: Xuzhou Productivity Promotion Center Pledgor: Jiangsu Petrochemical Technology Co., Ltd. Registration number: 2018320000025 |