CN106949947B - 一种塑料行业的称重配料设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料行业的称重配料设备，包括有控制器、模数转换器、称重传感器、原料斗、称重装置、第一阀门、第二阀门、多路开关、多路开关量输出模块、第一料位传感器、第二料位传感器、搅拌仓、电机驱动模块、电机和挤出机。本发明设备针对塑料行业的称重配料的复杂环境，通过控制器、多路开关量输出模块和电机驱动模块等结合，实现对电压波动、布线串扰、低频噪声、数模混合走线干扰等内部噪声干扰的抑制；此外，还通过金属屏蔽体实现对高温、潮湿、振动、电磁辐射等环境噪声干扰的抑制，从整体上增强控制器的可靠性。本发明作为一种塑料行业的称重配料设备可广泛应用于称重领域。

Description

一种塑料行业的称重配料设备

技术领域

本发明涉及称重领域，尤其是一种塑料行业的称重配料设备。

背景技术

随着半导体和嵌入式技术的快速发展，塑料称重行业也朝着更加智能化的方向发展，能够实时、在线和远距离实现动态测量和控制，目前市面上的控制器已可做到生产过程自动化，解决了称重过程的准确、快速等问题，使得称重配料设备更具广阔的应用前景。然而称重配料设备主要应用到环境复杂的工业生产中，设备不可避免会遇到高温、潮湿、振动、电磁辐射等环境噪声干扰，也会遇到电压波动、布线串扰、低频噪声、数模混合走线干扰等控制器内部噪声干扰。若未对这些干扰采取相应的应对措施，可能会对控制器造成各种不稳定因素，例如增大数据采集误差、控制失常、程序状态改变、寄存器错误翻转、RAM存储的数据被篡改等异常情况。现有技术中的专利、文献所介绍的主要是称重配料控制器的功能描述或机械结构情况，而并未提及如何增强控制器的可靠性以适应工业环境的需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种适用于塑料行业的高可靠性、高精度称重配料设备。

本发明所采用的技术方案是：一种塑料行业的称重配料设备，包括有控制器、模数转换器、称重传感器、原料斗、称重装置、第一阀门、第二阀门、多路开关、多路开关量输出模块、第一料位传感器、第二料位传感器、搅拌仓、电机驱动模块、电机和挤出机；所述原料斗、称重装置、搅拌仓和挤出机由上至下设置，所述第一阀门设置于原料斗与称重装置之间，所述第二阀门设置于称重装置与搅拌仓之间，所述控制器的第一输出端通过电机驱动模块连接至电机的控制端，所述电机与挤出机连接，所述控制器的第二输出端通过多路开关量输出模块分别连接至第一阀门和第二阀门的控制端，所述称重传感器设置于称重装置上，所述称重传感器的输出端通过模数转换器连接至控制器的第一输入端，所述第一料位传感器和第二料位传感器的输出端均通过多路开关连接至控制器的第二输入端，所述第一料位传感器设置于搅拌仓的入口，所述第二料位传感器设置于称重装置下方，所述控制器还连接有存储模块。

进一步，所述称重传感器为桥式称重电路。

进一步，所述多路开关量输出模块包括有两路相同的开关量输出电路，所述开关量输出电路包括有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一发光二极管和第一光敏三极管，所述控制器的第二输出端连接至第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端分别与第一电容的一端、第二电阻的一端连接，所述第一电容的另一端和第一发光二极管的阴极均接地，所述第二电阻的另一端连接至第一发光二极管的阳极，所述第三电阻的一端接电源，所述第三电阻的另一端通过第一光敏三极管接地，所述第三电阻的另一端作为开关量输出电路的输出端。

进一步，还包括有稳压电路，所述稳压电路的输入端用于连接电源，所述稳压电路的输出端连接至控制器的供电端。

进一步，所述稳压电路包括有LDO稳压芯片、第二电容、第三电容、第一电感和第四电容，所述LDO稳压芯片的输入端通过第二电容接地，所述LDO稳压芯片的输出端通过第三电容接地，所述LDO稳压芯片的输出端还连接至第一电感的一端，所述第一电感的另一端通过第四电容接地，所述第一电感的另一端作为稳压电路的输出端。

进一步，所述电机为三相异步电机，所述电机驱动模块包括有三路相同的驱动电路，所述驱动电路包括有光耦合隔离电路、电流放大驱动电路、固态继电器，所述控制器的第一输出端依次通过光耦合隔离电路、电流放大驱动电路和固态继电器连接至电机的控制端。

进一步，所述光耦合隔离电路包括有反相器、第四电阻、第五电阻、第二发光二极管、第二光敏三极管，所述反相器的输入端用于连接控制器的第一输出端，所述反相器的输出端依次通过第四电阻和第二发光二极管接地，所述第五电阻的一端用于接入电源，所述第五电阻的另一端通过第二光敏三极管接地，所述第五电阻的另一端连接至电流放大驱动电路的输入端。

进一步，所述电流放大驱动电路包括有第一三极管、第二三极管、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第五电阻的另一端连接至第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端分别连接至第七电阻的一端和第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极均连接至继电器的控制端，所述第七电阻的另一端分别连接至第一三极管的射极、第二三极管的基极和第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端和第二三极管的射极均接地。

进一步，还包括有金属导体制成的屏蔽体，所述控制器设置于屏蔽体内，所述屏蔽体通过导线接地。

本发明的有益效果是：本发明设备针对塑料行业的称重配料的复杂环境，通过控制器、多路开关量输出模块和电机驱动模块等结合，实现对电压波动、布线串扰、低频噪声、数模混合走线干扰等内部噪声干扰的抑制；此外，还通过金属屏蔽体实现对高温、潮湿、振动、电磁辐射等环境噪声干扰的抑制，从整体上增强控制器的可靠性。

附图说明

图1为本发明称重配料设备结构图；

图2为本发明称重传感器与模数转换器互连电路；

图3为本发明开关量输出电路；

图4为本发明稳压电路；

图5为本发明电机驱动电路；

图6为本发明抗静电金属屏蔽体结构示意图。

图中：R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；D1、第一发光二极管；D2、第二发光二极管；D3、钳制二极管；Q1、第一光敏三极管；Q2、第二光敏三极管；T1、第一三极管；T2、第二三极管；I1、反相器；L、第一电感。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图1，一种塑料行业的称重配料设备，包括有控制器、模数转换器、称重传感器、原料斗、称重装置、第一阀门、第二阀门、多路开关、多路开关量输出模块、第一料位传感器、第二料位传感器、搅拌仓、电机驱动模块、电机和挤出机；所述原料斗、称重装置、搅拌仓和挤出机由上至下设置，所述第一阀门设置于原料斗与称重装置之间，所述第二阀门设置于称重装置与搅拌仓之间，所述控制器的第一输出端通过电机驱动模块连接至电机的控制端，所述电机与挤出机连接，所述控制器的第二输出端通过多路开关量输出模块分别连接至第一阀门和第二阀门的控制端，所述称重传感器设置于称重装置上，所述称重传感器的输出端通过模数转换器连接至控制器的第一输入端，所述第一料位传感器和第二料位传感器的输出端均通过多路开关连接至控制器的第二输入端，所述第一料位传感器设置于搅拌仓的入口，所述第二料位传感器设置于称重装置下方，所述控制器还连接有存储模块。

其中原料斗可设置为一个或多个，称重装置上设置有称重传感器和第一阀门组成，第一阀门的控制信号由控制器通过开关量输出信号发出，称重传感器则通过模数转换器后连接到控制器，当第一阀门打开时，原料斗中的原料通过称重装置称重并落入搅拌仓上方，由于称重装置和搅拌仓都是设置于容器内部，原料落下后不断堆积，直到被料位传感器检测到；第二料位传感器，通过多路开关连接到控制器；第一料位传感器，通过多路开关连接到控制器；第二阀门，只有阀门打开时，原料才会进入到搅拌仓，其控制信号由控制器通过开关量输出信号发出，当搅拌仓中的原料被第一料位传感器检测到时，说明搅拌仓已满，此时需要关闭第二阀门；挤出机，将搅拌好的原料输送给下一级系统；多路开关，是一种模拟多路开关，收集称重传感器、第一料位传感器、第二料位传感器的信号，并发送给控制器输入端的端口，由控制器处理传感器的信号；搅拌仓和挤出机由电机提供动力。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括有触摸屏和以太网接口，其中触摸屏可用于输入参数设置信息和输出工作状态信号；以太网接口可用于实现TCP/IP通信，实现远程访问、检测和维护。

本发明具体实施例可采用32位ARM处理器，内核是Cortex M3。具体工作过程为：控制器上电复位，将内部寄存器清零，执行自检程序，检查设备是否正常工作，如果有设备处于异常情况，将会通过蜂鸣器报警。自检完后，可通过触摸屏输入设备基本参数信息。等待原料斗装载原料，有原料进料斗后，打开第一阀门，原料将以自由落体的速度下降，通过称重传感器，计算出具体的重量，储存在控制器中，同时检测第二料位传感器，判别料位是否已满，如果料位满，则关闭第一阀门，禁止原料进入，如果未满则打开第二阀门，将原料装进搅拌仓搅拌，同时检测第一料位传感器，判别料位是否超过搅拌仓警戒线，如果超过了警戒线则关闭第一料位传感器，禁止原料进入搅拌仓，其中搅拌仓需要电机的帮助下才能完成搅拌的动作，原料搅拌完毕则可通过挤出机输出到下一环节；控制器可通过以太网接口连接到后台服务器，异常情况将可在后台服务器远程查询到。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述称重传感器为桥式称重电路，通过四个电阻的应变效应，将外界作用力产生的机械形变转化成电阻值的改变，从而通过测量电压的变化，就可以计算出电阻的变化，继而得到具体的称重值。电阻上端接5V电源，下端接称重输入激励，将桥式传感器的四路输出到AD模数转换器，其中两路接到AD模数转换器的放大器，两外两路直接接到AD转换电路中，最终得到24位高分辨率的数字信号，控制器可通过SPI接口读取到称重后的数值。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述多路开关量输出模块包括有两路相同的开关量输出电路，所述开关量输出电路包括有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一发光二极管和第一光敏三极管，所述控制器的第二输出端连接至第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端分别与第一电容的一端、第二电阻的一端连接，所述第一电容的另一端和第一发光二极管的阴极均接地，所述第二电阻的另一端连接至第一发光二极管的阳极，所述第三电阻的一端接电源，所述第三电阻的另一端通过第一光敏三极管接地，所述第三电阻的另一端作为开关量输出电路的输出端。

所述控制器的第二输出端包括有两个端口，其中一个端口通过一路开关量输出电路连接至第一阀门，另一个端口通过另一路开关量输出电路连接至第二阀门。控制器与阀门之间采用不同的工作电压，因此采用开关量输出电路可避免两个独立的电源相互干扰。如图3所示，由发光二极管是否发光来控制光敏三极管；当控制器的第二输出端的其中一个端口输出控制信号PA时，若PA为高电平时，发光二极管发光，光敏三极管有电流流过，输出低电平信号，关闭阀门；若PA为低电平时，发光二极管不发光，光敏三极管没有电流流过，输出高电平信号，打开阀门。因此通过开关量输出电路，可以隔绝两个独立的电压域之间的信号干扰，所传递的开关信号确保无任何噪声的存在。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，还包括有稳压电路，所述稳压电路的输入端用于连接电源，所述稳压电路的输出端连接至控制器的供电端。

所述稳压电路用于克服电压波动造成的不稳定因素，如图4所示，LDO稳压芯片的输入和输出端均增加滤波电容。

进一步作为优选的实施方式，所述稳压电路包括有LDO稳压芯片、第二电容、第三电容、第一电感和第四电容，所述LDO稳压芯片的输入端通过第二电容接地，所述LDO稳压芯片的输出端通过第三电容接地，所述LDO稳压芯片的输出端还连接至第一电感的一端，所述第一电感的另一端通过第四电容接地，所述第一电感的另一端作为稳压电路的输出端。

进一步作为优选的实施方式，模拟电源输入+5V电压，在输入端并联C2=0.33μF的第二电容，经过LDO稳压芯片后，输出+3.3V的数字电源，给处理器供电，LDO稳压芯片的输出不能直接接到处理器，必须经过L=10μH的第一电感，隔离高频噪声；另外，为改善电源瞬态响应，使得输出端产生瞬间变化的电流时，LDO稳压芯片仍能很好的获得响应，需要在电感两端并联C3=10μF的第三电容以及C4=0.1μF的第四电容。

参照图5，进一步作为优选的实施方式，所述电机为三相异步电机，所述电机驱动模块包括有三路相同的驱动电路，所述驱动电路包括有光耦合隔离电路、电流放大驱动电路、继电器，所述控制器的第一输出端依次通过光耦合隔离电路、电流放大驱动电路和固态继电器连接至电机的控制端，其中继电器采用固态继电器。

电机采用三相异步电机，由控制器发出三路信号控制三相电机的启动和转速，电机需要配合继电器才能使用，控制器输出的信号不能直接驱动继电器，需要由光耦合隔离电路和电流放大驱动电路来扩展输出电流以满足大功率输出要求。如图5所示，所述控制器的第一输出端包括有三个端口，PB1、PB2和PB3，其中第一个端口通过一路驱动电路连接至电机的A相，第二个端口通过一路驱动电路连接至电机的B相，第三个端口通过一路驱动电路连接至电机的C相。

进一步作为优选的实施方式，所述光耦合隔离电路包括有反相器、第四电阻、第五电阻、第二发光二极管、第二光敏三极管，所述反相器的输入端用于连接控制器的第一输出端，所述反相器的输出端依次通过第四电阻和第二发光二极管接地，所述第五电阻的一端用于接入电源，所述第五电阻的另一端通过第二光敏三极管接地，所述第五电阻的另一端连接至电流放大驱动电路的输入端。

进一步作为优选的实施方式，所述电流放大驱动电路包括有第一三极管、第二三极管、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第五电阻的另一端连接至第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端分别连接至第七电阻的一端和第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极均连接至继电器的控制端，所述第七电阻的另一端分别连接至第一三极管的射极、第二三极管的基极和第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端和第二三极管的射极均接地。

以图5中的电机A相为例，当PB1为低电平时，第四电阻上有电流流过，从而导致发光二极管发光，光敏三极管有电流流过，此时电流放大驱动电路工作，将电流放大到足以驱动继电器的工作电流，从而继电器通电，开关闭合，此时，220V交流电将通过A相流到地；当PB1为高电平时，继电器不通电，开关断开，A相不通电。通过处理器编程，对PB1、PB2以及PB3轮流输出低电平，控制相应的电机相位通电，从而让电机正常工作。

进一步作为优选的实施方式，所述继电器为固态继电器DC-SSR。

进一步作为优选的实施方式，为防止电压过高，击穿电机A/B/C相，在每一相增加一个钳制二极管，参照图5中的钳制二极管D3。

参照图6，进一步作为优选的实施方式，还包括有金属导体制成的屏蔽体，所述控制器设置于屏蔽体内，所述屏蔽体通过导线接地。

采用金属导体制成的屏蔽体可屏蔽体抑制复杂环境中产生的静电以及低频电容性耦合干扰，增加抗静电干扰能力、抗低频交变电场干扰能力。

进一步作为优选的实施方式，屏蔽体采用铜金属导体制作成，形状为长方形，将控制器电路板安装并固定在屏蔽体里面，与屏蔽体无直接接触，并将屏蔽体的外壳用导线连接到大地，从而实现静电屏蔽。

由于控制器用到的元器件较多时，地线上可能会出现较大的电位差，为了抑制电位差：进一步作为优选的实施方式，设备中电路板的电源线和地线之间接入去耦电容，过滤高频干扰和低频干扰，过滤高频干扰可采用100μF钽电容，过滤低频干扰可采用0.1μF的非电解电容。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：包括有控制器、模数转换器、称重传感器、原料斗、称重装置、第一阀门、第二阀门、多路开关、多路开关量输出模块、第一料位传感器、第二料位传感器、搅拌仓、电机驱动模块、电机和挤出机；所述原料斗、称重装置、搅拌仓和挤出机由上至下设置，所述第一阀门设置于原料斗与称重装置之间，所述第二阀门设置于称重装置与搅拌仓之间，所述控制器的第一输出端通过电机驱动模块连接至电机的控制端，所述电机与挤出机连接，所述控制器的第二输出端通过多路开关量输出模块分别连接至第一阀门和第二阀门的控制端，所述称重传感器设置于称重装置上，所述称重传感器的输出端通过模数转换器连接至控制器的第一输入端，所述第一料位传感器和第二料位传感器的输出端均通过多路开关连接至控制器的第二输入端，所述第一料位传感器设置于搅拌仓的入口，所述第二料位传感器设置于称重装置下方，所述控制器还连接有存储模块；

所述电机为三相异步电机，所述电机驱动模块包括有三路相同的驱动电路，所述驱动电路包括有光耦合隔离电路、电流放大驱动电路、固态继电器，所述控制器的第一输出端依次通过光耦合隔离电路、电流放大驱动电路和固态继电器连接至电机的控制端。

2.根据权利要求1所述的一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：所述称重传感器为桥式称重电路。

3.根据权利要求1所述的一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：所述多路开关量输出模块包括有两路相同的开关量输出电路，所述开关量输出电路包括有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一发光二极管和第一光敏三极管，所述控制器的第二输出端连接至第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端分别与第一电容的一端、第二电阻的一端连接，所述第一电容的另一端和第一发光二极管的阴极均接地，所述第二电阻的另一端连接至第一发光二极管的阳极，所述第三电阻的一端接电源，所述第三电阻的另一端通过第一光敏三极管接地，所述第三电阻的另一端作为开关量输出电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：还包括有稳压电路，所述稳压电路的输入端用于连接电源，所述稳压电路的输出端连接至控制器的供电端。

5.根据权利要求4所述的一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：所述稳压电路包括有LDO稳压芯片、第二电容、第三电容、第一电感和第四电容，所述LDO稳压芯片的输入端通过第二电容接地，所述LDO稳压芯片的输出端通过第三电容接地，所述LDO稳压芯片的输出端还连接至第一电感的一端，所述第一电感的另一端通过第四电容接地，所述第一电感的另一端作为稳压电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：所述光耦合隔离电路包括有反相器、第四电阻、第五电阻、第二发光二极管、第二光敏三极管，所述反相器的输入端用于连接控制器的第一输出端，所述反相器的输出端依次通过第四电阻和第二发光二极管接地，所述第五电阻的一端用于接入电源，所述第五电阻的另一端通过第二光敏三极管接地，所述第五电阻的另一端连接至电流放大驱动电路的输入端。

7.根据权利要求6所述的一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：所述电流放大驱动电路包括有第一三极管、第二三极管、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第五电阻的另一端连接至第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端分别连接至第七电阻的一端和第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极均连接至继电器的控制端，所述第七电阻的另一端分别连接至第一三极管的射极、第二三极管的基极和第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端和第二三极管的射极均接地。

8.根据权利要求1所述的一种塑料行业的称重配料设备，其特征在于：还包括有金属导体制成的屏蔽体，所述控制器设置于屏蔽体内，所述屏蔽体通过导线接地。