CN107796501A - 一种多物料混合称量系统及其控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多物料混合称量系统，包括至少三个物料称量设备以及与各物料称量设备相连接的控制装置。所述的物料称量设备用于对各种物料混合搅拌前的称量计算，针对不同物料，各自称量精度有所不同；而所述的控制装置则用于控制各物料的混合比例，控制器对各控制装置进行驱动控制，即设备启动和关闭；本发明还公开一种多物料混合称量控制器。所述控制器基于嵌入式平台搭建，主要实现功能包括：根据混合比例设定各物料目标计量值、获取各物料称量的计量初值(供后期统计分析用)、获取混合搅拌称量的目标信号、将获得的信号进行分析处理向PLC工控机输出控制信号、对混合称量过程提供可视化操作并分析相应产品的产量输出和原料的用量情况。

Description

一种多物料混合称量系统及其控制器

技术领域

本发明涉及工程机械物料混合配比行业，特别涉及一种粉煤灰新型墙板生产物料的配比过程，混凝土原料混合搅拌称量系统及其控制器。

背景技术

目前，按比例称量给料设备已经广泛应用与建材、冶金、化工、电力、医药和食品等行业中。不过现有的称量配比控制方案难于兼顾配比精度和称量混合速度。如工程机械行业则在保证混合速度的前提下适当优化称量配比精度，但仍不足够精细。

在建材行业中，粉煤灰复合墙板从水泥生料原材料入磨、传送、称量混合搅拌再到注模成型，其中称量混合阶段的物料配比对最后成型的墙板质量具有重要意义，因此需要对称量混合系统实现持续、稳定、高精度、高效率的要求。本发明基于这样的背景下提出一种多物料混合称量系统及其控制器设计，以实现物料高精度和高效率的称量配备。

发明内容

本发明提出一种多物料混合称量系统及其控制器设计方法，目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种稳定、高精度、高效率的混合称量系统设计方法。

第一方面，本发明公开一种多物料混合称量系统，包括至少三个物料称量设备以及与各物料称量设备相连接的控制装置。所述的物料称量设备用于对各种物料混合搅拌前的称量计算，针对不同物料，各自称量精度有所不同；而所述的控制装置则用于控制各物料的混合比例，控制器对各控制装置进行驱动控制，即设备启动和关闭(如蝶阀和电机的启动和关断)。

上述多物料混合称量系统中，物料称量设备包括原物料称量设备部分和混合搅拌称量设备部分。其中在混合搅拌前，对各自原物料进行相应的称量操作，得到各物料的目标计量初值；然后根据所需混合比例对各物料进行给料输送进入混合搅拌罐，对混合搅拌罐的称量则由混合搅拌称量设备进行，而该称量设备部分得到的计量值也是控制器的控制信号，根据混合称量得到的计量值来对各自控制装置进行操作，结合原物料称量计量值的反馈，联合控制阀门开断以达到要求的混合比例。

而上述多物料混合称量系统中，控制装置包括各物料的控制阀和螺旋送料机以及嵌入式控制器和PLC工控机。嵌入式控制器负责对物料称量设备的计量信号进行算法控制，然后输出比例信号控制PLC工控机；PLC工控机，主要是工业生产线中的总工控机，接收到嵌入式控制器输出的比例信号，对各物料控制阀和螺旋给料机进行控制操作，并根据嵌入式控制器的比例信号调整控制策略，以达到最佳的混合搅拌效果。

第二方面，本发明还公开一种多物料混合称量控制器。所述控制器基于嵌入式平台搭建，主要实现功能包括：根据混合比例设定各物料目标计量值、获取各物料称量的计量初值(供后期统计分析用)、获取混合搅拌称量的目标信号、将获得的信号进行分析处理向PLC工控机输出控制信号、对混合称量过程提供可视化操作并分析相应产品的产量输出和原料的用量情况。

上述多物料混合称量控制器由嵌入式处理器为核心，结合外围模块(如信号收发、触摸屏等模块)，搭载Linux或其他嵌入式系统，构建出嵌入式控制器。该控制器的核心功能是处理称重信号，并向PLC工控机发送控制信号，提高控制精度；辅助功能则是为作业人员提供可视化操作。

本发明相对于现有技术，首先在控制精度上有所提升。在现有技术中，混合称量系统不设单独控制器对其进行优化控制，而直接是通过PLC工控机接收称重信号，根据设定目标值控制电机和蝶阀的开动和关断。而本发明中增加嵌入式控制器对称量信号进行分析处理，优化计算，再将优化后的信号传给PLC工控机，提高了混合配重的控制精度。其次，在嵌入式控制器中提供可视化操作，如物料配比设定、进出量分析，供作业人员进行现场调整设定，并直接反映配比混合称量的情况，提高了生产效率。由此可以看出，本发明实现了对多物料混合配比的“高精度、高效率”称量控制。

附图说明

图1是本发明物料混合称量系统及其控制器的结构框图；

图2是本发明物料混合称量系统及其控制器实施例的单物料称量设备结构示意图；

图3是本发明物料混合称量系统及其控制器实施例的送料控制装置；

图4是本发明物料混合称量系统及其控制器实施例的混合搅拌罐称量设备；

图5是本发明物料混合称量系统及其控制器实施例的控制流程图；

图6是实施例中嵌入式控制器的控制策略流程图；

图7是实施例中控制装置的控制关系示意图；

图8是嵌入式控制器的可视化操作界面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，本发明的实施方式不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，图1为本发明物料混合称量系统及其控制器实施例的结构框图。该实施例中，物料混合称量系统包括物料1、物料2、物料3、混合搅拌罐称量设备，以及与各物料称量设备相连接的控制装置部分(电磁蝶阀和螺旋送料机)。物料1、物料2、物料3的称量信号都集中由嵌入式控制器进行信号滤波、分析处理，然后根据设定的物料配比(物料1：物料2：物料3)，得到输出控制信号。嵌入式控制器将控制信号传给PLC工控机(即生产设备的总控制柜)，然后由PLC工控机根据信号精度控制各自物料蝶阀的开启和闭合以及螺旋送料机的启动和停止。每输送一种物料至混合搅拌罐时，混合搅拌罐实时进行称量测重，将混合搅拌罐内物料的重量实时反馈给嵌入式控制器，嵌入式控制器实时调整控制策略，并根据混合称重信号可以对控制装置进行提前开启或关闭。由此可以看出，本发明可实现多物料混合配比的高精度、高效率、稳定过程。就图1的物料称量设备可以有多种选择方式，下面结合图2，对其中一种称量设备实现方式做详细说明。

参照图2，图2为本发明实施例中单个物料称量设备的结构示意图。如图2所示，单个物料称量设备主要包括储料仓201、横梁式称重传感器组202以及下料口203。储料仓201负责储存各种原料，实施例中的仓体为圆柱体。称重传感器组202，一组由三个传感器并联，三个传感器分别为固定式、半浮动式、浮动式称重传感器。三个传感器组合为一组可使得称重系统避免受热胀冷缩的影响。传感器采集各物料的质量信号，经过重量变送器转化为4～20mA电信号传送给嵌入式控制器。下料口203与送料控制装置的电磁蝶阀相连接，送料控制装置结构示意图如图3所示。下面结合图3，对本发明实施例的一种送料装置进行说明。

参照图3，图3为本发明实施例的送料控制装置包括上接储料仓的电磁蝶阀301、下接混合搅拌罐的电磁蝶阀302、螺旋电机303以及螺旋送料装置304，而各机械构件又PLC工控机进行启动和关闭控制。经嵌入式控制器接收处理称重传感器的质量信号，PLC工控机开启电磁蝶阀301，进行粗放料，然后启动螺旋电机303进行送料，并开启电磁蝶阀302将原料加入混合搅拌罐。根据设定的配比信息，在结合混合搅拌罐和储料仓的质量信号，经由嵌入式控制器确定提前关门量。PLC工控机提前关闭电磁蝶阀301，停止放料；螺旋送料机将余料送入搅拌罐，然后再根据搅拌罐内实时测的重量，对电磁蝶阀301、302进行点动控制，以提高物料控制精度。

图4为本发明实施例中的混合搅拌罐称量设备的结构示意图，其本质上与单个物料称量设备一致，都由储料仓401和横梁式称重传感器组402等部分。图2、图3、图4结合为本发明实施例中的一套生产设备。而嵌入式控制器作为称量系统的控制核心，下面将结合图5、6、7、8对称重配料系统的控制策略进行说明。

参照图5，图5为本发明实施例的控制流程图。当系统启动时，混合搅拌罐为空，先对物料1进行给料操作。然后采集物料1储料仓的物料质量以及混合搅拌罐内的物料质量，在嵌入式控制器中，进行判断控制，当物料1称重重量等于目标设定值(即物料配比)时，嵌入式控制器对PLC工控机传达关闭阀门电机的指令，否则继续给料。物料1给料完成后，对物料2进行类似操作，根据物料2的配比精度进行相应算法策略调整，值得注意的是此时混合搅拌罐中已有物料1，因此在嵌入式控制器将对混合搅拌罐的质量称量进行零点重置。完成各种物料给料操作后，对混合搅拌罐内的物料进行搅拌混合操作。嵌入式控制的控制策略将结合图6进行说明。

图6为本发明实施例中嵌入式控制器的控制策略流程图。影响物料配比控制精度的因素可归结为空中余料的随机变化(落差、过冲量、物料的不均匀性)。为了防止配料过冲，通常采用提前关闭给料发明的方法，即在达到设定的重量值之前就提前关闭给料阀门。因此确定关门提前量便成为配料精度控制的关键之一。所以本发明实施例中的嵌入式控制器选用迭代自学习控制方法来确定关门提前量。根据当前实际重量和设定重量的偏差作为反馈，实时修正给料阀门的关门提前量，从而形成按偏差控制的反馈控制系统模型。每次配料时就可以用上次修正后的提前关门量来提前关闭阀门，如此反复训练，不断优化，从而实现关门后混合搅拌罐内物料重量值逼近给定值。

图7为本发明实施例中控制装置的控制关系示意图。如图7所示，嵌入式控制器作为第一控制器，负责采集各物料信号，然后根据采集得到的信号数据对PLC工控机进行指令操作。PLC工控机作为本系统的第二控制器，负责对各物料设备的电磁阀门和螺旋电机进行控制。在配料控制过程中，嵌入式控制器一直采集物料质量进行反馈处理，以达到更优的控制效果。

图8为本发明实施例中嵌入式控制器的可视化操作界面示意图。本发明的核心为称重系统的控制器，除了对控制策略的优化选择之外，还实现对混合称量过程进行可视化操作。如图8所示，为嵌入式控制器搭载触摸屏上显示的可操作选项，包括各物料目标显示框801、各物料目标重量设定键802、物料配比设定键803、物料质量与运行时间坐标界面804、物料质量-时间显示键805、物料给料(或搅拌)键806。在可视化界面中，作业人员可以查看各物料的重量，并根据生产要求设定物料目标重量以及物料配比，同时可对物料配重进行手动调节，并且能在操作界面上直观看到物料重量和时间的一个关系图，从而对物料的进出量以及生产作分析预估，从而提高生产效率，方便原料产能分析。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多物料混合称量系统，其特征在于，系统包括物料1、物料2、物料3、混合搅拌罐称量设备，以及与各物料称量设备相连接的控制装置部分，所述物料1、物料2、物料3的称量信号都集中由嵌入式控制器进行信号滤波、分析处理，然后根据设定的物料配比得到输出控制信号，所述物料配比为物料1：物料2：物料3，嵌入式控制器将控制信号传给生产设备的总控制柜PLC工控机，然后由PLC工控机根据信号精度控制各自物料蝶阀的开启和闭合以及螺旋送料机的启动和停止。

2.根据权利要求1所述的一种多物料混合称量系统，其特征在于，所述控制装置部分为电磁蝶阀和螺旋送料机。

3.根据权利要求1所述的一种多物料混合称量系统，其特征在于，采用储料罐存放各物料，并使用称重传感器称量计算各物料的初始值，然后根据设定的混合比例以及配料精度，通过控制装置往混合搅拌罐进行送料操作。

4.根据权利要求3所述的一种多物料混合称量系统，其特征在于，称量初始值以及比例控制器则通过嵌入式控制器进行数据处理，利用迭代自学习控制算法对输入信号进行优化处理并得到精确的输出信号，以控制PLC工控机，根据不同精度的称量信号，驱动不同物料称量设备的启动与关闭。

5.根据权利要求4所述的一种多物料混合称量系统，其特征在于，在嵌入式控制器上搭载触摸屏，以达到可视化操作效果，通过嵌入式控制器上的可视化操作界面，能直观反映称量过程并能在操作平台上进行直接操作，嵌入式控制器作为第一控制器，负责采集各物料信号，然后根据采集得到的信号数据对PLC工控机进行指令操作，PLC工控机作为本系统的第二控制器，负责对各物料设备的电磁阀门和螺旋电机进行控制，在配料控制过程中，嵌入式控制器一直采集物料质量进行反馈处理，以达到更优的控制效果。