CN108344476A - 一种基于pc机的网络集成式煤样精密称量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，包括：上位机系统、通信网络、执行机构；所述上位机系统包括PC机控制单元，数据采集分析与反馈单元；所述执行机构包括煤炭样品下料单元，重量称量单元；所述通信网络包括EtherCAT运动控制网络和Modbus称重仪表通信单元。本发明实现煤样的精准、快速称量和下料、提高了称量的准确性，实现了误差低，精密度高的煤样下料；采用EtherCAT工业以太网通讯控制，实现了称重功能的现场化，使得称重性能稳定可靠，并为称量过程提供了实时监控；实现了现场称重数据的信息集成，为后期的实时监控、数据优化和化验过程奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭样品的制备领域，具体是一种基于PC机的新型网络集成式煤样精密称量系统及方法，其使用PC机进行运动控制和数据采集分析。
背景技术
当前，中国缺油、少气、富煤的资源状态决定了我国能源结构在未来很长一段时间内仍将以煤炭为主。但煤炭资源在利用过程中，引发了一系列的资源破坏和环境污染等问题，因而如何加强煤炭的清洁利用已成为国家节能降耗工作的重中之重。因此煤炭在使用前需要对煤质进行检测和分析，这是一个抽样分析的过程。遵照相关标准采集到样品后，下一个过程是制样，即把样品的粒度减小，质量也逐渐减小，直到符合实验室化验对样品的粒度和质量(重量)的要求，然后对获得的煤炭样品进行化验检测分析。煤样制备和检测环节是煤炭资源使用过程中十分重要的环节。
从目前的技术实现来看，虽然制样环节的自动化已经基本实现，但是由于煤源、煤的品种、品位和批次不同，有些煤在进入制样环节就有可能出现粘煤、堵煤、设备卡死等现象。而且提高所获得样品的可靠性和精确性仍然是目前需要努力的方向，其中很重要的一个环节就是提高煤样取样称量的精确度，以精准、快速的手段获取待化验的煤样。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于PC机的新型网络集成式煤样精密称量系统及方法，能够实现煤炭样品的自动准确下料，快速精确称量，以提高自动化作业的顺畅度和可靠性。
本发明一种基于PC机的新型网络集成式煤样精密称量系统的技术方案为：一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，包括：上位机系统、通信网络、执行机构；所述上位机系统包括PC机控制单元，数据采集分析与反馈单元；所述执行机构包括煤炭样品下料单元，重量称量单元；所述通信网络包括EtherCAT运动控制网络和Modbus称重仪表通信单元；所述PC机控制单元，通过EtherCAT运动控制网络与煤炭样品下料单元相连接，所述PC机控制单元用于远程控制煤炭样品下料单元；所述PC机数据采集分析与反馈单元通过Modbus称重仪表通信单元与重量称量单元相连接，所述PC机数据采集分析与反馈单元通过通信网络对所述重量称量单元的称量数据进行采集，然后进行分析，再将分析结果反馈给PC机控制单元；同时还将重量数据存储入数据库；所述煤炭样品下料单元对煤炭样品进行下料，所述煤炭样品在下料称量后将会进入煤样化验过程；所述重量称量单元用于对下料煤样的重量称量过程，并将称量结果通过Modbus称重仪表通信单元反馈给PC机数据采集分析与反馈单元；所述通信网络EtherCAT运动控制网络用于实现PC机控制单元之间的通信；所述Modbus仪表通信单元用于实现重量称量单元和PC机数据采集分析和反馈单元之间的通信。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述煤炭样品下料单元通讯型伺服和样品盛放装置组成，由伺服电机驱动螺旋轴，螺旋轴转动带动待下料煤炭样品从样品盛放装置下部下料。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述EtherCAT通信单元由连接在PC机上的EtherCAT运动控制卡、EtherCAT扩充模块构成，PC机通过EtherCAT通信单元完成对伺服电机的运动控制，其控制伺服电机的运转和停止来完成下料过程。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述样品盛放装置为漏斗状。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述重量称量单元主要由电子秤构成，所述煤样下料单元将煤炭样品输送到电子秤上的盛放器皿内，电子秤显示称量重量，并向PC机数据采集分析与反馈单元实时发送称量数据帧。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述电子秤采用RS232UART信号将数据帧发送给数据采集分析与反馈单元，每10BIT为一个数据帧。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述PC机数据采集分析与反馈单元和重量称量单元之间采用C#串口通信，重量称量单元将获取的重量数据通过串口的方式经由Modbus仪表通信网络发送至PC机数据采集分析与反馈单元。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述PC机在对数据进行处理的时候，数据采集分析与反馈单元通过C#编程实现称重去皮功能。
本发明还提供一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量方法，包括：一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述称量方法包括以下步骤：
S1：选取称量模式；
S2：伺服电机开启，电子秤打开；
S3：运动控制卡向伺服电机发送运动命令，执行机构下料；
S4：PC机通过Modbus仪表通信网络读取电子秤数据；
S5：判断电子秤所量的重量是否达到要求重量；如果是，则进行S6；如果否，则执行S3-S5；
S6：伺服电机运动停止，执行机构停止下料；
S7：将称量数据存入数据库；
S8：本次称量结束。
进一步地，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量方法，所述S5在判断电子秤所量的重量时包括去皮步骤。
本发明具有以下有益效果：1.实现煤样的精准、快速称量和下料，在保证了自动化称量效率的前提下，提高了称量的准确性，实现了误差低，精密度高的煤样下料。2.采用EtherCAT工业以太网通讯控制，因工业以太网的实时性强，可靠性高，实现了称重功能的现场化，使得称重性能稳定可靠，并为称量过程提供了实时监控。3.实现了现场称重数据的信息集成，为后期的实时监控、数据优化和化验过程奠定了基础。
附图说明
图1为本发明一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统结构图；
图2为本发明一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量方法流程；
图3为本发明一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统的HMI人机操作界面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合相关附图和实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
如图1所示，一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，包括：上位机系统、通信网络、执行机构；所述上位机系统包括PC机控制单元，数据采集分析与反馈单元；所述执行机构包括煤炭样品下料单元，重量称量单元；所述通信网络包括EtherCAT运动控制网络和Modbus称重仪表通信单元；所述PC机控制单元，通过EtherCAT运动控制网络与煤炭样品下料单元相连接，所述PC机控制单元用于远程控制煤炭样品下料单元；所述PC机数据采集分析与反馈单元通过Modbus称重仪表通信单元与重量称量单元相连接，所述PC机数据采集分析与反馈单元通过通信网络对所述重量称量单元的称量数据进行采集，然后进行分析，再将分析结果反馈给PC机控制单元；同时还将重量数据存储入数据库；所述煤炭样品下料单元对煤炭样品进行下料，所述煤炭样品在下料称量后将会进入煤样化验过程；所述重量称量单元用于对下料煤样的重量称量过程，并将称量结果通过Modbus称重仪表通信单元反馈给PC机数据采集分析与反馈单元；所述通信网络EtherCAT运动控制网络用于实现PC机控制单元之间的通信；所述Modbus仪表通信单元用于实现重量称量单元和PC机数据采集分析和反馈单元之间的通信。
煤炭样品下料单元通讯型伺服和样品盛放装置组成，由伺服电机驱动螺旋轴，螺旋轴转动带动待下料煤炭样品从样品盛放装置下部下料。本发明中所述样品盛放装置为漏斗状结构，方便下料。
EtherCAT通信单元由连接在PC机上的EtherCAT运动控制卡、EtherCAT扩充模块构成，PC机通过EtherCAT通信单元完成对伺服电机的运动控制，其控制伺服电机的运转和停止来完成下料过程。。
重量称量单元主要由电子秤构成，所述煤样下料单元将煤炭样品输送到电子秤上的盛放器皿内，电子秤显示称量重量，并向PC机数据采集分析与反馈单元实时发送称量数据帧。本发明中电子秤采用RS232UART信号将数据帧发送给数据采集分析与反馈单元，每10BIT为一个数据帧，帧格式如下：BIT1位起始位，BIT2～BI位T9为数据位，BIT10为停止位。
PC机数据采集分析与反馈单元和重量称量单元之间采用C#串口通信，重量称量单元将获取的重量数据通过串口的方式经由Modbus仪表通信网络发送至PC机数据采集分析与反馈单元。
本发明中，PC机在对数据进行处理的时候，数据采集分析与反馈单元通过C#编程实现称重去皮功能。
如图2所示，本发明还提供一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量方法的具体操作步骤为：
S1：选取称量模式；
S2：伺服电机开启，电子秤打开；
S3：运动控制卡向伺服电机发送运动命令，执行机构下料；
S4：PC机通过Modbus仪表通信网络读取电子秤数据；
S5：判断电子秤所量的重量是否达到要求重量；如果是，则进行S6；如果否，则执行S3-S5；
S6：伺服电机运动停止，执行机构停止下料；
S7：将称量数据存入数据库；
S8：本次称量结束。
本发明中，在上述S2与S3之间还包括去皮操作步骤。
如图3，为本发明的操作界面图，即螺旋下料的上位机操作界面。
根据螺旋下料的现场位置，通过“Position”下拉菜单选择“位置顺序”，这样可以帮助上位机定位到该伺服，从而进行通信和命令控制；“Mode”下拉菜单用于选择称量模式，如1g称量重量或0.05g称量重量等。“器皿”文本框用于显示每次称重前器皿的重量，即基准值；“毛重”文本框用于显示“煤样+器皿”的总重量；“净重”文本框用于显示煤样的净重。“Open”按钮用于建立与电子秤的通信连接；“Peel”按钮用于实现去皮操作；“Start”按钮实现开始称量。
本文所用描述以及具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
Claims (10)
1.一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，包括：上位机系统、通信网络、执行机构；其特征在于：
所述上位机系统包括PC机控制单元，数据采集分析与反馈单元；所述执行机构包括煤炭样品下料单元，重量称量单元；所述通信网络包括EtherCAT运动控制网络和Modbus称重仪表通信单元；
所述PC机控制单元，通过EtherCAT运动控制网络与煤炭样品下料单元相连接，所述PC机控制单元用于远程控制煤炭样品下料单元；
所述PC机数据采集分析与反馈单元通过Modbus称重仪表通信单元与重量称量单元相连接，所述PC机数据采集分析与反馈单元通过通信网络对所述重量称量单元的称量数据进行采集，然后进行分析，再将分析结果反馈给PC机控制单元；同时还将重量数据存储入数据库；
所述煤炭样品下料单元对煤炭样品进行下料，所述煤炭样品在下料称量后将会进入煤样化验过程；
所述重量称量单元用于对下料煤样的重量称量过程，并将称量结果通过Modbus称重仪表通信单元反馈给PC机数据采集分析与反馈单元；
所述通信网络EtherCAT运动控制网络用于实现PC机控制单元之间的通信；所述Modbus仪表通信单元用于实现重量称量单元和PC机数据采集分析和反馈单元之间的通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，其特征在于：所述煤炭样品下料单元通讯型伺服和样品盛放装置组成，由伺服电机驱动螺旋轴，螺旋轴转动带动待下料煤炭样品从样品盛放装置下部下料。
3.根据权利要求2所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，其特征在于：所述EtherCAT通信单元由连接在PC机上的EtherCAT运动控制卡、EtherCAT扩充模块构成，PC机通过EtherCAT通信单元完成对伺服电机的运动控制，其控制伺服电机的运转和停止来完成下料过程。
4.根据权利要求3所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，其特征在于：所述样品盛放装置为漏斗状。
5.根据权利要求1所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，其特征在于：所述重量称量单元主要由电子秤构成，所述煤样下料单元将煤炭样品输送到电子秤上的盛放器皿内，电子秤显示称量重量，并向PC机数据采集分析与反馈单元实时发送称量数据帧。
6.根据权利要求5所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，其特征在于：所述电子秤采用RS232UART信号将数据帧发送给数据采集分析与反馈单元，每10BIT为一个数据帧。
7.根据权利要求1所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，其特征在于：所述PC机数据采集分析与反馈单元和重量称量单元之间采用C#串口通信，重量称量单元将获取的重量数据通过串口的方式经由Modbus仪表通信网络发送至PC机数据采集分析与反馈单元。
8.根据权利要求1-7所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，其特征在于：所述PC机在对数据进行处理的时候，数据采集分析与反馈单元通过C#编程实现称重去皮功能。
9.一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量方法，包括：一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量系统，所述称量方法包括以下步骤：
S1：选取称量模式；
S2：伺服电机开启，电子秤打开；
S3：运动控制卡向伺服电机发送运动命令，执行机构下料；
S4：PC机通过Modbus仪表通信网络读取电子秤数据；
S5：判断电子秤所量的重量是否达到要求重量；如果是，则进行S6；如果否，则执行S3-S5；
S6：伺服电机运动停止，执行机构停止下料；
S7：将称量数据存入数据库；
S8：本次称量结束。
10.根据权利要求8所述的一种基于PC机的网络集成式煤样精密称量方法，其特征在于：所述S5在判断电子秤所量的重量时包括去皮步骤。
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