CN111231094B - 一种蒸压加气混凝土制品生产线系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸压加气混凝土制品生产线系统及其控制方法，涉及蒸压加气混凝土制造技术领域。本发明的球磨机内设置有球磨机健康实时监控单元；搅拌机内设置搅拌控制单元；球磨机球磨机健康实时监控单元通过第一PLC控制器、料浆密度调制单元通过第二PLC控制器经第一上位机、搅拌控制单元通过第三PLC控制器经第二上位机、红外激光传感器和胚体硬度检测仪通过第四PLC控制器、工业相机、污水收集器、红外传感器、分垛吊机、分拣机器人与系统控制服务器相连。本发明解决了生产线人工手动控制设备运行带来的运行效率低、安全可靠性低以及产能低等问题。通过微分控制计量等方式降低了企业的生产和允许成本。
Description
技术领域
本发明属于蒸压加气混凝土制造技术领域，特别是涉及一种蒸压加气混凝土制品生产线系统以及一种蒸压加气混凝土制品生产线系统的控制方法。
背景技术
目前国内蒸压加气混凝土生产线大多采用人工控制，少部分企业自我升级成单机版PLC分布式控制，但是生产线控制还是传统的人工手动控制；不仅没有实际解决减员增效的目的，也导致因为生产线由于人为因素过多干预使产品的品质缺乏稳定；同时也对工厂埋下不少的安全生产隐患。因此针对以上问题，提供一种蒸压加气混凝土制品生产线系统及其控制方法具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种蒸压加气混凝土制品生产线系统及其控制方法，解决了以上问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的一种蒸压加气混凝土制品生产线系统，包括砾石原料存储罐、输送砾石原料的计量输送设备、接收输送砾石进行磨碎的球磨机、接收球磨机内渣浆进行过滤后输送的过滤池、由渣浆泵接收来自过滤池和其它原料罐内的原料进行混合存储的料浆储罐、通过螺旋输送机接收料浆进行搅拌的搅拌机、载有模具用于浇筑料浆成坯体的模具车、用于对成坯进行切割的切割机组、用于对切割完毕成坯进行输送的切割机输小车、由切割机输小车接收成坯进行蒸压反应的蒸压釜、蒸压完毕用于对蒸养车和胚体输出至回程轨道的出釜摆渡车、输送至自动打包设备的包装线；
所述球磨机内设置有球磨机健康实时监控单元；
所述渣浆泵设置于过滤池内，通过管路与其它原料罐和料浆储罐相连，所述其它原料罐的每一罐体与过滤池之间连接的管道上设置有第二阀门组精准定量控制入料，且每一罐体上通过支撑架安装有第二称重传感器对罐体内原料进行称重测量；所述料浆储罐内设置有用于检测内部液位高度的第一液位传感器，且与过滤池之间连接的管路上安装有第一阀门组精准定量控制入料，以及料浆密度计算仪进行实时料浆密度测量；所述料浆储罐的罐体上通过支撑架安装有第一称重传感器对罐体内料浆进行称重测量；所述第一阀门组、料浆密度计算仪、第一液位传感器、第一称重传感器、第二称重传感器、渣浆泵、第二阀门组共同构成料浆密度调制单元；
所述搅拌机内设置搅拌控制单元，包括对搅拌混合物进行实时温度检测的第二温度传感器、对搅拌机的电机进行实时监测的转速传感器、对搅拌时间进行记录的计时器；
所述模具车在装载浇筑后的坯体进行运输的道路上设置有安装了红外激光传感器的翻转吊机对模具车内的坯体有以及该坯体是否符合切割工艺进行检测，以及安装了胚体硬度检测仪的支架，所述胚体硬度检测仪用于对坯体进行硬度检测；所述切割机组用于对达到硬度的坯体进行切割；
所述切割机输小车在装载切割完毕的坯料输送至蒸压釜的过程中，由搭载于产品检测龙门架上的工业相机，对生产的产品规格进行检测，并根据生产计划单，将不同规格的半成品砌块或板材安装生产计划单进行分类编组，等待蒸压；
所述蒸压釜底部设置有用于疏水或排污的污水收集器；
所述出釜摆渡车所经过的回程轨道上通过回程轨道龙门架安装若干红外传感器对侧板和出釜编组的成品进行检测；所述回程轨道上安装有分垛吊机根据蒸养车上产品的实际状况选择吊取产品进行分掰工作，所述包装线上设置有对不合格产品进行更换操作的分拣机器人；
所述球磨机球磨机健康实时监控单元通过第一PLC控制器、料浆密度调制单元通过第二PLC控制器经第一上位机、搅拌控制单元通过第三PLC控制器经第二上位机、红外激光传感器和胚体硬度检测仪通过第四PLC控制器、工业相机、污水收集器、红外传感器、分垛吊机、分拣机器人与系统控制服务器相连。
进一步地，所述球磨机健康实时监控单元包括采集球磨机运行电流并判断内部研磨体是否在标准生产范围内的电流检测传感器，以及测定球磨机两端轴瓦/轴承温度判断轴瓦/轴承磨损以及润滑状态的第一温度传感器。
进一步地，所述其它原料罐包括水泥罐、石灰罐、废浆罐、铝粉罐、水罐，所述第二阀门组采用与其它原料罐各罐体分别相连的电磁阀。
进一步地，所述料浆密度计算仪包括由支座进行固定安装的U形密度管道，所述U形密度管道的两管口：管口A、和管口B分别与料浆储罐与过滤池之间连接管路上通过橡胶软连接进行接通，且所述U形密度管道的凹部朝下设置，中间位置安装有料浆密度传感器，所述料浆密度传感器采用SEN8100型料浆含水浓度传感器。
进一步地，所述胚体硬度检测仪包括固定安装于支架的上顶部底板下方的套筒、固定安装于套筒内顶面上的第一压力传感器、设置于套筒内且底部设置有压力探头的归位弹簧；所述压力探头位于套筒外端部，用于对模具车内装载的坯体进行硬度检测；所述第一压力传感器采用薄膜压力传感器。
进一步地，所述污水收集器包括通过连接管连接于蒸压釜底部的积水罐，所述积水罐内设置有用于水位测量的第二液位传感器，内顶部和底部分别安装有第三温度传感器，内顶部安装有第二压力传感器，底部连通有安装了疏水阀和电动蝶阀的排出管。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括料浆密度自动测定方法以AI调配方法、料浆调度和配料方法；
料浆密度自动测定方法以AI调配方法：计算依据已知管道内体积V1，在料浆通过时通过料浆密度传感器测定出该时段的料浆质量m1，此时料浆密度多次采集计算得出若干实时密度ρ1，ρ2...ρn；在料浆通过料浆密度计算仪后料浆密度传感器采集若干实时料浆密度，服务器会依次记录，通过加权平均算法计算出储罐内料浆的混合密度ρh；
得出的ρh与上位机人工设定的料浆合格参数ρS或者AI系统自动生成的ρAI进行比较，若ρh＞ρS(ρAI)系统将自主判断为高密度状态，并在虚拟系统中做好储罐标记；若ρh＜ρS(ρAI)系统将自主判断为低密度状态，并在虚拟系统中做好储罐标记；
当系统得到两个或两个以上料浆储罐(小于实际生产工艺中储罐数量，一般为生产实际中储罐数量减1)为高密度状态，该子系统第二PLC控制器将对服务器发出协同指令，要求源头设备(即球磨机)调整水料混合比(该混合比由系统自动生成)，获得更低密度的料浆，在后期进行高、低密度混合，从而满足ρh＝ρS(ρAI)的生产要求；当系统得到一个或多个高密度状态和一个或多个低密度状态的储罐时，系统将自行在过渡池内进行高、低密度混合从而满足ρh＝ρS(ρAI)的生产要求；该子系统完成ρh＝ρS(ρAI)的调配后系统将调好的料浆移交至料浆调度系统；
料浆调度和配料方法：调配好的料浆将由料浆调度系统统一分配至配料楼中间储罐中进行生产备用，每个中间储罐上方均安装有第一液位传感器(402)实时监控中间储罐内的料浆状态；第一液位传感器(402)检测到中间储罐内的实时料浆液位Ls低于设定的最低料浆液位Lmin时，系统将自动开启第一阀门组和渣浆泵进行料浆补充；当实时料浆液位Ls高于设定的最高料浆液位Lmax时，渣浆泵(503)和第一阀门组(403)自动关闭；该系统也可以指定补充料浆，即可在第一上位机上设置中间储罐的料浆密度参数，系统会自动补充对应的料浆密度；
系统服务器会根据自定义配方参数或AI配方参数对原材料(水泥、石灰、料浆、废浆、铝粉、水等)进行自动计量，第二PLC控制器根据第二上位机中设定的配方参数或AI自动生成的配方参数对相应的第二阀门组(504)的电磁阀和螺旋输送机变频器下达启动和停止指令，变频器收到指令后驱动螺旋输送机进行工作，整个计量过程采用积分控制方法，以保证计量的准确性和减低生产成,每个计量称下方设置三个称重传感器进行数据采集。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括坯体硬度检测及切割机切割控制方法：
在系统服务器程序中设置好坯体静停硬度Hs，坯体硬度检测仪会循环定期对静停室内的坯体进行检测，当检测的硬度Hc≥Hs时系统将该模坯体定义为可切割坯体，并记录系统时间Tc，同时向服务器发出协同指令，要求静停(切割)摆渡车将坯体运输至切割轨道上等待切割，同时空出静停模位，并标记该模位为空，将状态信息发至服务器，待其他系统调用；若同时有多模坯体硬度Hc≥Hs时，系统会根据它们各自的系统时间Tc1……Tcn进行第二次条件筛选，时间长的优先等级高，多组系统会自我判断，选出优先等级高的，将位置信息发送至服务器请求协调，服务器会按照优先等级大的优先处理原则进行协调；
翻转吊机通过传感器自主判断模具车内是否有坯体和坯体高度是否满足切割工艺要求；翻转吊机大梁位设置红外激光传感器对模具车内坯体进行检测，红外激光传感器会将检测数据通过模拟信号形式发送至服务器，服务器判定无坯体，标记该模具车为空模具车，下达指令给翻转吊机将模具车吊运至空模具回程道，或服务器判定为满模符合切割工艺坯体，标记该模为合格模具车，下达指令给翻转吊机将模具车吊运至切割机组等待切割，亦或者服务器判定为不合格坯体，标记该模具车为不合格模具车，将对生产经营管理人员发送警报信息；合格的坯体由服务器下达指令给切割机分系统的第四PLC控制器,完成切割工序。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括智能排污及输水方法：
当污水收集器内冷凝水液位高于用户设定的工艺高度时系统将通过液位传感器收集积水罐内实时冷凝水数据，结合工艺要求系统自动调整电动蝶阀开度，进行疏水或排污。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括产品质量检测方法：
出釜后的成品会依次经过一台安装有工业相机的产品检测龙门架，工业相机全方位扫描产品，获得产品外形轮廓模型，对比服务器内合格产品轮廓模型，标记出不合格品所在位置；将不合格品位置信息发送至服务器内存储，服务器会根据不合格品位置信息协同釜后打包设备进行跟换合格品；出釜后的成品将通过由服务器统一调度控制的自动分掰和自动打包设备，收集整理服务器发来的不合格产品位置信息，通过分拣机器人对不合格产品进行更换；具体为：釜后摆渡车上安装的红外传感器检测出釜编组的成品，出釜摆渡车将蒸养车以及坯体运输至回程轨道上，回程轨道上安装六个红外传感器对侧板和产品进行检测，红外传感器检测后的数据传送至服务器，服务器向分垛吊机发送协同指令，分垛吊机收到协同指令后，会根据蒸养车上产品的实际状况选择吊取产品进行分掰工作，分掰后的产品输送至包装线上，此时分拣机器人会根据服务器发来的不合格产品位置指令对不合格产品进行更换。
本发明相对于现有技术包括但不限于有以下有益效果：
1、真正实现整厂自动化控制，每个生产节拍高度契合；
2、减员增效：不仅减少了人力成本，因为是自动化生产，便可以轻松实现不间断的连续生产，大大提高了工厂的效益；
3、产品品质稳定可靠：由于是全线自动化生产线，因此可以在生产中剔除了人为的干扰因素，使产品的生产工艺、节拍固定并且唯一，保证产品的品质稳定、可靠；
4、杜绝生产安全隐患：本发明不仅因是全自动没有人干预消除安全隐患，更重要的是本发明在生产线上易发安全事故处设有联锁装置，从系统中解决了造成安全事故的可能性；
5、经济效益：本发明的经济效益主要来自以下：
(1)人力成本；
(2)产品品质的稳定使废品率减低；
(3)杜绝安全隐患。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种蒸压加气混凝土制品生产线系统的整体结构示意图；
图2为图1的控制系统的结构框架图；
图3为图1中作用于料浆储罐和其它原料罐上的料浆密度调制单元的结构示意图；
图4为图3的结构简图；
图5为图3中料浆密度计算仪的结构示意图；
图6为胚体硬度检测仪对模具车待检胚体进行硬度检测状态示意图；
图7为图6中胚体硬度检测仪的结构示意图；
图8为切割机组上安装红外激光传感器的结构示意图；
图9图1中污水收集器的结构示意图；
图10为安装有工业相机的产品检测龙门架对成品进行检测的状态图；
图11为安装有红外传感器的回程轨道龙门架对出釜摆渡车上的产品进行检测的状态图；
图12为图11的结构左视图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-料浆密度计算仪，101-产品检测龙门架，102-料浆密度传感器，103-支座，2-胚体硬度检测仪，201-套筒，202-归位弹簧，203-第一压力传感器，204-压力探头，3-污水收集器，301-积水罐，302-第二压力传感器，303-第三温度传感器，304-第二液位传感器，305-疏水阀，306-电动蝶阀，4-料浆储罐，401-第一称重传感器，402-第一液位传感器，403-第一阀门组，5-其它原料罐，501-第二称重传感器，502-过滤池，503-渣浆泵，504-第二阀门组，6-螺旋输送机，7-模具车，8-切割机组，801-红外激光传感器，9-蒸压釜，10-产品检测龙门架，1001-工业相机，11-出釜摆渡车，1101-红外传感器，1102-回程轨道龙门架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“底部”、“中间位置”、“顶部”、“凹部”、“朝下位置”、“顶面”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-12所示，本发明的一种蒸压加气混凝土制品生产线系统，包括砾石原料存储罐、输送砾石原料的计量输送设备、接收输送砾石进行磨碎的球磨机、接收球磨机内渣浆进行过滤后输送的过滤池502、由渣浆泵503接收来自过滤池502和其它原料罐5内的原料进行混合存储的料浆储罐4、通过螺旋输送机6接收料浆进行搅拌的搅拌机、载有模具用于浇筑料浆成坯体的模具车7、用于对成坯进行切割的切割机组8、用于对切割完毕成坯进行输送的切割机输小车、由切割机输小车接收成坯进行蒸压反应的蒸压釜9、蒸压完毕用于对蒸养车和胚体输出至回程轨道的出釜摆渡车11、输送至自动打包设备的包装线；
球磨机内设置有球磨机健康实时监控单元；渣浆泵503设置于过滤池502内，通过管路与其它原料罐5和料浆储罐4相连，其它原料罐5的每一罐体与过滤池502之间连接的管道上设置有第二阀门组504精准定量控制入料，且每一罐体上通过支撑架安装有第二称重传感器501对罐体内原料进行称重测量；料浆储罐4内设置有用于检测内部液位高度的第一液位传感器402，且与过滤池502之间连接的管路上安装有第一阀门组403精准定量控制入料，以及料浆密度计算仪1进行实时料浆密度测量；料浆储罐4的罐体上通过支撑架安装有第一称重传感器401对罐体内料浆进行称重测量；第一阀门组403、料浆密度计算仪1、第一液位传感器402、第一称重传感器401、第二称重传感器501、渣浆泵503、第二阀门组504共同构成料浆密度调制单元；
搅拌机内设置搅拌控制单元，包括对搅拌混合物进行实时温度检测的第二温度传感器、对搅拌机的电机进行实时监测的转速传感器、对搅拌时间进行记录的计时器；
模具车7在装载浇筑后的坯体进行运输的道路上设置有安装了红外激光传感器801的翻转吊机对模具车7内的坯体有以及该坯体是否符合切割工艺进行检测，以及安装了胚体硬度检测仪2的支架，胚体硬度检测仪2用于对坯体进行硬度检测；切割机组8用于对达到硬度的坯体进行切割；
切割机输小车在装载切割完毕的坯料输送至蒸压釜9的过程中，由搭载于产品检测龙门架10上的工业相机1001，对生产的产品规格进行检测，并根据生产计划单，将不同规格的半成品砌块或板材安装生产计划单进行分类编组，等待蒸压；
蒸压釜9底部设置有用于疏水或排污的污水收集器3；
出釜摆渡车11所经过的回程轨道上通过回程轨道龙门架1102安装两个红外传感器1101对侧板和出釜编组的成品进行检测；回程轨道上安装有分垛吊机根据蒸养车上产品的实际状况选择吊取产品进行分掰工作，包装线上设置有对不合格产品进行更换操作的分拣机器人；
球磨机球磨机健康实时监控单元通过第一PLC控制器、料浆密度调制单元通过第二PLC控制器经第一上位机、搅拌控制单元通过第三PLC控制器经第二上位机、红外激光传感器801和胚体硬度检测仪2通过第四PLC控制器、工业相机1001、污水收集器3、红外传感器1101、分垛吊机、分拣机器人与系统控制服务器相连。
其中，球磨机健康实时监控单元包括采集球磨机运行电流并判断内部研磨体是否在标准生产范围内的电流检测传感器，以及测定球磨机两端轴瓦/轴承温度判断轴瓦/轴承磨损以及润滑状态的第一温度传感器。
其中，其它原料罐5包括水泥罐、石灰罐、废浆罐、铝粉罐、水罐，第二阀门组504采用与其它原料罐5各罐体分别相连的电磁阀。
其中，料浆密度计算仪1包括由支座103进行固定安装的U形密度管道101，U形密度管道101的两管口：管口A、和管口B分别与料浆储罐4与过滤池502之间连接管路上通过橡胶软连接进行接通，且U形密度管道101的凹部朝下设置，中间位置安装有料浆密度传感器102，料浆密度传感器102采用SEN8100型料浆含水浓度传感器。
智能搅拌浇筑系统，传统搅拌和浇筑是由人工控制搅拌机工作，所有的参数化数据均有人工肉眼监控，劳动强度大，出错率高，导致产品的质量稳定性差。而智能搅拌浇筑系统由传感器监控代替人工肉眼监控，集成了条件化程序。只需在上位机上设置生产工艺参数，如搅拌时间，搅拌温度等等工艺条件。系统会自动执行符合工艺要求的搅拌程序，从启停浇筑搅拌机到工艺条件判断均有该子系统PLC完成，无需人工干预。浇筑完毕后自动生成原材料使用报表、浇筑参数报表等生产报表。
其中，胚体硬度检测仪2包括固定安装于支架的上顶部底板下方的套筒201、固定安装于套筒201内顶面上的第一压力传感器203、设置于套筒201内且底部设置有压力探头204的归位弹簧202；压力探头204位于套筒201外端部，用于对模具车7内装载的坯体进行硬度检测；第一压力传感器203采用薄膜压力传感器。
其中，污水收集器3包括通过连接管连接于蒸压釜9底部的积水罐301，积水罐301内设置有用于水位测量的第二液位传感器304，内顶部和底部分别安装有第三温度传感器303，内顶部安装有第二压力传感器302，底部连通有安装了疏水阀305和电动蝶阀306的排出管。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括料浆密度自动测定方法以AI调配方法、料浆调度和配料方法；
料浆密度自动测定方法以AI调配方法：计算依据已知管道内体积V1，在料浆通过时通过料浆密度传感器102测定出该时段的料浆质量m1，此时料浆密度多次采集计算得出若干实时密度ρ1，ρ2...ρn；在料浆通过料浆密度计算仪1后料浆密度传感器102采集若干实时料浆密度，服务器会依次记录，通过加权平均算法计算出储罐内料浆的混合密度ρh；
得出的ρh与上位机人工设定的料浆合格参数ρS或者AI系统自动生成的ρAI进行比较，若ρh＞ρS(ρAI)系统将自主判断为高密度状态，并在虚拟系统中做好储罐标记；若ρh＜ρS(ρAI)系统将自主判断为低密度状态，并在虚拟系统中做好储罐标记；
当系统得到两个或两个以上料浆储罐4(小于实际生产工艺中储罐数量，一般为生产实际中储罐数量减1)为高密度状态，该子系统第二PLC控制器将对服务器发出协同指令，要求源头设备(即球磨机)调整水料混合比(该混合比由系统自动生成)，获得更低密度的料浆，在后期进行高、低密度混合，从而满足ρh＝ρS(ρAI)的生产要求；当系统得到一个或多个高密度状态和一个或多个低密度状态的储罐时，系统将自行在过渡池内进行高、低密度混合从而满足ρh＝ρS(ρAI)的生产要求；该子系统完成ρh＝ρS(ρAI)的调配后系统将调好的料浆移交至料浆调度系统；
料浆调度和配料方法：调配好的料浆将由料浆调度系统统一分配至配料楼中间储罐中进行生产备用，每个中间储罐上方均安装有第一液位传感器402实时监控中间储罐内的料浆状态；第一液位传感器402检测到中间储罐内的实时料浆液位Ls低于设定的最低料浆液位Lmin时，系统将自动开启第一阀门组403和渣浆泵503进行料浆补充；当实时料浆液位Ls高于设定的最高料浆液位Lmax时，渣浆泵503和第一阀门组403自动关闭；该系统也可以指定补充料浆，即可在第一上位机上设置中间储罐的料浆密度参数，系统会自动补充对应的料浆密度；
系统服务器会根据自定义配方参数或AI配方参数对原材料(水泥、石灰、料浆、废浆、铝粉、水等)进行自动计量，第二PLC控制器根据第二上位机中设定的配方参数或AI自动生成的配方参数对相应的第二阀门组504的电磁阀和螺旋输送机变频器下达启动和停止指令，变频器收到指令后驱动螺旋输送机进行工作，整个计量过程采用积分控制方法，以保证计量的准确性和减低生产成,每个计量称下方设置三个称重传感器进行数据采集。
计量过程积分控制方法理论算法：在稳态运行中，PLC控制器调节输出值，使偏差(e)为零。偏差是设定值(所需工作点)与过程变量(实际工作点)之差。控制的原理基于以下方程，输出M(t)是比例项、积分项和微分项的函数：输出＝比例项+积分项+微分项
M(t)＝KC*e+KC0∫te dt+Minitial+KC*de/dt；
其中：
| M(t) | 回路输出(时间的函数)； |
| Kc | 回路增益； |
| e | 回路偏差(设定值与过程变量之差)； |
| Minitial | 回路输出的初始值； |
其中，要在数字计算机中执行该控制函数，必须将连续函数量化为偏差值的周期采样，并随后计算输出。数字计算机解决方案所基于的相应方程如下：输出＝比例项+积分项+微分项；
Mn＝Kc*en+KI*1∑n+Minitial+KD*(en-en-1)；
其中：
| Mn | 采样时间n时回路输出的计算值； |
| Kc | 回路增益； |
| en | 采样时间n时的回路偏差值； |
| en-1 | 前一回路偏差值(采样时间n-1时) |
| KI | 积分项的比例常量 |
| Minitial | 回路输出的初始值 |
| KD | 微分项的比例常量 |
从该公式中可以看出，积分项是从第一次采样到当前采样所有偏差项的函数。微分项是当前采样和前一次采样的函数，而比例项仅是当前采样的函数。在数字计算机中，存储偏差项的所有采样既不实际，也没有必要。
因为从第一次采样开始，每次对偏差进行采样时数字计算机都必须计算输出值，因此仅需存储前一偏差值和前一积分项值。由于数字计算机解决方案具有重复特性，因此可以简化在任何采样时间都必须求解的方程。简化方程如下：输出＝比例项+积分项+微分项；
Mn＝KC*en+KI*en+MX+KD*(en-en-1)；
| Mn | 采样时间n时回路输出的计算值； |
| Kc | 回路增益； |
| en | 采样时间n时的回路偏差值； |
| en-1 | 前一回路偏差值(采样时间n-1时) |
| KI | 积分项的比例常量 |
| MX | 前一积分项值(采样时间n-1时) |
| KD | 微分项的比例常量 |
CPU使用以上简化方程的改进方程计算回路输出值。改进的方程如下：
Mn＝MPn+MIn+MDn；
输出＝比例项+积分项+微分项；
其中：
| Mn | 采样时间n时回路输出的计算值； |
| MPn | 采样时间n时回路输出的比例项值 |
| MIn | 采样时间回路输出的积分项值 |
| MDn | 采样时间n时回路输出的微分项值 |
微分项MD与偏差变化成比例，微分项所采用的方程如下：
MDn＝KC*TD/TS*((SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1))；
为避免由于设定值变化而导致微分作用激活引起输出发生阶跃变化或跳变，对此方程进行了改进，假定设定值为常数SPn＝SPn-1。这样，将计算过程变量的变化而不是偏差的变化，如下所示：
MDn＝KC*TD/TS*((SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1))；
或：MDn＝KC*TD/TS*(PVn-1-PVn)；
其中：
| MDn | 采样时间n时回路输出的微分项值 |
| Kc | 回路增益； |
| TS | 回路的微分周期(也称为微分时间或速率) |
| SPn | 采样时间n时设定值的值 |
| SPn-1 | 采样时间n-1时设定值的值 |
| PVn | 采样时间n时过程变量的值 |
| PVn-1 | 采样时间n-1时过程变量的值 |
必须保存过程变量而不是偏差，供下次计算微分项使用。在第一次采样时，PVn-1的值初始化为等于PVn；通过微分进行计量控制，可以大大降低螺旋输送机启动和停止时惯性误差，经测算每年可为工厂节约3％-5％的原材料。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括坯体硬度检测及切割机切割控制方法：
坯体硬度检测系统，采用坯体硬度检测仪和硬度判断算法程序组成。坯体硬度检测仪由薄膜压力传感器、固定架、归位弹簧、探头组成。通过探头接触坯体的压力经过模拟量计算得出坯体的检测硬度Hc；
在系统服务器程序中设置好坯体静停硬度Hs，坯体硬度检测仪2会循环定期对静停室内的坯体进行检测，当检测的硬度Hc≥Hs时系统将该模坯体定义为可切割坯体，并记录系统时间Tc，同时向服务器发出协同指令，要求静停(切割)摆渡车将坯体运输至切割轨道上等待切割，同时空出静停模位，并标记该模位为空，将状态信息发至服务器，待其他系统调用；若同时有多模坯体硬度Hc≥Hs时，系统会根据它们各自的系统时间Tc1……Tcn进行第二次条件筛选，时间长的优先等级高，多组系统会自我判断，选出优先等级高的，将位置信息发送至服务器请求协调，服务器会按照优先等级大的优先处理原则进行协调；
翻转吊机通过传感器自主判断模具车7内是否有坯体和坯体高度是否满足切割工艺要求；翻转吊机大梁位设置红外激光传感器801对模具车内坯体进行检测，红外激光传感器801会将检测数据通过模拟信号形式发送至服务器，服务器判定无坯体，标记该模具车为空模具车，下达指令给翻转吊机将模具车吊运至空模具回程道，或服务器判定为满模符合切割工艺坯体，标记该模为合格模具车，下达指令给翻转吊机将模具车7吊运至切割机组8等待切割，亦或者服务器判定为不合格坯体，标记该模具车7为不合格模具车，将对生产经营管理人员发送警报信息；合格的坯体由服务器下达指令给切割机分系统的第四PLC控制器,完成切割工序。切割机输小车载运完成坯体的六面水平切割和垂直切割和去地皮等一系列切割工序。切割后的坯体将通过一个安装由工业相机的检测门，对生产的产品规格进行检测，并根据生产计划单，将不同规格的半成品砌块或板材安装生产计划单进行分类编组，等待蒸压。
智能蒸养系统，包含智能升、降温模块，智能排污及疏水模块，釜门自动开关模块以及过渡小车自动对轨模块。
智能升、降温模块，由生产经营管理者设定升温和降温工艺参数，服务器会根据工艺参数生成对应的升、降温曲线。后期使用时系统程序会根据生成的工艺曲线控制阀门，已到达实际升、降温曲线与设定好的曲线相吻合。
程序算法原理采用积分理论：积分项MI与一段时间内的偏差(e)之和成比例；CPU求解积分项所采用的方程如下：
MIn＝KC*TS/TI*(SPn-PVn)+MX；
其中：
| MIn | 采样时间n时回路输出的积分项值 |
| Kc | 回路增益； |
| TS | 回路的微分周期(也称为微分时间或速率) |
| TI | 积分时间(也称为积分时间或复位) |
| SPn | 采样时间n时设定值的值 |
| PVn | 采样时间n时过程变量的值 |
| PVn-1 | 采样时间n-1时的积分项值(也称为积分和或偏置) |
积分和或偏置(MX)是积分项的所有先前值之和。每次计算完MIn后，使用可调整或限定的MIn值更新偏置。偏置的初始值通常设为第一次计算回路输出之前的输出值Minitial。积分项还包括几个常数：增益KC、采样时间TS(回路重新计算输出值的周期时间)、积分时间或复位TI(用于控制积分项在输出计算中的影响的时间)。
输出值通过系统计算得出，因此，每次系统计算完成之后，会更新回路表中的输出值字段。输出值限定在0.0到1.0之间。当输出从手动控制转换为系统指令(自动)控制时，用户可使用输出值字段作为输入来指定初始输出值。如果使用积分控制，则偏置值通过系统计算更新，并且更新值将用作下一次系统计算的输入。如果计算出的输出值超出范围(输出小于0.0或大于1.0)，则将按照下列公式调整偏置。
MX＝1.0-(MPn+MDn)；
如果计算出的输出Mn>1.0或MX＝-(MPn+MDn)；
如果计算出的输出Mn<0.0
其中：
| MX | 调整的偏置的值 |
| MPn | 采样时间n时回路输出的比例项值 |
| MDn | 采样时间n时回路输出的微分项值 |
| Mn | 采样时间n时的回路输出值 |
如上所述调整偏置后，如果计算出的输出回到正常范围内，可提高系统响应性。计算出的偏置也会限制在0.0到1.0之间，然后在每次系统计算完成时写入回路表的偏置字段。存储在回路表中的值用于下一次系统计算。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括智能排污及输水方法：
当污水收集器3内冷凝水液位高于用户设定的工艺高度时系统将通过液位传感器收集积水罐内实时冷凝水数据，结合工艺要求系统自动调整电动蝶阀开度，进行疏水或排污。釜门自动开关模块以及过渡小车自动对轨模块，当釜内产品符合产品生产标准后，系统会对相应蒸压釜做标记，标记蒸养完成，此时系统会对蒸压釜控制器发送打开釜门指令，蒸压釜控制器收到指令后会再次进行安全确定，确认釜内压力为0MPa，时执行器会打开釜门，当釜门打开后，蒸压釜控制器发送协同指令至服务器，服务器收到指令会将协同信息发送至过渡小车进行对轨工作。过渡小车接收到服务器信息，会完成交会对接工作。釜内成品清空后，系统会将该釜状态标记为空釜状态，会将状态信息下发至切割系统，切割系统受到状态后进行相应工作。
一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，包括产品质量检测方法：
出釜后的成品会依次经过一台安装有工业相机1001的产品检测龙门架10，工业相机1001全方位扫描产品，获得产品外形轮廓模型，对比服务器内合格产品轮廓模型，标记出不合格品所在位置；将不合格品位置信息发送至服务器内存储，服务器会根据不合格品位置信息协同釜后打包设备进行跟换合格品；出釜后的成品将通过由服务器统一调度控制的自动分掰和自动打包设备，收集整理服务器发来的不合格产品位置信息，通过分拣机器人对不合格产品进行更换；具体为：釜后摆渡车11上安装的红外传感器1101检测出釜编组的成品，出釜摆渡车11将蒸养车以及坯体运输至回程轨道上，回程轨道上安装六个红外传感器1101对侧板和产品进行检测，红外传感器1101检测后的数据传送至服务器，服务器向分垛吊机发送协同指令，分垛吊机收到协同指令后，会根据蒸养车上产品的实际状况选择吊取产品进行分掰工作，分掰后的产品输送至包装线上，此时分拣机器人会根据服务器发来的不合格产品位置指令对不合格产品进行更换。
本发明的基本思路是：
本发明解决了生产线人工手动控制设备运行带来的运行效率低、安全可靠性低以及产能低等问题；通过微分控制计量等方式降低了企业的生产和允许成本。本智能化控制系统一共分为七个智能子系统，分别是智能原料制备系统、配料系统、静停切割系统、智能蒸养系统、釜后包装系统、及整厂安全联锁系统。实现机理：本系统主要由多台上位机、1台服务器、多台PLC(视现场设备而定)、多台变频器、多台接触器、多台中间继电器、以及若干各类传感器组成。其中，上位机主要用于显示/监控和输入参数；
服务器主要用于组态各个子系统间的通讯；PLC主要用于设备逻辑控制指令动作；变频器、接触器、中间继电器等为执行元件；各类传感器负责各环节的数据采集及反馈；由传感器采集到的设备及生产数据，经信号电缆传输至plc中，PLC通过相应程序算法计算及判断，做出相应的决策，通过服务器网络组态下发或协同至其他PLC中，对相应设备进行相对和绝对控制。
其中，智能原料制备系统：该系统包括球磨机健康实时监控单元、料浆密度自动测定及AI调配，料浆调度4个模块组成；
球磨机健康实时监控单元分为2大功能块；原材料上料量与该时段球磨机最大处理量协调功能块：即在监控球磨机允许实时电流，通过特定的计算方式，判断球磨机最大处理能力，将此结果通过服务器协调至计量输送设备，同时更正输送设备输送能力以达到球磨机可以获得最大处理能力范围内的原材料；球磨机自身结构件监控状态功能块：通过温度传感器测定两端轴瓦/轴承温度判断轴瓦/轴承磨损以及润滑状态，通过电流检测传感器采集球磨机运行电流判断内部研磨体是否在标准生产范围内。
料浆密度自动测定及AI调配系统，球磨机制备出的料浆由渣浆泵抽至储罐内进行储存，在渣浆泵至储罐的管路上设置一个自主研发的料浆密度计算仪，该计算仪由密度管道，支座，传感器以及软连接组成。
本发明相对于现有技术包括但不限于有以下有益效果：
1、真正实现整厂自动化控制，每个生产节拍高度契合；
2、减员增效：不仅减少了人力成本，因为是自动化生产，便可以轻松实现不间断的连续生产，大大提高了工厂的效益；
3、产品品质稳定可靠：由于是全线自动化生产线，因此可以在生产中剔除了人为的干扰因素，使产品的生产工艺、节拍固定并且唯一，保证产品的品质稳定、可靠；
4、杜绝生产安全隐患：本发明不仅因是全自动没有人干预消除安全隐患，更重要的是本发明在生产线上易发安全事故处设有联锁装置，从系统中解决了造成安全事故的可能性；
5、经济效益：本发明的经济效益主要来自以下：
(1)人力成本；
(2)产品品质的稳定使废品率减低；
(3)杜绝安全隐患。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种蒸压加气混凝土制品生产线系统，包括砾石原料存储罐、输送砾石原料的计量输送设备、接收输送砾石进行磨碎的球磨机、接收球磨机内渣浆进行过滤后输送的过滤池(502)、由渣浆泵(503)接收来自过滤池(502)和其它原料罐(5)内的原料进行混合存储的料浆储罐(4)、通过螺旋输送机(6)接收料浆进行搅拌的搅拌机、载有模具用于浇筑料浆成胚体的模具车(7)、用于对成坯进行切割的切割机组(8)、用于对切割完毕成坯进行输送的切割机输小车、由切割机输小车接收成坯进行蒸压反应的蒸压釜(9)、蒸压完毕用于对蒸养车和胚体输出至回程轨道的出釜摆渡车(11)、输送至自动打包设备的包装线，其特征在于：
所述球磨机内设置有球磨机健康实时监控单元；
所述渣浆泵(503)设置于过滤池(502)内，通过管路与其它原料罐(5)和料浆储罐(4)相连，所述其它原料罐(5)的每一罐体与过滤池(502)之间连接的管道上设置有第二阀门组(504)精准定量控制入料，且每一罐体上通过支撑架安装有第二称重传感器(501)对罐体内原料进行称重测量；所述料浆储罐(4)内设置有用于检测内部液位高度的第一液位传感器(402)，且与过滤池(502)之间连接的管路上安装有第一阀门组(403)精准定量控制入料，以及料浆密度计算仪(1)进行实时料浆密度测量；所述料浆储罐(4)的罐体上通过支撑架安装有第一称重传感器(401)对罐体内料浆进行称重测量；所述第一阀门组(403)、料浆密度计算仪(1)、第一液位传感器(402)、第一称重传感器(401)、第二称重传感器(501)、渣浆泵(503)、第二阀门组(504)共同构成料浆密度调制单元；
所述搅拌机内设置搅拌控制单元，包括对搅拌混合物进行实时温度检测的第二温度传感器、对搅拌机的电机进行实时监测的转速传感器、对搅拌时间进行记录的计时器；
所述模具车(7)在装载浇筑后的胚体进行运输的道路上设置有安装了红外激光传感器(801)的翻转吊机对模具车(7)内的胚体有以及该胚体是否符合切割工艺进行检测，以及安装了胚体硬度检测仪(2)的支架，所述胚体硬度检测仪(2)用于对胚体进行硬度检测；所述切割机组(8)用于对达到硬度的胚体进行切割；
所述切割机输小车在装载切割完毕的坯料输送至蒸压釜(9)的过程中，由搭载于产品检测龙门架(10)上的工业相机(1001)，对生产的产品规格进行检测，并根据生产计划单，将不同规格的半成品砌块或板材安装生产计划单进行分类编组，等待蒸压；
所述蒸压釜(9)底部设置有用于疏水或排污的污水收集器(3)；
所述出釜摆渡车(11)所经过的回程轨道上通过回程轨道龙门架(1102)安装若干红外传感器(1101)对侧板和出釜编组的成品进行检测；所述回程轨道上安装有分垛吊机根据蒸养车上产品的实际状况选择吊取产品进行分掰工作，所述包装线上设置有对不合格产品进行更换操作的分拣机器人；
所述球磨机健康实时监控单元通过第一PLC控制器、料浆密度调制单元通过第二PLC控制器经第一上位机、搅拌控制单元通过第三PLC控制器经第二上位机、红外激光传感器(801)和胚体硬度检测仪(2)通过第四PLC控制器、工业相机(1001)、污水收集器(3)、红外传感器(1101)、分垛吊机、分拣机器人与系统控制服务器相连；
所述球磨机健康实时监控单元包括采集球磨机运行电流并判断内部研磨体是否在标准生产范围内的电流检测传感器，以及测定球磨机两端轴瓦/轴承温度判断轴瓦/轴承磨损以及润滑状态的第一温度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线系统，其特征在于，所述其它原料罐(5)包括水泥罐、石灰罐、废浆罐、铝粉罐、水罐，所述第二阀门组(504)采用与其它原料罐(5)各罐体分别相连的电磁阀。
3.根据权利要求1所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线系统，其特征在于，所述料浆密度计算仪(1)包括由支座(103)进行固定安装的U形密度管道(101)，所述U形密度管道(101)的两管口：管口A、和管口B分别与料浆储罐(4)与过滤池(502)之间连接管路上通过橡胶软连接进行接通，且所述U形密度管道(101)的凹部朝下设置，中间位置安装有料浆密度传感器(102)，所述料浆密度传感器(102)采用SEN8100型料浆含水浓度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线系统，其特征在于，所述胚体硬度检测仪(2)包括固定安装于支架的上顶部底板下方的套筒(201)、固定安装于套筒(201)内顶面上的第一压力传感器(203)、设置于套筒(201)内且底部设置有压力探头(204)的归位弹簧(202)；所述压力探头(204)位于套筒(201)外端部，用于对模具车(7)内装载的胚体进行硬度检测；所述第一压力传感器(203)采用薄膜压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线系统，其特征在于，所述污水收集器(3)包括通过连接管连接于蒸压釜(9)底部的积水罐(301)，所述积水罐(301)内设置有用于水位测量的第二液位传感器(304)，内顶部和底部分别安装有第三温度传感器(303)，内顶部安装有第二压力传感器(302)，底部连通有安装了疏水阀(305)和电动蝶阀(306)的排出管。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，其特征在于，包括料浆密度自动测定方法以AI调配方法、料浆调度和配料方法；
料浆密度自动测定方法以AI调配方法：计算依据已知管道内体积V1，在料浆通过时通过料浆密度传感器(102)测定出该时段的料浆质量m1，此时料浆密度 多次采集计算得出若干实时密度ρ1，ρ2...ρn；在料浆通过料浆密度计算仪(1)后料浆密度传感器(102)采集若干实时料浆密度，服务器会依次记录，通过加权平均算法计算出储罐内料浆的混合密度ρh；
得出的ρh与上位机人工设定的料浆合格参数ρS或者AI系统自动生成的ρAI进行比较，若ρh＞ρS或者ρh＞ρAI系统将自主判断为高密度状态，并在虚拟系统中做好储罐标记；若ρh＞ρS或者ρh＞ρAI系统将自主判断为低密度状态，并在虚拟系统中做好储罐标记；
当系统得到两个或两个以上料浆储罐(4)为高密度状态，小于实际生产工艺中储罐数量，生产实际中储罐数量减1，该系统第二PLC控制器将对服务器发出协同指令，要求源头设备，即球磨机调整水料混合比，该混合比由系统自动生成，获得更低密度的料浆，在后期进行高、低密度混合，从而满足ρh＝ρS或者ρh＝ρAI的生产要求；当系统得到一个或多个高密度状态和一个或多个低密度状态的储罐时，系统将自行在过渡池内进行高、低密度混合从而满足ρh＝ρS或者ρh＝ρAI的生产要求；该系统完成ρh＝ρS或者ρh＝ρAI的调配后系统将调好的料浆移交至料浆调度系统；
料浆调度和配料方法：调配好的料浆将由料浆调度系统统一分配至配料楼中间储罐中进行生产备用，每个中间储罐上方均安装有第一液位传感器(402)实时监控中间储罐内的料浆状态；第一液位传感器(402)检测到中间储罐内的实时料浆液位Ls低于设定的最低料浆液位Lmin时，系统将自动开启第一阀门组(403)和渣浆泵(503)进行料浆补充；当实时料浆液位Ls高于设定的最高料浆液位Lmax时，渣浆泵(503)和第一阀门组(403)自动关闭；该系统也能够指定补充料浆，即可在第一上位机上设置中间储罐的料浆密度参数，系统会自动补充对应的料浆密度；
系统服务器会根据自定义配方参数或AI配方参数对包括水泥、石灰、料浆、废浆、铝粉、水的原材料进行自动计量，第二PLC控制器根据第二上位机中设定的配方参数或AI自动生成的配方参数对相应的第二阀门组(504)的电磁阀和螺旋输送机变频器下达启动和停止指令，变频器收到指令后驱动螺旋输送机进行工作，整个计量过程采用积分控制方法，以保证计量的准确性和减低生产成,每个计量称下方设置三个称重传感器进行数据采集。
7.如权利要求1-5任一项所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，其特征在于，包括胚体硬度检测及切割机切割控制方法：
在系统服务器程序中设置好胚体静停硬度Hs，胚体硬度检测仪(2)会循环定期对静停室内的胚体进行检测，当检测的硬度Hc≥Hs时系统将模具车(7)内装载的胚体定义为可切割胚体定义为可切割胚体，并记录系统时间Tc，同时向服务器发出协同指令，要求静停，切割摆渡车将胚体运输至切割轨道上等待切割，同时空出静停模位，并标记该模位为空，将状态信息发至服务器，待其他系统调用；若同时有多模胚体硬度Hc≥Hs时，系统会根据它们各自的系统时间Tc1……Tcn进行第二次条件筛选，时间长的优先等级高，多组系统会自我判断，选出优先等级高的，将位置信息发送至服务器请求协调，服务器会按照优先等级大的优先处理原则进行协调；
翻转吊机通过传感器自主判断模具车(7)内是否有胚体和胚体高度是否满足切割工艺要求；翻转吊机大梁位设置红外激光传感器(801)对模具车内胚体进行检测，红外激光传感器(801)会将检测数据通过模拟信号形式发送至服务器，服务器判定无胚体，标记该模具车为空模具车，下达指令给翻转吊机将模具车吊运至空模具回程道，或服务器判定为满模符合切割工艺胚体，标记该模为合格模具车，下达指令给翻转吊机将模具车(7)吊运至切割机组(8)等待切割，亦或者服务器判定为不合格胚体，标记该模具车(7)为不合格模具车，将对生产经营管理人员发送警报信息；合格的胚体由服务器下达指令给切割机分系统的第四PLC控制器,完成切割工序。
8.如权利要求1-5任一项所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，其特征在于，包括智能排污及输水方法：
当污水收集器(3)内冷凝水液位高于用户设定的工艺高度时系统将通过液位传感器收集积水罐内实时冷凝水数据，结合工艺要求系统自动调整电动蝶阀开度，进行疏水或排污。
9.如权利要求1-5任一项所述的一种蒸压加气混凝土制品生产线的控制方法，其特征在于，包括产品质量检测方法：
出釜后的成品会依次经过一台安装有工业相机(1001)的产品检测龙门架(10)，工业相机(1001)全方位扫描产品，获得产品外形轮廓模型，对比服务器内合格产品轮廓模型，标记出不合格品所在位置；将不合格品位置信息发送至服务器内存储，服务器会根据不合格品位置信息协同釜后打包设备进行跟换合格品；出釜后的成品将通过由服务器统一调度控制的自动分掰和自动打包设备，收集整理服务器发来的不合格产品位置信息，通过分拣机器人对不合格产品进行更换；具体为：出釜摆渡车(11)上安装的红外传感器(1101)检测出釜编组的成品，出釜摆渡车(11)将蒸养车以及胚体运输至回程轨道上，回程轨道上安装六个红外传感器(1101)对侧板和产品进行检测，红外传感器(1101)检测后的数据传送至服务器，服务器向分垛吊机发送协同指令，分垛吊机收到协同指令后，会根据蒸养车上产品的实际状况选择吊取产品进行分掰工作，分掰后的产品输送至包装线上，此时分拣机器人会根据服务器发来的不合格产品位置指令对不合格产品进行更换。
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