CN112156690B - 一种行星搅拌设备任意点停控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其可以实现让搅拌桨停止搅拌时，停止位置自动避开任意指定的加料口位置。本专利技术方案通过减速机、编码器将搅拌桨、公转轴作为一个整体进行位置记录，将多个搅拌桨停止位置的以角度位置的形式通过编码器位置数据分别进行标记，使公转轴、搅拌桨按照编码器上的定点编码器位置进行定点停，进而针对多进料口的行星搅拌设备实现定点停控制。

Description

一种行星搅拌设备任意点停控制方法

技术领域

本发明涉及搅拌设备控制技术领域，具体为一种行星搅拌设备任意点停控制方法。

背景技术

搅拌设备是工业生产中常用的设备。虽然工业自动化进程的推进，对于现有的搅拌设备的进行自动控制也是技术人员必须面对的问题。在搅拌设备的自动控制中，需要让搅拌桨停留位置避开搅拌罐中的加料位置，以便让物料全部进入搅拌罐，避免出现因物料堆积在搅拌桨上，进而造成原浆批次品质不一致或搅拌不均匀的问题发生。很多搅拌装置的罐体，如：锂电池原浆搅拌装置存在多个加料口，而现有技术中，大多通过单点定点停方式对搅拌桨的停止位置进行控制；但是，单点停控制方法只能避开一个定点位置，无法实现多个加料口避让的需求，需要通过人工手动方式进行补充控制，导致浪费了大量的人工。

发明内容

为了解决现有技术无法实现让搅拌桨停止位置自动避开多个加料口的问题，本发明提供一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其可以实现让搅拌桨停止搅拌时，停止位置自动避开任意指定的加料口位置。

本发明的技术方案是这样的：一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：在搅拌桨的公转轴上安装减速机来控制所述公转轴的启动停止；

S2：在所述减速机上安装编码器作为控制器；所述编码器以格雷码的形式表示所述公转轴的角度位置；

所述编码器与PLC控制系统电气连接；

S3：按照搅拌装置上进料口的位置，分别确认存储搅拌桨停止位置；

所述搅拌桨停止位置的设置原则为使所有的搅拌桨在停止时都避开指定的进料口的入口位置；

设：存在N个进料口，则同样存在N个所述搅拌桨停止位置；当编码器的分辨率为M时，N为小于M的正整数；

S4：设置每一个所述搅拌桨停止位置时，其对应的所述公转轴的角度位置在所述编码器上都有一个对应位置数据以格雷码信号形式输出，记做定点编码器位置数据；

1号、2号...N号的所述搅拌桨停止位置对应的所述定点编码器位置数据分别记做：P1、P2....PN，其中N为正整数；

S5：所述公转轴启动之后，所述编码器随之转动，实时输出格雷码信号给所述PLC控制系统；

所述PLC控制系统基于格雷码，实时计算出所述公转轴的角度位置当下实时对应的编码器位置数据，记做实时位置Pc；

S6：所述PLC控制系统获取本次需要进料的进料口n，将其对应的所述定点编码器位置数据记做本次定点停位置Pn，Pn∈{ P1，P2，....，PN }；

S7：计算所述本次定点停位置Pn和所述实时位置Pc的角度偏差，当所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn时，停止所述公转轴的转动，即实现本次定点停；

S8：等待所述PLC控制系统的启动命令；

接到所述启动命令后，再次启动所述公转轴，循环执行步骤S5~S8，即针对多个进料口的行星搅拌设备实现定点停控制。

其进一步特征在于：

所述编码器采用绝对值编码器；

所述编码器与PLC控制系统之间采用集电极开路输出方式连接；

步骤S7的详细内容包括以下步骤：

a1：设：所述公转轴的工作状态转速为r1；

预先设置一个减速阈值S、一个低速转速r2，其中r1> r2；

所述减速阈值表示当所述公转轴的角度位置与定点停指定的所述定点编码器位置数据的角度偏差小于等于S时，所述公转轴的转速变为所述低速转速r2进入减速运行状态；

a2：实时计算所述本次定点停位置Pn和所述实时位置Pc的角度偏差d；

a3：判断d和所述减速阈值S的大小关系；

当d>S时，保持所述公转轴的转速保持所述工作状态转速r1不变；循环执行步骤a2~a3；

当d≤S时，降低所述公转轴的转速到所述低速转速r2，使所述公转轴进入减速运行状态；直至所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn时，停止所述公转轴的转动；执行步骤S8；

步骤a3中，预设一个容错阈值s1，0 ≤s1< S；

所述容错阈值s1表示，根据工艺和设备的具体情况， d的取值在[-s1, s1]范围内都看做所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn；

即，当d≤S时，降低所述公转轴的转速到所述低速转速r2，使所述公转轴进入减速运行状态；直至d取值为-s1 ≤d ≤s1，即为所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn，停止所述公转轴的转动。

本发明提供的一种行星搅拌设备任意点停控制方法，通过减速机、编码器将搅拌桨、公转轴作为一个整体进行位置记录，将多个搅拌桨停止位置的以角度位置的形式通过编码器位置数据分别进行标记，使公转轴、搅拌桨按照编码器上的定点编码器位置进行定点停，进而针对多进料口的行星搅拌设备实现定点停控制；实现了行星搅拌桨停止位置自动避开任意指定的加料口位置的需求；同时，本发明技术方案中，对于公转轴的角度位置通过绝对值编码识别进行记录，即便设备停止使转动搅拌桨，或者设备停电后再开，也不会导致公转轴的位置数据变化，使本发明技术方案更具实用性，可以使用在更广泛场景下。

附图说明

图1为本专利的行星搅拌设备的结构示意图；

图2为A处的放大后结构示意图；

图3为编码器的角度位置示意图；

图4为本专利的数据传递流程图。

具体实施方式

本发明一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其包括以下步骤。

S1：在搅拌桨的公转轴9上安装减速机5来跟随公转轴9的启动、停止； 如图1、图2所示，行星搅拌设备的公转齿轮2安装在公转轴9上，搅拌桨12安装在行星轴11上；行星齿轮1、10安装在行星轴11上。

S2：在减速机5上安装编码器3作为传感器；编码器3通过联轴器4安装在减速机5上，减速机5的输入轴上安装带轮6，带轮6通过皮带7连接安装在公转轴9之上的带轮8；

编码器3以格雷码的形式表示公转轴9的角度位置；编码器3与PLC控制系统以集电极开路输出方式连接；编码器3采用绝对值编码器3；

设：减速机5和带轮6及8构成的传动系统速比为10，编码器3的分辨率为256；公转轴9的零点位置的初始位置与编码器3的零点位置对齐，则：公转轴9转10圈时，编码器3的零点位置从0度转到360度位置，公转轴9的零点位置也回到了初始位置；即，公转轴9转10圈的过程中，在编码器3上可以标记256个对应的角度位置；

本专利中的编码器3使用绝对值编码器，确保在编码器的精度范围内，任意位置输出的信号都是唯一的格雷码，即便在断电情况下人工转动搅拌桨，在上电后，也能立即通过编码器3确定当前的位置，不需要重新设定零点位置；不需要每次都重新校公转轴9的原点，简化了工序，减低了设备操作难度，提高了控制流程的执行效率。

S3：按照搅拌装置上进料口的位置，分别确认存储搅拌桨12停止位置；

搅拌桨12停止位置的设置原则为使所有的搅拌桨12在停止时都避开指定的进料口的入口位置；

设：存在N个进料口，则同样存在N个搅拌桨12停止位置；当编码器3的分辨率为M时，N为小于M的正整数；当设备进料口需要进料的时候，需要搅拌桨躲开进料的进料口，则，针对每一个进料口就设置一个公转轴9的停止位置，确保公转轴9停止的时候，搅拌桨12避开了指定的进料口。

S4：设置每一个搅拌桨12停止位置时，公转轴9的角度位置在编码器3上都有一个对应位置数据，记作定点编码器位置数据；并且将所有的定点编码器位置数据都传送给PLC控制系统（图中未标出）进行存储；本实施例中，PLC系统基于其通信模块，通过变频器连接公转轴9、行星轴11的电机，同时与减速机5、编码器3集电极开路输出信号连接；

如图3所示，与1号、2号...N号进料口对应的1号、2号...N号的搅拌桨12的指定停止位置，在编码器3上对应的定点编码器位置数据分别记做：P1、P2....PN，其中N为正整数；本专利技术方案中，无需对行星搅拌桨的位置、公转轴的位置分开考虑，而是把搅拌桨、公转轴的位置统一基于减速机的速比，统一的在编码器上通过角度位置进行标识；后续计算都是基于角度位置进行计算，不但计算过程简单，且易于理解，易于实现推广。

S5：公转轴9启动之后，编码器3随之转动，实时输出格雷码信号给PLC控制系统；

PLC控制系统基于格雷码，实时计算出公转轴9的角度位置当下实时对应的编码器3位置数据，记做实时位置Pc。

S6：根据生产工序的设置，预先指定需要加料的加料口；在预先设置的时间，PLC控制系统获取本次需要进料的进料口n，将其对应的定点编码器位置数据记做本次定点停位置Pn，Pn∈{ P1，P2，....，PN }。

S7：在PLC控制系统中，计算本次定点停位置Pn和实时位置Pc的角度偏差，当实时位置Pc到达本次定点停位置Pn时，停止公转轴9的转动，即实现本次定点停；

如图4所示，PLC系统中根据预先指定需要加料的加料口获得本次定点停位置Pn，或者技术人员通过HMI（Human Machine Interface）人工输入本次定点停位置Pn传给PLC控制系统；PLC控制系统输出0~y Hz频率指令给变频器，变频器输出0~y Hz交流电驱动电机运转，电机带动所有传动机构转动（包括：行星齿轮传动机构、公转轴传动机构）；其中，编码器3通过减速机5连接公转轴9，编码器3随着公转轴9进行转动，输出DC24V格雷码信号给PLC控制系统；PLC控制系统内部转换识别出编码器当前位置数据，即获得实时位置Pc；然后进行后续的计算。本实施例中，PLC控制系统使用现有的控制系统即可，HMI通过以太网接口与PLC控制系统进行数据交换；图4中所示的变频器、电机、行星齿轮传动机构、公转轴传动机构、行星机构用减速机之间的传动方式基于现有的行星设搅拌设备实现。

步骤S7中，基于定点停位置Pn和实时位置Pc进行定点停控制，详细内容包括以下步骤：

a1：设：所述公转轴9的工作状态转速为r1；

预先设置一个减速阈值S、一个低速转速r2，其中r1> r2；

减速阈值表示当公转轴9的角度位置与定点停指定的定点编码器位置数据的角度偏差小于等于S时，公转轴9进入减速运行状态，转速变为低速转速r2；

a2：实时计算本次定点停位置Pn和实时位置Pc的角度偏差d；

a3：判断d和减速阈值S的大小关系；

当d>S时，保持公转轴9的转速保持所述工作状态转速r1不变；循环执行步骤a2~a3；

当d≤S时，降低公转轴9的转速到低速转速r2，使公转轴9进入减速运行状态；直至实时位置Pc到达本次定点停位置Pn时，停止公转轴9的转动；执行步骤S8；

生产中具体实施的时候，根据设备的精度，很难控制d每次都能取值为0，同时也不需要真的每次d都取值为0，搅拌桨稍微偏移一个小角度，进料口进入的物料也不会落在搅拌桨上；

所以预设一个容错阈值s1，0 ≤s1< S；容错阈值s1表示，根据工艺和设备的具体情况， d的取值在[-s1, s1]范围内都看做实时位置Pc到达本次定点停位置Pn；即，当d≤S时，降低公转轴9的转速到低速转速r2，使公转轴9进入减速运行状态；直至d取值为-s1 ≤d≤s1，即视为实时位置Pc到达本次定点停位置Pn，停止公转轴9的转动；

即，在不更换编码器的基础上，通过容错阈值s1的设置，确保本发明技术方案在不更换编码器的基础上，能够灵活的适用于不同精度的搅拌设备；使本发明技术方案更具实用性；如果搅拌设备需要更加精准的定点停，超出了当前编码器的精度范围，则可以通过使用更高精度的编码器，来控制公转轴9的角度位置，进而达到更精准的定点停控制。

S8：等待PLC控制系统的启动命令；

接到启动命令后，再次启动公转轴9，循环执行步骤S5~S8，即针对多个进料口的行星搅拌设备实现定点停控制。

本专利技术方案，将公转轴9的定点停转速分为两个状态，即：当d>S时保持现有转速，当d≤S时，将公转轴9的转速调整为低速r2进入减速运行状态；通过设置一个减速阈值S，当实时位置Pc和本次定点停位置Pn角度偏差为S时，对公转轴9减速，确保公转轴9能够准确的按照指定位置进行定点停；在实际实施中，根据设备对精度要求的变化，可以设置多个减速阈值，同时针对不同的减速阈值对公转轴9设置不同的转速，确保公转轴9可以更精确的停止在本次定点停位置Pn；业界现有控制方案定点停位置偏差≥6°，基于本专利技术方案，定点停位置偏差可以做到≤1°。基于本专利技术方案，可以根据生产需要，在搅拌设备中，在编码器的精度范围内不受限的指定多个定点停的位置，实现精准的任意点定点停控制。

Claims (4)

1.一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1：在搅拌桨的公转轴上安装减速机来控制所述公转轴的启动停止；

S2：在所述减速机上安装编码器作为控制器；所述编码器以格雷码的形式表示所述公转轴的角度位置；

所述编码器与PLC控制系统电气连接；

S3：按照搅拌装置上进料口的位置，分别确认存储搅拌桨停止位置；

所述搅拌桨停止位置的设置原则为使所有的搅拌桨在停止时都避开指定的进料口的入口位置；

设：存在N个进料口，则同样存在N个所述搅拌桨停止位置；当编码器的分辨率为M时，N为小于M的正整数；

S4：设置每一个所述搅拌桨停止位置时，其对应的所述公转轴的角度位置在所述编码器上都有一个对应位置数据以格雷码信号形式输出，记做定点编码器位置数据；

1号、2号...N号的所述搅拌桨停止位置对应的所述定点编码器位置数据分别记做：P1、P2....PN，其中N为正整数；

S5：所述公转轴启动之后，所述编码器随之转动，实时输出格雷码信号给所述PLC控制系统；

所述PLC控制系统基于格雷码，实时计算出所述公转轴的角度位置当下实时对应的编码器位置数据，记做实时位置Pc；

S6：所述PLC控制系统获取本次需要进料的进料口n，将其对应的所述定点编码器位置数据记做本次定点停位置Pn，Pn∈{ P1，P2，....，PN }；

S7：计算所述本次定点停位置Pn和所述实时位置Pc的角度偏差，当所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn时，停止所述公转轴的转动，即实现本次定点停；

S8：等待所述PLC控制系统的启动命令；

接到所述启动命令后，再次启动所述公转轴，循环执行步骤S5~S8，即针对多个进料口的行星搅拌设备实现定点停控制；

步骤S7的详细内容包括以下步骤：

a1：设：所述公转轴的工作状态转速为r1；

预先设置一个减速阈值S、一个低速转速r2，其中r1> r2；

所述减速阈值表示当所述公转轴的角度位置与定点停指定的所述定点编码器位置数据的角度偏差小于等于S时，所述公转轴的转速变为所述低速转速r2进入减速运行状态；

a2：实时计算所述本次定点停位置Pn和所述实时位置Pc的角度偏差d；

a3：判断d和所述减速阈值S的大小关系；

当d>S时，保持所述公转轴的转速保持所述工作状态转速r1不变；循环执行步骤a2~a3；

当d≤S时，降低所述公转轴的转速到所述低速转速r2，使所述公转轴进入减速运行状态；直至所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn时，停止所述公转轴的转动；执行步骤S8。

2.根据权利要求1所述一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其特征在于：所述编码器采用绝对值编码器。

3.根据权利要求1所述一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其特征在于：所述编码器与PLC控制系统之间采用集电极开路输出方式连接。

4.根据权利要求1所述一种行星搅拌设备任意点停控制方法，其特征在于：步骤a3中，预设一个容错阈值s1，0 ≤s1< S；

所述容错阈值s1表示，根据工艺和设备的具体情况，d的取值在[-s1, s1]范围内都看做所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn；

即，当d≤S时，降低所述公转轴的转速到所述低速转速r2，使所述公转轴进入减速运行状态；直至d取值为-s1 ≤d ≤s1，即为所述实时位置Pc到达所述本次定点停位置Pn，停止所述公转轴的转动。

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