CN113985824A - 一种自动计时上料控制装置及方法 - Google Patents

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吴远友
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李倩倩
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Abstract

本发明涉及一种自动计时上料控制装置及方法。通过自动上料控制程序与现场检测元件、执行机构相结合，实现上料过程自动计时完成上料，操作员只需提前设置好加料时间，选择好备料贮斗，便可实现全过程自动上料，实现上料量的精准控制。上料过程能够通过智能判断实现手自动无扰动切换、中途停止、暂停，卡料后能够自动处理并延续计时恢复上料功能，极大降低操作人员劳动强度，提高备料量的准确性，保障了后续生产的稳定高效。

Description

一种自动计时上料控制装置及方法
技术领域
本发明属于物料输送技术领域，具体涉及一种自动计时上料控制装置及方法。
背景技术
针对物料输送自动上料，现有技术中，普遍使用料仓下配置皮带秤进行上料。通过在起始皮带上安装皮带秤通过动态称重进行上料，设定好需要加入的重量，启动料仓底部下料阀，开启上料，上料完成关闭下料阀完成一次备料。例如，乙炔气体制备工艺过程的电石上料环节，电石原料通过料仓底部下料口下料至接料皮带，通过启动对应皮带，将电石原料输送并加入到指定发生器上方备料贮斗内。但实际使用中发现电石原料在通过破碎环节破碎加入原料仓后，为大小不一的块状料，粒径分布又不均匀，导致皮带秤波动非常大，造成最终加入备料贮斗的重量大小与设定重量偏差很大，影响后续工艺。
针对上述缺陷，采用了另一种方式来解决，工艺操作人员通过手持秒表，手动开启料仓底部下料阀，进行手动计时上料，通过安装于料仓下料口的摄像头观察是否卡料。通过上料时间来控制备料贮斗的备料量，明显降低了备料量的偏差，基本可以保证加入量的准确性，保证了后续工艺的稳定，以及指标控制。但以上方法需要工艺操作人员长时间注意力集中，紧盯监控判断是否卡料，同时要关注秒表是否超时，每班要完成多台备料贮斗多次备料，频繁操作极大增加工作强度，容易疲劳，且长时间重复性操作容易疏忽麻痹，这些问题很可能造成加入超时，备料量超标，影响工艺生产，存在安全隐患。
CN109261076A公开了一种乙炔加料生产系统上料控制方法，尤其是对电石上料操作过程中DCS控制设置手自动操作模式。选择小加料斗1号、2号、3号加料时1#2#平皮带机为传递式加料且皮带机正反转启动与停止模式不同，DCS控制贮料仓下料阀开启及关闭有时间及料位要求，长廊皮带机有启动与停止、1#2#平皮带机有正转启动、停止与反转启动、停止，设定1#平皮带机、2#平皮带机现场硬件中间继电器互锁、互感器互锁、允许启动中间继电器及与之相匹配DCS控制手自动操作程序。然而，该上料控制方法相对复杂，没有公开针对卡料的应对措施。
CN104296534A公开一种用于密闭电石炉的料斗式布料装置，包括一个环形转动装置，环形转动装置连接有用于控制其启停与转速的交流电机，在环形转动装置上固定有若干个可自动翻转的储料料斗，储料料斗随环形转动装置转动，每个储料料斗的内部安装有用于检测料位的雷达料位计，外部安装有用于检测储料料斗位置的霍尔线性位置传感器，在环形转动装置外部设置有向储料料斗供料的振动给料机以及向电石炉炉顶供料的炉顶料仓，炉顶料仓位于储料料斗下方，所述交流电机、储料料斗、雷达料位计、霍尔线性位置传感器以及振动给料机通过现场总线连接PLC控制器，PLC控制器根据储料料斗的位置以及储料料斗和炉顶料仓的料量，控制储料料斗翻转通过炉顶料仓向电石炉加料。该装置相对复杂，同样没有公开针对卡料的应对措施。
现有技术公开了使用振动器来解决料仓卡料的问题。
然而，本领域中对于如何解决物料料仓，尤其电石料仓精确计量，特别是在出现卡料的时候还能精确计量的装置和方法存在着迫切的需求。
发明内容
本申请发明人鉴于上述现有技术中存在的问题进行了深入研究，提出了一种自动计时上料控制装置及方法，通过控制装置如DCS或PLC自动上料控制程序与现场检测元件、执行机构相结合，实现上料过程自动计时完成上料，操作员只需提前设置好加料时间，选择好备料贮斗，便可实现全过程自动上料，同时程序能够通过智能判断实现手自动无扰动切换、中途停止、暂停，卡料后能够自动处理并延续计时恢复上料功能，程序灵活、稳定、高效，在实际使用中效果优异，从而解决了上述现有技术中存在的难题。
根据本发明的第一个方面，提供一种自动计时上料控制装置，其包括料仓、位于料仓出口的下料阀、设置于下料阀下方的下料检测装置，位于下料检测装置下方的用于输送物料的皮带输送装置、用于接收皮带输送装置所输送物料的备料贮斗，用于检测下料阀是否打开或关闭的安装在下料阀中的阀门开闭检测装置；以及在检测到卡料时自动启动仓壁振动的在料仓下料口仓壁安装的仓壁振动器，其中下料阀的开关通过控制单元控制，并具有设定上料时间(即阀门打开时间)，下料阀开关和/或开关到位的反馈信号传输到控制单元，控制单元在下料检测装置检测到卡料时自动启动仓壁振动器的振动。
进一步地，阀门开闭检测装置、下料检测装置所检测到的下料阀开反馈、下料阀关反馈、下料检测信号通过DI输入卡件传输到控制单元，控制单元将开启下料阀、关闭下料阀、开关仓壁振动的指令通过DO输出卡件输出到下料阀开关装置和仓壁振动器的启动装置来控制下料阀的开关、仓壁振动的开关。
进一步地，料仓包括圆筒形主体部和位于圆筒形主体部下方的倒锥形部，倒锥形部一般为截头倒锥形，倒锥形侧面展开的角度例如可为180度～360度。料仓的直径可以为2-10米，进一步例如3-6米，进一步例如4-5米。料仓出口的直径可以为0.6～1.2米。料仓可以采用不锈钢材料制成。
进一步地，下料阀为闸板阀，通过连杆连接配套气缸，气缸通过两路气路连接防爆电磁阀，通过开关电磁阀驱动气源使气缸伸缩运动控制闸板开关。阀门开闭检测装置为限位开关，其为下料阀气缸配套的磁性开关，气缸内部运动部位配有磁环，运行到磁性开关位置，磁性开关感应发出信号。
仓壁振动器可采用气动活塞振动器。
仓壁振动器一般安装在料仓的倒锥形部，例如倒锥形部的中部，振动器一般为紧贴仓壁水平安装，通过调节气源控制振动强度，气源压力为例如0.2-0.5MPa，振动频率为例如10-25Hz。
进一步地，在下料阀打开时，开始上料时间计时，在下料过程中下料检测装置检测下料是否正常，如果否，则计时器暂停，启动仓壁振动一段设定时间，然后再次下料检测是否是正常下料，如果否则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料至计时结束。
进一步地，下料阀下方设置皮带接料口，下料检测装置设置于该皮带接料口中，优选，皮带接料口设计为上部圆筒形和下部倒锥形体。
进一步地，下料检测装置为对射式红外检测开关。
进一步地，控制单元可以是DCS控制系统、PLC控制系统等。
上述自动计时上料控制装置中，适用的物料为固体物料，优选矿石原料，例如是电石原料(例如用于电石乙炔法)，优选颗粒状、大粒状、或块状固体物料(尤其电石原料)，粒径分布例如主要为1-100mm，优选2-90mm，优选5-85mm，进一步10-80mm或20-70mm。
根据本发明的第二个方面，提供一种自动计时上料控制方法，所述方法使用上述装置，包括以下步骤：
(A)从初始状态开始，设定上料时间，执行自动上料程序；
(B)根据下料阀自动模式，开启下料阀，计时器开始计时并上料；
(C)在下料过程中检测下料是否正常，如果否(出现卡料)，则计时器暂停，启动仓壁振动达到设定时间，并下料检测是否正常下料，如果否(出现卡料)则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料；
(D)计时器达到所设定的上料时间，关闭下料阀，上料完成。
上述自动计时上料控制方法中，如上所述，用于上料的物料为固体物料，优选矿石原料，尤其电石原料(例如用于电石乙炔法)，优选颗粒状、大粒状、或块状固体物料(尤其电石原料)，粒径分布例如主要为1-100mm，优选2-90mm，优选5-85mm，进一步10-80mm或20-70mm。
根据另一个实施方案，自动计时上料控制方法包括以下步骤：
(A)从初始状态开始，设定上料时间，执行自动上料程序；
(B)根据下料阀自动模式，开启下料阀，确定下料阀是否开到位，如果否，则触发报警，返回开始自动上料，如果是，则计时器开始计时并上料；
(C)在下料过程中检测下料是否正常，如果否(出现卡料)，则计时器暂停，启动仓壁振动达到设定时间，并下料检测是否正常下料，如果否(出现卡料)则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料；
(D)计时器达到所设定的上料时间，关闭下料阀，上料完成。
根据又一个实施方案，自动计时上料控制方法包括以下步骤：
(A)从初始状态开始，设定上料时间，执行自动上料程序；
(B)确定程序是否投入自动联锁(即下料阀在达到设定时间时自动关闭的功能)，如果否，则返回初始状态，如果是，则进入步骤(C)。
(C)根据下料阀自动模式，开启下料阀，计时器开始计时并上料；
(D)在下料过程中检测下料是否正常，如果否(出现卡料)，则计时器暂停，启动仓壁振动达到设定时间，并下料检测是否正常下料，如果否(出现卡料)则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料；
(E)计时器达到所设定的上料时间，关闭下料阀，上料完成。
根据又一个实施方案，自动计时上料控制方法包括以下步骤：
(A)从初始状态开始，设定上料时间，执行自动上料程序；
(B)确定程序是否投入自动联锁(即下料阀在达到设定时间时自动关闭的功能)，如果否，则返回初始状态，如果是，则进入步骤(C)。
(C)根据下料阀自动模式，开启下料阀，确定下料阀是否开到位，如果否，则触发报警，返回开始自动上料，如果是，则计时器开始计时并上料；
(D)在下料过程中检测下料是否正常，如果否(出现卡料)，则计时器暂停，启动仓壁振动达设定时间，并下料检测是否正常下料，如果否(出现卡料)则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料；
(E)计时器达到所设定的上料时间，关闭下料阀，上料完成。
进一步地，可设置仓壁振动的设定时间，例如仓壁振动的设定时间为10±5秒，例如10±2秒或约10秒。在下料过程中检测下料是否正常，如果否，则计时器暂停，启动仓壁振动一段设定时间，然后再次下料检测是否是正常下料，如果否则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料。
本发明的优点：
通过DCS或PLC自动上料控制程序与现场检测元件、执行机构相结合，实现上料过程自动计时完成上料，操作员只需提前设置好加料时间，选择好备料贮斗，便可实现全过程自动上料，实现固体物料例如电石上料量的精准控制。
程序能够通过智能判断实现手自动无扰动切换、中途停止、暂停，自动故障判断与恢复(卡料后能够自动处理并延续计时恢复上料)功能。
极大的降低操作员工作量，减少工作强度，避免因疲劳麻痹等原因造成操作失误，引发事故。
通过对固体物料例如电石加入量的精准控制，保证后续乙炔制备过程高效、稳定，以及为后续自动化控制提供有利条件，从而稳定生产工艺运行。
附图说明
图1为本发明的自动计时上料控制装置的示意图。
图2为根据图1的自动计时上料控制装置，其显示了将物料输送至需要加料的发生器加料贮斗的过程。
图3为自动计时上料控制方法的流程图。
图4为自动计时上料原理图。
图5为操作面板示意图。
附图标记说明
1-料仓；2-仓壁振动器；3-下料阀；4-下料检测装置；5-皮带输送装置；6-控制单元；7-DI输入卡件；8-DO输出卡件；9-皮带接料口。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
如图1所示，一种自动计时上料控制装置，其包括料仓1、位于料仓出口的下料阀3、设置于下料阀下方的下料检测装置4，位于下料检测装置4下方的用于输送物料的皮带输送装置5、用于接收皮带输送装置5所输送物料的备料贮斗，用于检测下料阀3是否打开或关闭的安装在下料阀3中的阀门开闭检测装置(未图示)；以及在检测到卡料时自动启动仓壁振动的在料仓下料口仓壁安装的仓壁振动器2，
其中，下料阀3的开关通过控制单元6控制，并具有设定上料时间(即阀门打开时间)，下料阀3开关及开关到位的反馈信号传输到控制单元6，控制单元6在下料检测装置4检测到卡料时自动启动仓壁振动器2的振动。
阀门开闭检测装置、下料检测装置4所检测到的下料阀开反馈、下料阀关反馈、下料检测信号通过DI输入卡件7传输到控制单元6，控制单元6将开启下料阀3、关闭下料阀3、开关仓壁振动的指令通过DO输出卡件8输出到下料阀开关装置和仓壁振动器的启动装置来控制下料阀3的开关、仓壁振动的开关。
料仓通常包括圆筒形主体部和位于圆筒形主体部下方的倒锥形部，倒锥形部一般为截头倒锥形，倒锥形侧面展开的角度例如可为180度～360度。料仓的直径可以为2-10米，进一步例如3-6米，进一步例如4-5米。料仓出口的直径可以为0.6～1.2米，例如0.8～1.0米。
在一个实施方案中，阀门开闭检测装置为限位开关，其为下料阀气缸配套的磁性开关，气缸内部运动部位配有磁环，运行到磁性开关位置，磁性开关感应发出信号。下料阀3为闸板阀，通过连杆连接配套气缸，气缸通过两路气路连接防爆电磁阀，通过开关电磁阀驱动气源使气缸伸缩运动控制闸板开关。下料通过电磁阀开关气路控制气缸伸缩运动来控制下料阀3的开关，并在气缸伸缩极限位置安装限位开关用于检测下料阀3是否完全打开或关闭。
仓壁振动器可采用气动活塞振动器。
仓壁振动器一般安装在料仓1的倒锥形部，例如倒锥形部的中部，振动器一般为紧贴仓壁水平安装，通过调节气源控制振动强度，气源压力0.2-0.5MPa，振动频率10-25Hz。
在下料阀3打开时，开始上料时间计时，在下料过程中下料检测装置4检测下料是否正常，如果否，则计时器暂停，启动仓壁振动一段设定时间，然后再次下料检测是否是正常下料，如果否则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料至计时结束。
下料阀3下方设置皮带接料口9，优选设计为上部圆筒形和下部倒锥形体，下料检测装置4设置于该皮带接料口中。
如图2所示，当乙炔发生器需要备料时，操作员选择需要加料的发生器加料贮斗，程序通过设定好的程序自动判定后，通过顺启逆停方式依次启动对应皮带，然后设定好上料时间，上料程序投自动，点击开始上料后，针对特定的加料贮斗自动执行并完成全过程自动上料。
如图3所示，自动计时上料控制方法包括以下步骤：
(A)设定上料时间，启动自动上料；
(B)根据下料阀自动模式，开启下料阀；
(C)确定下料阀是否开到位，如果否，则触发报警，返回开始自动上料，如果是，则计时器开始计时并上料；
(D)在下料过程中检测下料是否正常，如果否(出现卡料)，则计时器暂停，启动仓壁振动设定时间，并下料检测是否是正常下料，如果否(出现卡料)则启动下一个仓壁振动周期，如果是则计时器恢复计时继续上料；
(E)计时器达到所设定的上料时间，关闭下料阀，上料完成。
进一步地，仓壁振动的设定时间为10±2秒，例如10秒。
如图4所示，自动计时上料控制过程包括开始上料阶段和计时完成阶段或卡料检测恢复阶段：
1)开始上料阶段：此时启动开始上料，检查是否投入自动上料联锁，如果投入联锁，下料阀(也称为下料翻板阀)为自动模式，上料计时器开始计时，下料阀打开。
2)计时完成阶段(无卡料)：上料直至计时完成，开始上料程序停止，下料阀关闭。
3)卡料检测恢复阶段(有卡料)：卡料检测到有卡料，上料计时器暂停，打开仓壁振动；继续卡料检测，正常后仓壁振动关闭，下料阀打开，恢复计时，继续上料至计时结束。
如图5所示，操作面板包括自动模式按钮、设定时间和运行时间显示和设置按钮。用户可选择自动模式、设定时间、运行时间等参数。
实施例1
控制系统采用集散控制系统(DCS)。
在物料电石(粒径分布主要在10-80mm)料仓下料口安装有下料阀，下料通过电磁阀开关气路控制气缸伸缩运动来控制下料阀的开关，并在气缸伸缩极限位置安装限位开关用于下料阀是否完全打开或关闭，下料阀开关及反馈信号通过电缆接入DCS控制站中，可实现盘面手动开关或自动程序控制。
电石料仓下料口仓壁安装有仓壁振动器，用于出现卡料时自动启动仓壁振动，用于消除卡料。
料仓下方皮带接料口为锥形设计，接料口安装对射式红外检测开关，用于自动计时上料时，检测料仓下料口是否持续下料，一旦出现卡料，自动暂停上料并发出声光报警提醒操作员，并启动料仓下料口仓壁振动，解决卡料问题，卡料处理完成，上料程序恢复，继续计时上料，直到计时完成。
当乙炔发生器需要备料时，操作员选择需要加料的发生器加料贮斗，程序通过设定好的程序自动判定后，通过顺启逆停方式依次启动对应皮带，然后设定好上料时间，上料程序投入自动模式，点击开始上料后，自动执行并完成全过程自动上料。
操作过程如下：
(1)开始上料阶段：开始上料时，从初始状态按下自动计时下料按钮，可先确认是否投入自动上料联锁，否则返回初始状态，是则开始执行自动上料程序，下料翻板阀模式变成自动模式，计时器开始计时，下料翻板阀获得边沿信号打开。
(2)计时完成阶段：当计时器时间达到设定值，且联锁处于投用状态时，开始上料按钮复位，下料翻板阀关闭；或者手动停止开始上料按钮，执行同样结果。
(3)卡料检测阶段：自动计时上料程序运行时，同时开启下料检测，当检测到存在卡料现象时，自动暂停计时器，打开仓壁振动协助下料；卡料检测恢复后，上料计时器恢复计时，关闭仓壁振动，同时打开下料翻板阀恢复下料，直至达到设定时间截止。
根据上述实施例，能够精准控制电石加入量，后续乙炔制备过程高效、稳定，生产工艺稳定运行，极大的降低操作员工作量，减少工作强度，避免因疲劳麻痹等原因造成操作失误，引发事故。
实施例2
控制系统采用集散控制系统(DCS)。
在物料电石(粒径分布主要在10-80mm)料仓下料口安装有下料阀，下料通过电磁阀开关气路控制气缸伸缩运动来控制下料阀的开关，并在气缸伸缩极限位置安装限位开关用于下料阀是否完全打开或关闭，下料阀开关及反馈信号通过电缆接入DCS控制站中，可实现盘面手动开关或自动程序控制。
电石料仓下料口仓壁安装有仓壁振动器，用于出现卡料时自动启动仓壁振动，用于消除卡料。
料仓下方皮带接料口为锥形设计，接料口安装对射式红外检测开关，用于自动计时上料时，检测料仓下料口是否持续下料，一旦出现卡料，自动暂停上料并发出声光报警提醒操作员，并启动料仓下料口仓壁振动，解决卡料问题，卡料处理完成，上料程序恢复，继续计时上料，直到计时完成。
当乙炔发生器需要备料时，操作员选择需要加料的发生器加料贮斗，程序通过设定好的程序自动判定后，通过顺启逆停方式依次启动对应皮带，然后设定好上料时间，点击开始上料执行上料过程。
操作过程如下：
(1)开始上料阶段：开始上料时，从初始状态按下自动计时下料按钮，开始执行自动上料程序，下料翻板阀打开，计时器开始计时。
(2)计时完成阶段：当计时器时间达到设定值，手动停止开始上料按钮，下料阀关闭。
(3)卡料检测阶段：自动计时上料程序运行时，同时开启下料检测，当检测到存在卡料现象时，自动暂停计时器，打开仓壁振动协助下料；卡料检测恢复后，上料计时器恢复计时，关闭仓壁振动，同时打开下料翻板阀恢复下料，直至达到设定时间，手动停止开始上料按钮。
根据上述实施例，能够精准控制电石加入量，后续乙炔制备过程高效、稳定，生产工艺稳定运行，极大的降低操作员工作量，减少工作强度，避免因疲劳麻痹等原因造成操作失误，引发事故。
以上描述了本发明的优选实施方案，然而，应该理解的是，以上的描述仅用于例示的目的，不构成对本发明的任何限制。在不偏离本发明主旨和范围的情况下，可以对本发明做出许多修改或等效替换，这些修改和等效替换均应被纳入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动计时上料控制装置，其包括料仓、位于料仓出口的下料阀、设置于下料阀下方的下料检测装置，位于下料检测装置下方的用于输送物料的皮带输送装置、用于接收皮带输送装置所输送物料的备料贮斗，用于检测下料阀是否打开或关闭的安装在下料阀中的阀门开闭检测装置；以及在检测到卡料时自动启动仓壁振动的在料仓下料口仓壁安装的仓壁振动器，其中下料阀的开关通过控制单元控制，并具有设定上料时间，下料阀开关和/或开关到位的反馈信号传输到控制单元，控制单元在下料检测装置检测到卡料时自动启动仓壁振动器的振动。
2.根据权利要求1所述的自动计时上料控制装置，其特征在于，在下料阀打开时，开始上料时间计时，在下料过程中下料检测装置检测下料是否正常，如果否，则计时器暂停，启动仓壁振动，并下料检测是否是正常下料，如果否则继续仓壁振动，如果是则计时器恢复计时继续上料至计时结束；和/或
阀门开闭检测装置、下料检测装置所检测到的下料阀开反馈、下料阀关反馈、下料检测信号通过DI输入卡件传输到控制单元，控制单元将开启下料阀、关闭下料阀、开关仓壁振动的指令通过DO输出卡件输出到下料阀开关装置和仓壁振动器的启动装置来控制下料阀的开关、仓壁振动的开关。
3.根据权利要求1所述的自动计时上料控制装置，其特征在于，下料阀下方设置皮带接料口，下料检测装置设置于该皮带接料口中；和/或
皮带接料口设计为上部圆筒形和下部倒锥形体。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的自动计时上料控制装置，其特征在于，下料检测装置为对射式红外检测开关；和/或
阀门开闭检测装置为限位开关，其为下料阀气缸配套的磁性开关，气缸内部运动部位配有磁环，运行到磁性开关位置，磁性开关感应发出信号。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的自动计时上料控制装置，其特征在于，控制单元是DCS控制系统或PLC控制系统。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的自动计时上料控制装置，其特征在于，仓壁振动器为气动活塞振动器，紧贴仓壁水平安装，通过调节气源控制振动强度，气源压力0.2-0.5MPa，振动频率10-25Hz。
7.一种使用权利要求1所述的自动计时上料控制装置的自动计时上料控制方法，包括以下步骤：
(A)从初始状态开始，设定上料时间，执行自动上料程序；
(B)根据下料阀自动模式，开启下料阀，计时器开始计时并上料；
(C)在下料过程中检测下料是否正常，如果否，则计时器暂停，启动仓壁振动，并下料检测是否正常下料，如果否则继续仓壁振动，如果是则计时器恢复计时继续上料；
(D)计时器达到所设定的上料时间，关闭下料阀，上料完成。
8.根据权利要求7所述的自动计时上料控制方法，其中，步骤(B)还包括：确定下料阀是否开到位，如果否，则触发报警，返回开始自动上料，如果是，则计时器开始计时并上料。
9.根据权利要求7或8所述的自动计时上料控制方法，其中，在步骤(A)与步骤(B)之间还包括程序是否投入自动联锁，如果否，则返回初始状态，如果是，则进入步骤(B)。
10.根据权利要求7或8所述的自动计时上料控制方法，其中，仓壁振动的设定时间为10±5秒。
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