CN114013941A - 一种均匀铺料的自动控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均匀铺料的自动控制方法和系统，主要原理是通过动态电子称，用于对经过的物料进行称量、能接收重量需求信息、能实时反馈所经过的物料重量；振槽对接动态电子秤，利用振动进行对物料的摊散和输送；来料检测光电管感应物料以及计算物料厚度，并将信号传输至PLC控制器；变频皮带机连接至PLC控制器，能基于收到的信息进行处理通过闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，并输出至变频皮带机使其以该速度运行。本发明利用现有设备的各个参数信息，通过闭环计算控制，实现了对来料物料的具体状态信息，分配了相匹配的接料速度，从而达到整体均匀、连续的铺料效果，解决了传统开环控制铺料方式中存在的物料不连续、铺料状态不均匀的问题。

Description

一种均匀铺料的自动控制方法和系统

技术领域

本发明为自动化控制技术在烟草、茶叶、食品、工业原料等领域的应用,涉及一种通过物料的质量、体积来进行自动的、均匀的铺料方法，更具体的是一种均匀铺料的自动控制方法和系统。

背景技术

目前，在烟草、茶叶、食品等领域，一些较大规模的企业已经实现了生产线的控制自动化，在生产线上的特定工艺环节，如果按工艺需要实现对物料进行抽样检测，或者对物料状态有高要求的工艺环节，如：生产输送设备设定一个固定的输送速度，再设定一个固定的铺料时间，这样简单的铺料控制方式所形成的铺料状态没有取料过程中的闭环控制，没有取料反馈，因此取料后的物料状态存在连续性不强，物料稀疏的情况。这样的控制方式已经不能满足后续处理工序的处理要求。

发明内容

为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，发明人提供了一种铺料状态与控制铺料方式实现实时闭环控制的方法，来实现均匀铺料的自动化处理，使得生产线上的物料状态保持均匀、连续性强。具体的，本发明是这样实现的：

一种均匀铺料的自动控制方法，包括以下步骤：物料的称重与输送：输送机构将物料输送经过动态电子称进行称量后，进入振槽；物料散料和铺料：物料在振槽上摊散后进入至变频皮带机，变频皮带机能根据物料状态和铺料高度输出适宜的铺料速度，使得进入变频皮带机上的的物料连续的、均匀的堆积铺满变频皮带机直至出料；其中：物料状态包括：位于振槽上的物料的预处理总重量、物料的稀疏度、运行速度、物料的种类；变频皮带机通过PLC控制器监测获取物料状态信息并进行闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，并输出至变频皮带机使其以该速度运行。

进一步的，所述物料散料和铺料步骤中，还包括有与PLC控制器连接的翻板活门，当进入到变频皮带机上的物料达到预设量时，振槽上的翻板活门开启，多余的物料则被回流收集，不进入变频皮带机。

进一步的，所述PLC控制器监测获取物料状态信息并进行闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，包括以下步骤：通过来料检测光电管测量物料的输送时间，根据输送设备的运行速度以及物料的容重这些参数计算处待检测处理物料体积；设置采样周期，且采样周期时间内通过振槽的物料体积与变频皮带机上物料体积的积分相等；振槽上取某一时间周期ti内体积为V的烟叶，经过来料检测光电管处计时，基于铺料高度H、光电管的测距高度hi，获取铺料周期次数n、时间片段ti内物料长度L、铺料时间T，最终得铺料长度和铺料速度；按若干个时间周期ti进行各个周期相对应的铺料速度控制变频皮带机的速度，实现对物料连续的、均匀的接料、运输、出料。

进一步的，所述体积为V的烟叶基于公式

获得，其中：V代表烟叶的体积，m代表烟叶质量，

代表烟叶的容重；

所述采样周期时间内通过振槽的物料体积与变频皮带机上物料体积的积分相等所满足的公式为

式中：V代表烟叶的体积，n代表检测设备上的累积堆积个数，△V代表分散的烟叶堆体积个数；

所述铺料高度H基于以下公式获得：

式中:H代表变频铺料皮带机上要求的铺料高度，hi代表光电管的测距高度，n代表铺料采样次数，每次铺hi的高度，铺满H需要几个n；

所述待测量物料长度L基于以下公式获得：

L＝ti×v1

式中：L代表来料检测光电管采样周期ti内的物料长度，ti代表一个采样时间周期，v1代表振槽的速度；

所述采样周期n基于以下公式获得：

n＝H÷hi

式中：n代表采样周期次数，H代表烟叶在检测处理设备上的堆积高度，hi代表光电管的测距高度；

所述铺料时间T基于以下公式获得：

T＝n×ti

式中：T代表变频器的铺料时间，n代表采样周期的个数，ti代表光电管的测距高度；

所述待测量物料长度L基于以下公式获得：

L＝V/(H*W)

式中：L代表对应振槽上一个采样周期T内变频皮带机上的铺料长度，V代表振槽一个采样周期T内的总体，H代表变频皮带机上要求的铺料高度，W代表变频皮带机的宽度；

所述铺料速度基于以下公式获得：

v＝v1/n

式中：v代表不同物料状态下的变频皮带机的铺料速度，v1代表振槽的输送速度，n代表光电管测距高度的累积次数。

本发明的另一方面，提供了一种均匀铺料的自动控制系统，包括：动态电子称，用于对经过的物料进行称量、能接收重量需求信息、能实时反馈所经过的物料重量；振槽，用于对接动态电子秤，利用振动进行对物料的摊散和输送；来料检测光电管，分别安装在变频皮带机来料端和出料端，用于感应物料以及计算物料厚度，并将信号传输至PLC控制器；变频皮带机，连接至PLC控制器，接收其发送的运行速度信息并安装该速度运行接料；PLC控制器，用于输入物料处理信息，接收振槽速度信息、动态电子称反馈信息、来料检测光电管信息；能基于收到的信息进行处理通过闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，并输出至变频皮带机使其以该速度运行。

进一步的，所述振槽上还设有翻板活门，在翻板活门的下方设有余料输送皮带，翻板活门能接收PLC控制器发出的满料信号关闭对变频皮带机送料，同时翻板活门开启将多余的余料导入余料输送皮带。

本发明的工作原理介绍：本发明利用振槽将物料打散输送，同时检测物料的状态、获取输送的速度、重量等各方面的数据汇总，然后由控制器统一监管，划分成若干段周期对物料进行实时数据获取，基于数据利用闭环控制算法，能够算出针对一段周期内与物料最适配的接料变频皮带机的运行速度，整个过程由N段连续的周期构成，从而实现对物料的实时对应，保障了在变频皮带机上的物料是均匀且连续的，提高了下一个工艺环节的物料来料品质。

本发明的有益效果：

(1)利用电子皮带秤、振槽和变频输送机，配合闭环控制，巧妙的实现了自动化管理控制的均匀连续铺料，无需额外增加其他专用装置或设备，具有很强的适用性、适用于多种物料，特别适用于烟叶、茶叶；

(2)通过周期段的划分模式，利用现有设备的各个参数信息，通过闭环计算控制，实现了对来料物料的具体状态信息，分配了相匹配的接料速度，从而达到整体均匀、连续的铺料效果，解决了传统开环控制铺料方式中存在的物料不连续、铺料状态不均匀的问题。

附图说明

图1为本发明的一种均匀铺料的自动控制系统示意图；

图2为一种均匀铺料的自动控制系统控制示意图；

图3为本发明一种均匀铺料的自动控制变频调速速度示意图；

其中：1-爬坡皮带机、2-落料斗、3-动态电子称、4-振槽、5-来料检测光电管、6-变频皮带机、7-完成检测光电管、8-余料输送皮带、9-翻板活门、10-PLC控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1一种均匀铺料的自动控制系统，沿输料方向依次具有爬坡皮带机1、落料斗2、动态电子称3、振槽4、来料检测光电管5、变频皮带机6、完成检测光电管7，振槽上设有翻板活门9和余料输送皮带8，各部件与PLC控制器10保持连接连通；动态电子称，用于对经过的物料进行称量、能接收重量需求信息、能实时反馈所经过的物料重量；振槽，用于对接动态电子秤，利用振动进行对物料的摊散和输送；来料检测光电管，分别安装在变频皮带机来料端和出料端，用于感应物料以及计算物料厚度，并将信号传输至PLC控制器；变频皮带机，连接至PLC控制器，接收其发送的运行速度信息并安装该速度运行接料；PLC控制器，用于输入物料处理信息，接收振槽速度信息、动态电子称反馈信息、来料检测光电管信息；能基于收到的信息进行处理通过闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，并输出至变频皮带机使其以该速度运行。

实施例2：一种均匀铺料的自动控制方法，在实施例1的设备系统的基础上，本方法包括：

首先，物料从附图2中的爬坡皮带机1将烟叶输送至落料斗2处，烟叶通过落料斗2落在动态电子秤3的皮带机上，此动态皮带秤主要的作用是称量需要检测或者取样的烟叶重量，如当烟叶通过落料斗2将烟叶落至动态电子称3时，可编程控制器PLC将根据设定重量的要求来控制动态电子称3上通过需要的烟叶重量，本实施了以检测处理设备需要检测处理3000g的烟叶重量为例进行介绍：

3000g＝m_{累积重量2}-m_{累积重量1}

式中：m_{累积重量2}为电子皮带秤上实时显示的累积重量，m_{累积重量1}为取样开始时电子皮带秤上显示的累积重量。

S13000g的物料将沿输送线输送至振槽4上，振槽4的主要功能是将一些块状烟叶进行打散摊铺的作用。松散后的烟叶会被输送到变频皮带机6上；

S2超过3000g以上的多余烟叶仍通过振槽4输送，但此时振槽上的翻板活门9将自动打开，物料从翻板活门处落至余料输送皮带8上，多余物料从而回流至主生产线上；

S3需要检测处理的这3000g物料如果不加以处理，会产生物料不连续和不均匀的状态。同样所得到的检测、处理数据同样受物料状态的影响而达不到最佳检测处理结果。因此，需要加入闭环的自动控制方法来对后端设备上的铺料状态进行调节。要达到连续的、均匀的堆积满整条变频皮带机6，需通过来料检测光电管5检测来料状态，再利用PLC控制器10来控制变频皮带机6的铺料速度：

S3-1计算待检测处理烟叶物料体积：

式中：V代表烟叶的体积，m代表烟叶质量，

代表烟叶的容重。

S3-2采样周期时间内通过振槽的物料体积与变频皮带机上物料体积的积分相等：

式中：V代表需要检测处理的烟叶总体积，n代表检测设备上的累积堆积个数，△V代表分散的烟叶堆体积个数。

S4取一个时间片段内均匀铺料的控制方式作为说明，用同样的方式进行持续铺料即可铺满整条变频铺料皮带；

S4-1取振槽4上ti时间片段内的烟叶来在变频皮带机6上进行均匀铺料，即在振槽上取ti时间片段内体积为V的烟叶将在变频皮带机6上进行均匀铺料。当烟叶来到来料检测光电管5处时开始计时，可以通过如下公式计算出光电管的铺料周期次数n；

式中:H代表变频铺料皮带机上要求的铺料高度，hi代表光电管的测距高度，n代表铺料采样次数(即：每次铺hi的高度，铺满H需要几个n)；

S4-2可以通过可编程控制器来设定来料检测光电管5的采样时间用ti，再求出采样时间周期内的物料长度：

L＝ti×v1

式中：L代表来料检测光电管采样周期ti内的物料长度，ti代表一个采样时间周期，v1代表振槽的速度。

S4-3当物料来到检测处理设备上的⑩变频皮带机上时，计算出采样周期n的个数：

n＝H÷hi

式中：n代表采样周期次数，H代表烟叶在检测处理设备上的堆积高度，hi代表光电管的测距高度。

S4-4计算求得变频皮带机的铺料时间T：

T＝n×ti

式中：T代表变频器的铺料时间，n代表采样周期的个数，ti代表光电管的测距高度。

S4-5计算出变频皮带机上需要的铺料长度：

L＝V/(H*W)

式中：L代表对应振槽上一个采样周期T内变频皮带机上的铺料长度，V代表振槽一个采样周期T内的总体，H代表变频皮带机上要求的铺料高度，W代表变频皮带机的宽度。

S4-6用长度除以时间计算⑩变频皮带机均匀铺料时的铺料速度，最终推算结果为：

v＝v1/n

式中：v代表不同物料状态下的变频皮带机的铺料速度，v1代表振槽的输送速度，n代表光电管测距高度的累积次数。

S5上述均匀布料方式仅详细描述了第一个时间片段内V1的计算方法，在剩余时间片段内均匀铺料的控制方法及速度换算与V1相同。用同样的运算方式依次求出整个铺料环节中的剩余的多个采样周期内变频皮带机需要的各个铺料速度，如附图3所示。

最后，通过此方式，即可将变频皮带机6上的物料连续地、均匀地按要求铺满，达到均匀铺料的效果，整个流程一直持续到物料到达至完成检测光电管7时均匀铺料结束。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种均匀铺料的自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

物料的称重与输送：输送机构将物料输送经过动态电子称进行称量后，进入振槽；

物料散料和铺料：物料在振槽上摊散后进入至变频皮带机，变频皮带机能根据物料状态和铺料高度输出适宜的铺料速度，使得进入变频皮带机上的的物料连续的、均匀的堆积铺满变频皮带机直至出料；

其中：物料状态包括：位于振槽上的物料的预处理总重量、物料的稀疏度、运行速度、物料的种类；变频皮带机通过PLC控制器监测获取物料状态信息并进行闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，并输出至变频皮带机使其以该速度运行。

2.根据权利要求1所述的均匀铺料的自动控制方法，其特征在于，所述物料散料和铺料步骤中，还包括有与PLC控制器连接的翻板活门，当进入到变频皮带机上的物料达到预设量时，振槽上的翻板活门开启，多余的物料则被回流收集，不进入变频皮带机。

3.根据权利要求1所述的均匀铺料的自动控制方法，其特征在于，所述PLC控制器监测获取物料状态信息并进行闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，包括以下步骤：

通过来料检测光电管测量物料的输送时间，根据输送设备的运行速度以及物料的容重这些参数计算处待检测处理物料体积；

设置采样周期，且采样周期时间内通过振槽的物料体积与变频皮带机上物料体积的积分相等；

振槽上取某一时间周期ti内体积为V的烟叶，经过来料检测光电管处计时，基于铺料高度H、光电管的测距高度hi，获取铺料周期次数n、时间片段ti内物料长度L、铺料时间T，最终得铺料长度和铺料速度；

按若干个时间周期ti进行各个周期相对应的铺料速度控制变频皮带机的速度，实现对物料连续的、均匀的接料、运输、出料。

4.根据权利要求3所述的均匀铺料的自动控制方法，其特征在于，所述体积为V的烟叶基于公式

获得，其中：V代表烟叶的体积，m代表烟叶质量，

代表烟叶的容重；

所述采样周期时间内通过振槽的物料体积与变频皮带机上物料体积的积分相等所满足的公式为

式中：V代表烟叶的体积，n代表检测设备上的累积堆积个数，△V代表分散的烟叶堆体积个数；

所述铺料高度H基于以下公式获得：

式中:H代表变频铺料皮带机上要求的铺料高度，hi代表光电管的测距高度，n代表铺料采样次数，每次铺hi的高度，铺满H需要几个n；

所述待测量物料长度L基于以下公式获得：

L＝ti×v1

式中：L代表来料检测光电管采样周期ti内的物料长度，ti代表一个采样时间周期，v1代表振槽的速度；

所述采样周期n基于以下公式获得：

n＝H÷hi

式中：n代表采样周期次数，H代表烟叶在检测处理设备上的堆积高度，hi代表光电管的测距高度；

所述铺料时间T基于以下公式获得：

T＝n×ti

式中：T代表变频器的铺料时间，n代表采样周期的个数，ti代表光电管的测距高度；

所述待测量物料长度L基于以下公式获得：

L＝V/(H*W)

式中：L代表对应振槽上一个采样周期T内变频皮带机上的铺料长度，V代表振槽一个采样周期T内的总体，H代表变频皮带机上要求的铺料高度，W代表变频皮带机的宽度；

所述铺料速度基于以下公式获得：

v＝v1/n

式中：v代表不同物料状态下的变频皮带机的铺料速度，v1代表振槽的输送速度，n代表光电管测距高度的累积次数。

5.一种均匀铺料的自动控制系统，其特征在于，包括：

动态电子称，用于对经过的物料进行称量、能接收重量需求信息、能实时反馈所经过的物料重量；

振槽，用于对接动态电子秤，利用振动进行对物料的摊散和输送；

来料检测光电管，分别安装在变频皮带机来料端和出料端，用于感应物料以及计算物料厚度，并将信号传输至PLC控制器；

变频皮带机，连接至PLC控制器，接收其发送的运行速度信息并安装该速度运行接料；

PLC控制器，用于输入物料处理信息，接收振槽速度信息、动态电子称反馈信息、来料检测光电管信息；能基于收到的信息进行处理通过闭环控制计算出适宜当前的铺料速度值，并输出至变频皮带机使其以该速度运行。

6.根据权利要求5所述的均匀铺料的自动控制系统，其特征在于，所述振槽上还设有翻板活门，在翻板活门的下方设有余料输送皮带，翻板活门能接收PLC控制器发出的满料信号关闭对变频皮带机送料，同时翻板活门开启将多余的余料导入余料输送皮带。

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