CN114604596A - 一种多点卸料机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种多点卸料机控制系统，包括主控模块、检测模块、电源模块、执行模块和人机交互模块；主控模块的主控制器中设有自适应数字滤波模块、矩阵式输入输出扩展模块和自适应参数调整模块；矩阵式输入输出扩展模块用于实现主控制器多点输入与输出的扩展，自适应参数调整模块用于实现条张力参数、电机参数和卸料延时时间的反馈调节；自适应数字滤波模块根据噪声数据判定规则判断采集机头链条张力和机尾链条张力中是否存在噪声数据，当存在噪声数据时，自适应数字滤波模块对机头链条张力和/或机尾链条张力进行滤波处理。该系统解决了由于机械振动引起的链条张力大幅度波动而导致的误报警问题以及被控元件老化导致控制精度下降的问题。

Description

一种多点卸料机控制系统
技术领域
本发明涉及多点卸料机控制技术领域，具体涉及一种多点卸料机控制系统。
背景技术
随着工业智能化的推进，越来越多的传统人工操作被机械产品替代。卸料机用于将物料提升到一定高度，并按照设定条件将物料放入不同的料仓中。多点卸料机通常采用皮带传输方式，主要应用于制药领域的物料输送、加料转运，也可以与混合机、压片机、胶囊填充机、包装机等设备配套使用。此外，多点卸料机在化工、食品加工等行业也有广泛应用，在食品加工行业，经常会使用大型食品粉碎机，粉碎机的入料口距离地面有一定高度，通常会利用卸料机将物料提升至粉碎机的入料口，卸料机的控制系统对于实现卸料机的准确卸料具有重要意义。
公开号为CN111665752A的专利申请公开了一种基于FPGA的装卸料机运动控制系统及方法，该系统将主控制器和FPGA装置整合在同一控制平台下，将FPGA技术应用于装卸料机的运动控制，在满足高度功能自定义的同时实现高速并行处理，使得控制系统具有更好的可靠性和安全性。本发明设计的控制系统不依赖主控制器，FPGA装置能独立完成多轴控制功能，解决了原来PLC控制器下，联锁旁路运行的两侧电机不能同步运行的问题。但是FPGA相比于其他集成控制器，其系统可靠性不强，容易受到工业现场的电磁干扰，并且输入和输出接口的扩展性较差，不能适用于更多其他类型的卸料机。
公开号为CN208715657U的中国专利公开了一种水平提升机多点卸料控制系统，包括水平提升机、卸料机构、缓冲仓和包装秤，水平提升机的顶部设有数个卸料机构，每个卸料机构的下方均设有缓冲仓，可以实现物料依次按顺序进料，一个时间段后自动切换到下一个包装秤缓冲仓，实现自动循环。该系统采用PLC控制器提高了系统的稳定性，但是缺少对卸料机运行状态的监控，难以保证卸料机的稳定性。
综上所述，现有卸料机控制系统主要存在以下问题：
1.控制器多采用传统PLC控制器，虽然提高了系统的稳定性，但多点卸料机的卸料点数是依靠实际需求而改变的，PLC控制器的输入和输出扩展性较差，需要另外接入I/O扩展模块，增加了系统设计成本。嵌入式控制器FPGA虽然能够提高控制效率，但是其系统可靠性不强，容易受到工业现场的电磁干扰。
2.现有控制系统缺少对卸料机运行状态的实时监控，无法保证卸料机的运行稳定性，智能化水平较低。工业现场的三相电中存在较多信号干扰，缺少对电源电路的抗干扰设计。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是，提供一种多点卸料机控制系统。该控制系统采用高性能集成控制器作为主控制器代替传统PLC控制器，提高系统的鲁棒性和可读写性，并且降低了系统设计的成本；为提高系统的实用性和拓展性，本发明采用了矩阵式输入/输出对控制器进行多点输入与输出扩展；为保证卸料过程的稳定性和安全性，对卸料机机头和机尾链条张力进行实时监测，考虑到卸料机在上电时振动较大，张力数据波动较大且不准确，因此通过自适应数字滤波算法，滤除噪声数据，保证了张力数据的稳定性和准确性；最后，由于机械结构、传感器等结构老化，设定的电机转速、张力值等参数可能与实际值存在误差，这会对卸料机产生较大损坏，因此对电机参数和卸料延时时间进行反馈调节，消除设定值与实际值之间的误差，实现对多点卸料机的优化控制。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多点卸料机控制系统，包括主控模块、检测模块、电源模块、执行模块和人机交互模块；所述主控模块是系统的核心模块，与检测模块、执行模块和人机交互模块连接，用于数据分析处理并生成控制指令；检测模块用于实时检测机头和机尾链条张力，同时对料斗姿势、料斗出口的开闭以及料仓的料位进行检测；电源模块为主控模块、检测模块、执行模块和人机交互模块供电；执行模块用于执行主控模块的控制指令，人机交互模块用于实现多点卸料机的人机交互；
所述主控模块的主控制器中设有自适应数字滤波模块、矩阵式输入输出扩展模块和自适应参数调整模块；矩阵式输入输出扩展模块用于实现主控制器多点输入与输出的扩展，自适应参数调整模块用于实现条张力参数、电机参数和卸料延时时间的反馈调节，链条张力参数包括机头链条张力和机尾链条张力；自适应数字滤波模块根据噪声数据判定规则判断采集机头链条张力和机尾链条张力中是否存在噪声数据，当存在噪声数据时，自适应数字滤波模块根据自适应中值数字滤波算法对机头链条张力和机尾链条张力进行滤波处理；
噪声数据判定规则为：
(1)在卸料机初始上电阶段，当F1>2000N或F1<0N时，认为机头链条张力中存在噪声数据，当F2>1500N或F2<0N时，认为机尾链条张力中存在噪声数据；F1、F2分别表示机头链条张力和机尾链条张力；
(2)在卸料机稳定运行阶段，当0<F1<100N时，认为机头链条张力中存在噪声数据；当0<F2<50N时，认为机尾链条张力中存在噪声数据；
(3)在卸料机停机断电阶段，机头链条张力和机尾链条张力会出现急剧下降的现象，需要检测张力下降速度，并剔除张力异常值；设机头链条张力和机尾链条张力的下降速度分别为
Figure BDA0003597388970000021
其中
Figure BDA0003597388970000022
分别表示t和t+1时刻的机头链条张力，
Figure BDA0003597388970000023
分别表示t和t+1时刻的机尾链条张力；当
Figure BDA0003597388970000024
时，表示张力下降速度异常，需要剔除t+1时刻的机头链条张力和机尾链条张力。
所述自适应参数调整模块根据机头链条张力调节规则对机头链条张力进行调节，机头链条张力F1的影响因素包括机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f，因此机头链条张力F1＝αT-βFT-γf，其中α、β、γ均为权重系数，取值范围均为[0.1,0.5]；在卸料机初始上电阶段，由于机械振动机座弹力FT急剧增大，需减小摩擦力f，增大传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；在卸料机稳定运行阶段，机座弹力FT保持稳定，摩擦力f会增大，此时需增大传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；在卸料机停机断电阶段，机座弹力FT和摩擦力f减小的幅度较大，此时需减小传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；
自适应参数调整模块根据电机参数调节规则对电机参数进行调节，电机参数包括加减速时间t’和载波频率f’；在卸料机初始上电和停机断电阶段，应提高加减速时间t’，使电机处于缓慢增速或减速状态，同时应减小载波频率f’，以减小电机噪声和漏电流；在卸料机平稳运行阶段，应减小加减速时间t’，使载波频率f’保持载波频率范围的中间值，以降低电机噪声和漏电流；
自适应参数调整模块根据卸料延时时间调节规则对卸料延时时间进行调节，卸料延时时间T’是根据每个料仓之间的距离d和电机转速v确定的，
Figure BDA0003597388970000031
在卸料机初始上电和停机断电阶段，应增加卸料延时时间T’，保证物料全部卸下；在卸料机平稳运行阶段，电机转速v保持恒定，卸料延时时间T’保持恒定。
所述检测模块包括张力检测模块、姿势检测模块、料位检测模块和气缸状态检测模块；所述张力检测模块包括三个张力传感器，其中一个张力传感器安装在卸料机机头的链条处，用于检测机头链条张力，另外两个张力传感器分别安装在卸料机机尾的左、右链条处，用于检测机尾链条张力；所述姿势检测模块采用接近开关传感器，每个料斗上均安装有接近开关传感器，用于检测料斗是否倾斜；所述料位检测模块采用阻旋料位计传感器，每个料仓内均安装有料位检测模块，用来检测料仓是否装满，气缸状态检测模块采用磁簧传感器，磁簧传感器安装在料斗的气缸上，用于检测气缸的伸缩状态，进而检测料斗出口的开闭。
所述矩阵式输入输出扩展模块包括矩阵式输入扩展和矩阵式输出扩展；令主控制器输入端为X，输出端为Y，输入端X包括控制器输入端X0～Xm，输出端Y包括控制器输出端Y0～Yn，则输入扩展的点数为(m+1)×(n+1)；假设矩阵式输出扩展中用于行间拓展的控制器输出端为Y0～Yi，用于列间拓展的控制器输出端为Yj～Yn，则输出拓展的点数为(i+1)×(n-j+1)，i≠j；m、n、i、j均为正整数；
其中，矩阵式输入扩展电路中增加了二极管，各个控制器输入端和与该控制器输入端相连的电路输出点之间均连接一个二极管，矩阵式输入扩展电路每行除与控制器输入端相连的电路输出点外，其余相邻两个电路输出点之间连接有一个二极管；矩阵拓展输出电路的行与列的各个控制器输出端之间均设有负载，每个负载分别通过隔离单元和与该负载相连且位于矩阵拓展输出电路列上的控制器输出端连接；隔离单元为二极管，二极管的正极与负载连接，负极与控制器输出端连接。
所述电源模块包括24V电源模块、滤波模块和380V电源模块；通过380V电源模块将卸料机接入工业用电，380V电源模块经过滤波模块进行滤波处理，滤波后的电压通过24V电源模块将220V交流电转换成24V直流电；滤波模块由三个串联连接的一级滤波器QC1、QC2和QC3组成，一级滤波器QC1的输出为一级滤波器QC2的输入，一级滤波器QC2的输出为一级滤波器QC3的输入，一级滤波器QC3的输出与24V电源模块连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、传统的多点卸料机张力采集采用延时启动的方式，即在卸料机上电后，延时启动A/D采集，待机器稳定后，再启动A/D采集，这种处理方式无法判断上电时卸料机的运行状态，并且延时启动时间依靠人工确定，误差较大。因此，本发明通过主控模块的自适应数字滤波模块判断机头链条张力和机尾链条张力中是否存在噪声数据，当张力数据中存在噪声数据时，自适应数字滤波模块执行滤波功能，对机头链条张力和/或机尾链条张力进行滤波处理，解决了采集的张力数据不稳定，干扰数据较多的问题，同时能够有效解决卸料机初始上电和停机断电阶段由于机械振动而引起的张力大幅度波动而导致的误报警问题。
2、由于多点卸料机的一些关键执行元件容易老化，导致控制精度下降，因此该系统自通过适应参数调整模块对链条张力参数、电机参数和卸料延时时间的进行反馈控制，可以有效提高多点卸料机的控制精度，延长卸料机的使用寿命，实现了多点卸料机的智能化控制，提高了卸料机控制系统的智能化程度。
3、考虑到工业现场的三相电中干扰较多，在电源模块中加入了滤波模块，该滤波模块由三个一级滤波器构成的三级滤波器，其成本低于市面上的三级滤波器，能够有效提高系统的抗干扰性能；降低了电源电路中的纹波电压，防止外来电磁噪声干扰电源设备本身控制电路的工作；同时，本发明的三级滤波器能够抑制电源本身产生的电磁干扰，提高了电源电路的可靠性，保证供电的稳定性。
4、本发明的主控制器具有良好的扩展性和复用性，能够按照实际需求扩展输入和输出接口，实现任意点卸料机的控制，不需要另外使用扩展模块。另外，相较于传统PLC控制器，它的体积更小，成本更低，更加有利于安装在电气控制柜中，提高了多点卸料机控制系统的实用性和灵活性。
附图说明
图1为本发明的多点卸料机的结构示意图；
图2为本发明的多点卸料机控制系统的结构示意图；
图3为本发明的多点卸料机自适应参数调整流程图；
图4为本发明的多点卸料机矩阵式输入扩展示意图；
图5为本发明的多点卸料机矩阵式输出扩展示意图；
图6为本发明的多点卸料机24V电源模块的滤波模块的结构示意图；
图中，1-主控模块；2-检测模块；3-电源模块；4-执行模块；5-人机交互模块；
101-自适应数字滤波模块；102-矩阵式输入输出扩展模块；103-自适应参数调整模块；201-张力检测模块；202-姿势检测模块；203-料位检测模块；204-气缸状态检测模块；301-24V电源模块；302-滤波模块；303-380V电源模块；
1-1、卸料机主体；2-1、导向轮；3-1、传送带；4-1、物料；5-1、电机；6-1、卸料口；7-1、料仓；8-1、气缸；9-1、料斗；10-1、进料口。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清晰，下面结合附图给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请的保护范围。
多点卸料机的结构示意图如图1所示，包括卸料机主体1-1、导向轮2-1、传送带3-1、电机5-1、卸料口6-1、气缸8-1、料斗9-1和进料口10-1；卸料机主体1-1的上部设有多个卸料口6-1，每个卸料口6-1的正下方均放置一个料仓7-1，每个卸料口6-1上均设有料斗9-1，料斗9-1的出料口设有用于料斗9-1开闭的气缸8-1；卸料机主体1-1的机尾设有进料口10-1，箭头方向表示物料运行方向；卸料机主体1-1的机头安装有电机5-1，导向轮2-1通过转轴安装在卸料机主体1-1上，转轴上套装有传动带3-1，转轴上还安装有左、右链条，电机5-1通过链条带动导向轮2-1转动，电机5-1通过左、右链条带动传动带3-1转动，将物料4-1运输至各个卸料口6-1处进行卸料。
本发明为一种多点卸料机控制系统(简称系统)，按卸料机各部件执行功能的不同将系统进行分布式模块化设计，如图2所示，该系统包括主控模块1、检测模块2、电源模块3、执行模块4和人机交互模块5；所述主控模块1是系统的核心模块，与检测模块2、执行模块4和人机交互模块5连接，实现数据采集和信号传输；检测模块2用于实时检测机头和机尾链条张力，同时对料斗姿势、料斗出口的开闭以及料仓的料位进行检测；电源模块3用于将220V交流电转换成24V直流电，并且能够滤除380V交流电中的纹波电压和干扰信号，为主控模块1、检测模块2、执行模块4和人机交互模块5提供稳定电源；执行模块4用于执行主控模块1的控制指令，保证多点卸料机运行稳定；人机交互模块5用于实现多点卸料机的人机交互，包括参数设置、多点卸料机运行状态的实时显示等。
所述检测模块2包括张力检测模块201、姿势检测模块202、料位检测模块203和气缸状态检测模块204；所述张力检测模块201包括三个张力传感器，其中一个张力传感器安装在卸料机机头的链条处，用于检测机头链条张力，另外两个张力传感器分别安装在卸料机机尾的左、右链条处，用于检测机尾链条张力；张力传感器输出4-20mA电信号，电信号经过主控模块1的主控制器中的A/D转换模块转换为数字信号，主控模块1数字信号进行分析处理，处理后的链条张力以曲线形式在人机交互模块5上实时显示；所述姿势检测模块202采用接近开关传感器，每个料斗上均安装有接近开关传感器，用于检测料斗是否倾斜；接近开关传感器输出开关量信号，接近开关传感器的输出信号经过主控制器的输入继电器传输至主控模块1；所述料位检测模块203采用阻旋料位计传感器，每个料仓内均安装有料位检测模块203，用来检测料仓是否装满，阻旋料位计传感器输出开关量信号，阻旋料位计传感器的输出信号经过主控制器的输入继电器传输至主控模块1；气缸状态检测模块204采用磁簧传感器，每个料斗上均安装有一个气缸，磁簧传感器安装在气缸上，用于检测气缸的伸缩状态，进而检测料斗出口的开闭；磁簧传感器输出开关量信号，磁簧传感器的输出信号经过主控制器的输入继电器传输到主控模块1；每个气缸的电磁阀信号通过主控制器的输出继电器传输至主控模块1；本实施例中，张力传感器采用CFBLS扭矩传感器，接近开关传感的型号为PSE17-5DN2，阻旋料位计传感器采用SD-83-516-0083B阻旋式料位开关，磁簧传感器的型号为TG2521-08。
所述主控模块1采用XYJ-KRDZK控制器作为主控制器，主控制器包括自适应数字滤波模块101、矩阵式输入输出扩展模块102和自适应参数调整模块103在内的功能模块；XYJ-KRDZK控制器以STM32为主控芯片，搭载PLC解码器，实现PLC控制功能；此外，XYJ-KRDZK控制器还包括10路A/D输入接口和4路D/A输出接口，能够同时实现RS485串行通信和以太网通信；XYJ-KRDZK控制器中设有AD转换模块、输入继电器和输出继电器；
所述自适应数字滤波模块101具有张力噪声判断功能和滤波功能，自适应数字滤波模块101根据噪声数据判定规则判断机头链条张力和机尾链条张力中是否存在噪声数据，当张力数据中存在噪声数据时，自适应数字滤波模块101执行滤波功能，对机头链条张力和/或机尾链条张力进行滤波处理；滤波后的张力数据通过自适应参数调整模块103进行辨识，使机头和机尾链条张力保持稳定；在确定张力数据中存在噪声数据后才进行滤波处理，可以提高系统执行程序的效率，既保留了张力特征，又抑制了噪声；
噪声数据判定规则为：
(1)在卸料机初始上电阶段，机头链条张力F1和机尾链条张力F2的波动较为剧烈，易达到峰值，因此当F1>2000N、F2>1500N时，则认为机头链条张力或机尾链条张力中存在噪声数据，本实施例设定初始上电阶段的张力信号采集时长为50ms；由于张力传感器误差和零点漂移导致张力值小于0，此时会造成故障报警等误动作，因此当F1<0N、F2<0N时，认为机头链条张力或机尾链条张力中存在噪声数据；
(2)在卸料机稳定运行阶段，机头链条张力F1和机尾链条张力F2较稳定，但是由于张力传感器故障引起的误差仍然存在，但是与上电过程不同，此时张力值不会为负值，而是趋近于一个较小的值，即当0<F1<100N，0<F2<50N时，认为机头链条张力或机尾链条张力中存在噪声数据；本实施例设定稳定运行阶段的张力信号采集时长为100ms；
(3)在卸料机停机断电阶段，机头链条张力F1和机尾链条张力F2应该是缓慢下降的过程，最后趋于0；由于机械振动或传感误差，此时的机头链条张力F1和机尾链条张力F2会出现急剧下降的现象，此时需要检测张力下降速度，并剔除张力异常值；本实施例中设定停机断电阶段的张力采集时长为50ms；设机头链条张力和机尾链条张力的下降速度分别为
Figure BDA0003597388970000061
Figure BDA0003597388970000062
其中
Figure BDA0003597388970000063
分别表示t和t+1时刻的机头链条张力，
Figure BDA0003597388970000064
分别表示t和t+1时刻的机尾链条张力；当
Figure BDA0003597388970000065
时，表示张力下降速度异常，需要剔除机头链条张力F1和机尾链条张力F2的异常值，即需要剔除t+1时刻的机头链条张力和机尾链条张力。
自适应数字滤波模块101采用自适应中值数字滤波算法对张力数据进行滤波处理，即将采集的张力数据按照从小到大依次排序，将中位数的张力值作为滤波后的张力数据。
如图3所示，所述自适应参数调整模块103用于实现链条张力参数、电机参数和卸料延时时间的反馈调节；自适应参数调整模块103根据各参数的设定值与测量值的偏差量对参数进行调节，主控制器根据调节后的参数及时调整控制策略，对执行模块4进行反馈控制，提高系统的抗干扰性能；
链条张力参数包括机头链条张力和机尾链条张力，调节规则相同；以机头链条张力F1为例进行说明，通过对张力传感器受力分析可知，机头链条张力F1的影响因素包括机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f，此时机头链条张力F1＝αT-βFT-γf，其中α、β、γ均为权重系数，取值范围均为[0.1,0.5]；在卸料机初始上电阶段，由于机械振动较大，机座弹力FT急剧增大，为使机头链条张力F1保持稳定，需减小摩擦力f，增大传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；在卸料机稳定运行阶段，机座弹力FT保持稳定，而随着传送带磨损，摩擦力f会增大，此时需增大传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；在卸料机停机断电阶段，机座弹力FT和摩擦力f减小的幅度较大，此时需减小传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡。
电机参数调节规则为：电机参数包括加减速时间t’和载波频率f’，其中加减速时间t’指电机从低速提升至高速的时间以及从高速下降至低速的时间，两者时间相同，本实施例中加减速时间t’的最小值为0s，最大值为5s；载波频率f’是抑制电机噪声和漏电流的参数，在卸料机初始上电和停机断电阶段，卸料机振动较大，此时对电机损害较大，容易产生一些电磁干扰信号，此时应该提高加减速时间t’，使电机处于缓慢增速或减速的状态，同时应该减小载波频率f’，以减小电机噪声和漏电流；在卸料机平稳运行阶段，应减小加减速时间t’，这样可以提高系统的运行效率，同时使载波频率f’保持载波频率范围的中间值，本实施例中载波频率f’范围为2～8Khz，以降低电机噪声和漏电流。
卸料延时时间调节规则为：卸料延时时间T’是根据每个料仓之间的距离d和电机转速v确定的，计算公式为：
Figure BDA0003597388970000071
由于在卸料机初始上电和停机断电阶段，电机转速v的变化较为剧烈，此时应增加卸料延时时间T’，保证物料全部卸下；而在卸料机平稳运行阶段，电机转速v保持恒定，卸料延时时间T’保持恒定；卸料延时时间一般取1～3s，在正常工作状态中，设定卸料延时时间为1s，则反馈调节后的卸料延时时间不能超过3s；
上述三种参数的调整规则只是定性描述参数的调整过程，自适应参数调整模块103还可以根据具体的偏差量进行定量描述，通过反馈控制实现参数的自适应调节，自适应调节可以PID算法实现。
所述矩阵式输入输出扩展模块102包括矩阵式输入扩展和矩阵式输出扩展，用于实现主控模块1的主控制器的多点输入和输出；矩阵式输入扩展电路如图4所示，不要求信号之间有较强的逻辑关系，矩阵式输入扩展电路中增加了二极管，各个控制器输入端和与该控制器输入端相连的电路输出点之间均连接一个二极管，矩阵式输入扩展电路每行除与控制器输入端相连的电路输出点外，其余相邻两个电路输出点之间连接有一个二极管，二极管可以是整流二极管或肖特基二极管；
假设主控制器输入端为X，输出端为Y，输入端X包括控制器输入端X0～Xm，输出端Y包括控制器输出端Y0～Yn，则矩阵拓展输入电路的大小为(m+1)×(n+1)，即该矩阵拓展输入电路可以拓展的输入点数为(m+1)×(n+1)，m、n均为正整数；假设输出拓展中用于行间拓展的控制器输出端为Y0～Yi，用于列间拓展的控制器输出端为Yj～Yn，则矩阵拓展输出电路的大小为(i+1)×(n-j+1)，即该矩阵拓展输出电路可以拓展的输出点数为(i+1)×(n-j+1)，i≠j；矩阵拓展输入电路的行与列的交点表示电路输出点，即O0,0～Om,n表示电路输出点；
当控制器输出端Y0接通时，读入电路输出点O0,0～Om,0的状态，以控制器输入端X0为拓展点，则外部电流从控制器输入端X0流出，经过X0→VD1→Y0，再经过控制器输出端Y0的触点，从控制器输出端的公共端COM流出，最后流回控制器输入端的COM端，从而使控制器输入端X0接通；VD1表示位于控制器输入端X0与电路输出点O0,0之间的二极管；
所述矩阵式输出扩展电路如图5所示，假设矩阵式输出扩展电路用于行间拓展的控制器输出点为Y5、Y6、Y7，用于列间拓展的控制器输出点为Y2、Y3、Y4，则控制器输出端Y5的开关K1的一端经过负载L1与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与控制器输出端Y2的开关K4的一端连接，控制器输出端Y5的开关K1的一端经过负载L2与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与控制器输出端Y3的开关K5的一端连接，控制器输出端Y5的开关K1的一端经过负载L3与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与控制器输出端Y4的开关K6的一端连接，控制器输出端Y5的开关K1的另一端接入24V电压，开关K1～K6的另一端接入0V电压，其余行的控制器输出端与各个列的控制器输出端连接方式同理；当控制器输出端Y2与Y5导通时，外部电流流向为Y5→K1→L1→D1→K4→Y2，此时负载L1处于高电平状态，电压为24V，其他负载都处于低电平状态，电压为0V，从而使负载L1工作；隔离电路是为了消除矩阵式输出扩展电路不同行和不同列之间存在的信号串扰，保证主控制器输出信号的稳定性。
所述执行模块4包括变频器、链条张力调节机构、气缸等被控元件；主控制器通过输出继电器与变频器连接，变频器同时与电机连接，主控制器通过变频器驱动电机转动，进而驱动传送带转动，将物料提升至料斗入口处，再通过料斗进入料仓；链条张力调节机构的机械结构有待进一步开发，在此不再赘述；本实施例中变频器采用INVT变频器GD200A-5R5G，它能实现模拟量频率设定和模拟量速度控制。
所述人机交互模块5依靠触摸屏实时显示多点卸料机运行状态，触摸屏上设有卸料运行界面、卸料监控界面、参数设置界面和故障诊断界面；其中，卸料运行界面实时显示物料的提升状态和各料仓的堆积状态；卸料监控界面用于显示电机转速曲线、机头链条张力曲线和机尾链条张力曲线；参数设置界面用于电机转速、机头链条张力以及机尾链条张力等参数的设置；故障诊断界面用于显示张力传感器、电机以及卸料机等结构的故障报警；触摸屏采用MCGS-7组态显示屏，通过RS-232通信方式与主控模块1连接。
所述电源模块3包括24V电源模块301、滤波模块302和380V电源模块303；通过380V电源模块303将卸料机接入工业用电，变频器采用的是380V交流电，因此380V电源模块303的一部分电直接为变频器供电；380V电源模块303经过滤波模块302进行滤波处理，以滤除380V交流电中的纹波电压和干扰信号；滤波后的电压通过24V电源模块301将220V交流电转换成24V直流电，为主控模块1的主控制器、检测模块2和人机交互模块5供电；滤波模块302的电路结构如图6所示，主要由三个串联而成的一级滤波器QC1、QC2和QC3组成，L表示火线，G表示地线，N表示零线；一级滤波器QC1的火线L和零线N之间的电压为220V，一级滤波器QC1的输出为一级滤波器QC2的输入，一级滤波器QC2的输出为一级滤波器QC3的输入，一级滤波器QC3的输出与24V电源模块301的输入连接，24V电源模块301的输出即为24V直流电；本实施例中，24V电源模块301采用220V-24V电源转换器MDR-60-24，它的抗干扰性强，且内部具有滤波电路；一级滤波器的型号为AN-3A2DW，380V电源模块303包括断路器和交流接触器，它主要给变频器供电。
本发明的工作原理和工作流程是：
卸料机上电后，主控模块1控制电机5-1首先启动，带动导向轮2-1转动，传动带3-1在左、右链条的带动下按照箭头方向运动；物料通过进料口10-1被放置在传送带3-1上，与传动带3-1同步运动；当物料被运送至卸料口6-1的位置，主控模块1控制气缸8-1运动，将料斗9-1的出料口打开，物料进入卸料口6-1，最后落入料仓7-1中；物料从其余卸料口卸料的过程同理。在卸料过程中，检测模块2的张力检测模块201实时检测机头和机尾链条张力并传输至主控模块1，主控模块1的自适应数字滤波模块101根据噪声数据判定规则判断机头链条张力和机尾链条张力中是否存在噪声数据，当张力数据中存在噪声数据时，自适应数字滤波模块101对机头链条张力和/或机尾链条张力进行滤波处理；滤波后的张力数据通过自适应参数调整模块103进行辨识，对链条张力参数进行反馈调节，使机头和机尾链条张力保持稳定；姿势检测模块202检测料斗9-1是否倾斜，气缸状态检测模块204检测料斗9-1的出料口的开闭，同时料位检测模块203检测料仓内的物料位置，当料仓7-1满仓后，料位检测模块203的信号处于高电平，此时主控模块1控制电机5-1转动，将物料切换到下一个处于低料位的料仓；此外，在卸料机卸料过程中，通过读取变频器运行参数实时监测电机5-1的加减速时间和载波频率，主控模块1根据电机参数调节规则对电机参数进行调节；主控模块1根据卸料延时时间调节规则调整卸料延时时间，保证物料全部卸下；另外，传送带是依靠左、右链条带动，因此主控模块1还需要实时检测机尾的两个张力传感器测得的张力大小，保证传送带不发生偏移。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种多点卸料机控制系统，包括主控模块、检测模块、电源模块、执行模块和人机交互模块；所述主控模块是系统的核心模块，与检测模块、执行模块和人机交互模块连接，用于数据分析处理并生成控制指令；检测模块用于实时检测机头和机尾链条张力，同时对料斗姿势、料斗出口的开闭以及料仓的料位进行检测；电源模块为主控模块、检测模块、执行模块和人机交互模块供电；执行模块用于执行主控模块的控制指令，人机交互模块用于实现多点卸料机的人机交互；其特征在于，
所述主控模块的主控制器中设有自适应数字滤波模块、矩阵式输入输出扩展模块和自适应参数调整模块；矩阵式输入输出扩展模块用于实现主控制器多点输入与输出的扩展，自适应参数调整模块用于实现条张力参数、电机参数和卸料延时时间的反馈调节，链条张力参数包括机头链条张力和机尾链条张力；自适应数字滤波模块根据噪声数据判定规则判断采集机头链条张力和机尾链条张力中是否存在噪声数据，当存在噪声数据时，自适应数字滤波模块根据自适应中值数字滤波算法对机头链条张力和/或机尾链条张力进行滤波处理；
噪声数据判定规则为：
(1)在卸料机初始上电阶段，当F1>2000N或F1<0N时，认为机头链条张力中存在噪声数据，当F2>1500N或F2<0N时，认为机尾链条张力中存在噪声数据；F1、F2分别表示机头链条张力和机尾链条张力；
(2)在卸料机稳定运行阶段，当0<F1<100N时，认为机头链条张力中存在噪声数据；当0<F2<50N时，认为机尾链条张力中存在噪声数据；
(3)在卸料机停机断电阶段，机头链条张力和机尾链条张力会出现急剧下降的现象，需要检测张力下降速度，并剔除张力异常值；设机头链条张力和机尾链条张力的下降速度分别为
Figure FDA0003597388960000011
其中
Figure FDA0003597388960000012
Figure FDA0003597388960000013
分别表示t和t+1时刻的机头链条张力，
Figure FDA0003597388960000014
分别表示t和t+1时刻的机尾链条张力；当
Figure FDA0003597388960000015
时，表示张力下降速度异常，需要剔除t+1时刻的机头链条张力和机尾链条张力。
2.根据权利要求1所述的多点卸料机控制系统，其特征在于，所述自适应参数调整模块根据机头链条张力调节规则对机头链条张力进行调节，机头链条张力F1的影响因素包括机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f，因此机头链条张力F1＝αT-βFT-γf，其中α、β、γ均为权重系数，取值范围均为[0.1,0.5]；在卸料机初始上电阶段，由于机械振动机座弹力FT急剧增大，需减小摩擦力f，增大传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；在卸料机稳定运行阶段，机座弹力FT保持稳定，摩擦力f会增大，此时需增大传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；在卸料机停机断电阶段，机座弹力FT和摩擦力f减小的幅度较大，此时需减小传送带张力T，使机座弹力FT、传送带张力T和摩擦力f保持动态平衡；
自适应参数调整模块根据电机参数调节规则对电机参数进行调节，电机参数包括加减速时间t’和载波频率f’；在卸料机初始上电和停机断电阶段，应提高加减速时间t’，使电机处于缓慢增速或减速状态，同时应减小载波频率f’，以减小电机噪声和漏电流；在卸料机平稳运行阶段，应减小加减速时间t’，使载波频率f’保持载波频率范围的中间值，以降低电机噪声和漏电流；
自适应参数调整模块根据卸料延时时间调节规则对卸料延时时间进行调节，卸料延时时间T’是根据每个料仓之间的距离d和电机转速v确定的，
Figure FDA0003597388960000021
在卸料机初始上电和停机断电阶段，应增加卸料延时时间T’，保证物料全部卸下；在卸料机平稳运行阶段，电机转速v保持恒定，卸料延时时间T’保持恒定。
3.根据权利要求1所述的多点卸料机控制系统，其特征在于，所述检测模块包括张力检测模块、姿势检测模块、料位检测模块和气缸状态检测模块；所述张力检测模块包括三个张力传感器，其中一个张力传感器安装在卸料机机头的链条处，用于检测机头链条张力，另外两个张力传感器分别安装在卸料机机尾的左、右链条处，用于检测机尾链条张力；所述姿势检测模块采用接近开关传感器，每个料斗上均安装有接近开关传感器，用于检测料斗是否倾斜；所述料位检测模块采用阻旋料位计传感器，每个料仓内均安装有料位检测模块，用来检测料仓是否装满，气缸状态检测模块采用磁簧传感器，磁簧传感器安装在料斗的气缸上，用于检测气缸的伸缩状态，进而检测料斗出口的开闭。
4.根据权利要求1所述的多点卸料机控制系统，其特征在于，所述矩阵式输入输出扩展模块包括矩阵式输入扩展和矩阵式输出扩展；令主控制器输入端为X，输出端为Y，输入端X包括控制器输入端X0～Xm，输出端Y包括控制器输出端Y0～Yn，则输入扩展的点数为(m+1)×(n+1)；假设矩阵式输出扩展中用于行间拓展的控制器输出端为Y0～Yi，用于列间拓展的控制器输出端为Yj～Yn，则输出拓展的点数为(i+1)×(n-j+1)，i≠j；m、n、i、j均为正整数；
其中，矩阵式输入扩展电路中增加了二极管，各个控制器输入端和与该控制器输入端相连的电路输出点之间均连接一个二极管，矩阵式输入扩展电路每行除与控制器输入端相连的电路输出点外，其余相邻两个电路输出点之间连接有一个二极管；矩阵拓展输出电路的行与列的各个控制器输出端之间均设有负载，每个负载分别通过隔离单元和与该负载相连且位于矩阵拓展输出电路列上的控制器输出端连接；隔离单元为二极管，二极管的正极与负载连接，负极与控制器输出端连接。
5.根据权利要求1所述的多点卸料机控制系统，其特征在于，所述电源模块包括24V电源模块、滤波模块和380V电源模块；通过380V电源模块将卸料机接入工业用电，380V电源模块经过滤波模块进行滤波处理，滤波后的电压通过24V电源模块将220V交流电转换成24V直流电；滤波模块由三个串联连接的一级滤波器QC1、QC2和QC3组成，一级滤波器QC1的输出为一级滤波器QC2的输入，一级滤波器QC2的输出为一级滤波器QC3的输入，一级滤波器QC3的输出与24V电源模块连接。
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