CN201562178U - 定量配料的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种定量配料的控制装置，包括依次相连的：用于实时检测并输出载有配料的输送带的单位体积荷重、以及所述输送带的速度信息的信号检测单元；用于根据所述单位体积荷重和速度信息进行流量积算，得到喂料量的实际值的流量积算单元；用于对偏差值e进行比例、积分、微分运算后输出偏差信号的比例积分微分PID算法控制单元；所述偏差值e为喂料量的给定值和所述喂料量的实际值之差的绝对值；及用于根据所述偏差信号调节用于驱动所述输送带的驱动电机的频率的变频器。本实用新型的技术方案使配料精度可达1％，精度高，而且稳定，满足了工艺要求。

Description

定量配料的控制装置

技术领域

本实用新型涉及自控领域，具体涉及一种定量配料的控制装置。

背景技术

工业化生产中，常常需要采用输送带来运送需要的配料；以石膏板为例，其生产是一个连续的生产过程，生产石膏板所需的原料——熟石膏粉的定量配料是影响石膏板质量的一个重要因素，目前熟石膏粉的定量配料主要是采用传感器、仪表加变频调速控制系统的方法来进行配料。然而由于检测、建模、算法的原因，配料的精度一般只能控制在1.5％左右。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种定量配料的控制装置，配料精度可达到1％。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种定量配料的控制装置，包括依次相连的：

用于实时检测并输出载有配料的输送带的单位体积荷重、以及所述输送带的速度信息的信号检测单元；

用于根据所述单位体积荷重和速度信息进行流量积算，得到喂料量的实际值的流量积算单元；

用于对偏差值e进行比例、积分、微分运算后输出偏差信号的比例积分微分PID算法控制单元；所述偏差值e为喂料量的给定值和所述喂料量的实际值之差的绝对值；

及用于根据所述偏差信号调节用于驱动所述输送带的驱动电机的频率的变频器。

进一步地，所述信号检测单元包括：

用于实时检测并输出输送带的单位体积荷重的荷重传感器，；

用于检测所述驱动电机的角速度的光电编码器；该光电编码器将所述角速度作为输送带的速度信息输出；

所述流量积算单元的输入端分别与所述荷重传感器的输出端和光电编码器的输出端相连。

进一步地，所述信号检测单元还包括：

用于滤去突变的单位体积荷重的滤波模块，连接在所述荷重传感器的输出端和流量积算单元的输入端之间。

进一步地，所述流量积算单元具体包括：

输入端与所述光电编码器的输出端相连的第一乘法器，用于以所述角速度乘以所述输送带的驱动滚筒的周长得到线速度；

输入端与所述第一乘法器的输出端相连的第二乘法器，用于以所述线速度乘以所述输送带垂直于平移方向的横截面的面积得到流量；

输入端分别与所述第二乘法器的输出端、及荷重传感器的输出端相连的第三乘法器，用于以所述流量乘以所述单位体积荷重，得到喂料量的实际值。

进一步地，所述流量积算单元所输出的喂料量的实际值为4～20毫安的积算信号。

进一步地，所述的装置还包括：

PLC输出模块，连接在所述PID算法控制单元输出端和变频器的输入端之间，用于将所述PID算法控制单元输出的偏差信号进行标定，变成标准的4～20毫安的偏差信号输出。

进一步地，所述变频器中保存有不同大小的毫安值与不同频率值之间的对应关系，根据所述PLC输出模块输出的标准的4～20毫安的偏差信号，将所述驱动电机的频率调节为偏差信号的毫安值所对应的频率值。

进一步地，所述PID算法控制单元为一个输出如下偏差信号CV的PID算法控制单元：

$\mathrm{CV}=\mathrm{KpE}+\mathrm{Ki}{\∫}_0^t\mathrm{Edt}+\mathrm{Kd}[\mathrm{PV}-\mathrm{PV}(n-1)]/\mathrm{dt}+\mathrm{Bias}$

其中，Kp为比例增益常数，Ki为积分增益常数，Kd为微分增益常数；dt为采样间隔时间；PV为喂料量的实际值，PV(n-1)为前一次采样时的喂料量的实际值；E为偏差值e；E(n-1)为前一次采样时的偏差值e；Bias为前馈值。

进一步地，所述PID算法控制单元为一Kp范围是1.2至2.3、Ki范围是20至50、Kd为0，Bias为0的PID算法控制单元。

进一步地，所述PID算法控制单元为一Kp与所述偏差值e成正比，Ki与所述偏差值e成反比的PID算法控制单元。

本实用新型的技术方案使配料精度可达1％，精度高，而且稳定，满足了工艺要求。本实用新型的一个优化方案通过荷重传感器检测的荷重的多少控制预给料机，使输送带上的单位长度的配料重量尽量保持稳定。本实用新型的另一个优化方案对荷重传感器输出的荷重信号进行了滤波，提高了稳定性。本实用新型的又一个优化方案通过PID中参数的设定，提高了喂料量的调整精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行更详细的说明。

实施例一，一种定量配料的控制装置，本实施例中以熟石膏粉为例进行说明，实际应用中可以是其它类似的配料；如图1所示，所述控制装置包括依次相连的：

用于实时检测并输出载有熟石膏粉的输送带1的单位体积荷重、以及所述输送带的速度信息的信号检测单元；

用于根据所述单位体积荷重和速度信息进行流量积算，得到熟石膏粉喂料量的实际值X的流量积算单元2；

用于对偏差值e进行比例、积分、微分运算后输出偏差信号的PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)算法控制单元3；所述偏差值e为熟石膏粉喂料量的给定值W和所述熟石膏粉喂料量的实际值X之差的绝对值；及

用于根据所述偏差信号调节用于驱动所述输送带1的驱动电机8的频率的变频器4。

在本实施例中，所述信号检测单元包括：

用于实时检测并输出输送带1的单位体积荷重的荷重传感器5；

用于检测用于驱动所述输送带1运动的驱动电机8的角速度的光电编码器6；该光电编码器6将所述角速度作为输送带1的速度信号输出。

实际应用时，信号检测单元也可以用该角速度乘以所述输送带1的驱动滚筒9的周长得到线速度，也就是输送带1的平移速度，将该线速度作为输送带1的速度信息输出。另外，可以用其它方式进行荷重和速度信息的检测，比如用压强传感器得到压强后推算出单位体积荷重；再比如用其它测速设备检测所述角速度，或直接测出输送带1的平移速度。

在本实施例中，所述流量积算单元2的输入端分别与所述荷重传感器5的输出端和光电编码器6的输出端相连。

在本实施例中，所述信号检测单元还可以包括一滤波模块，连接在所述荷重传感器5的输出端和流量积算单元2的输入端之间，用于滤去突变的单位体积荷重；这样可以提高稳定性；“突变”可以根据实际情况定义，比如可以是当前检测时刻的单位体积荷重与上一检测时刻的单位体积荷重之差的绝对值大于一阈值时，判定为“突变”。

在本实施例中，如果速度信息为所述角速度，则流量积算单元2具体包括：

输入端与所述光电编码器6的输出端相连的第一乘法器，用于以所述角速度乘以所述输送带1的驱动滚筒9的周长得到线速度；

输入端与所述第一乘法器的输出端相连的第二乘法器，用于以所述线速度乘以所述输送带1垂直于平移方向的横截面的面积得到流量；

输入端分别与所述第二乘法器的输出端、及荷重传感器5的输出端相连的第三乘法器，用于以所述流量乘以所述单位体积荷重，得到熟石膏粉喂料量的实际值。

如果速度信息为线速度，则没有第一乘法器，第二乘法器的输入端直接与所述光电编码器6输出端相连。

所述流量积算单元2还可以用于将所述熟石膏粉喂料量的实际值X相应变成标准的4～20毫安的积算信号，然后输出。

在本实施例中，所述PID算法控制单元3为一个输出如下偏差信号CV的PID算法控制单元：

$\mathrm{CV}=\mathrm{KpE}+\mathrm{Ki}{\∫}_0^t\mathrm{Edt}+\mathrm{Kd}[\mathrm{PV}-\mathrm{PV}(n-1)]/\mathrm{dt}+\mathrm{Bias}$

其中，Kp为比例增益常数，Ki为积分增益常数，Kd为微分增益常数；dt为采样间隔时间；PV为喂料量的实际值X，PV(n-1)为前一次采样时的喂料量的实际值X；E为过程变量，即PV与喂料量给定值的偏差值e，等于|W-X|；E(n-1)为前一次采样时的过程变量；Bias为前馈值。

在本实施例中，所述PID算法控制单元为一Kp范围是1.2至2.3、Ki范围是20至50、Kd为0，Bias为0的PID算法控制单元。

在本实施例中，所述PID算法控制单元为一Kp、Ki根据偏差值e的大小来调节，Kp与所述偏差值e成正比，Ki与所述偏差值e成反比的PID算法控制单元。

在本实施例中，如果所述流量积算单元2输出的是4～20毫安的积算信号，则PID算法控制单元中，则所述熟石膏粉喂料量的给定值也是标准的4～20毫安的信号。

在本实施例中，所述控制装置还可以包括PLC输出模块7；所述PLC输出模块7连接在所述PID算法控制单元3输出端和变频器4的输入端之间，用于对所述PID算法控制单元3输出的偏差信号进行标定，变成标准的4～20毫安的偏差信号输出给变频器4。

变频器4通过调节驱动电机8的频率，改变所述驱动电机8的角速度，从而达到调节熟石膏粉配料量的目的。

在本实施例中，变频器4中保存有不同大小的毫安值与不同频率值之间的对应关系，根据PLC输出模块7输出的标准的4～20毫安的偏差信号，将所述驱动电机8的频率调节为偏差信号的毫安值所对应的频率值。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种定量配料的控制装置，其特征在于，包括依次相连的：

用于实时检测并输出载有配料的输送带的单位体积荷重、以及所述输送带的速度信息的信号检测单元；

用于根据所述单位体积荷重和速度信息进行流量积算，得到喂料量的实际值的流量积算单元；

用于对偏差值e进行比例、积分、微分运算后输出偏差信号的比例积分微分PID算法控制单元；所述偏差值e为喂料量的给定值和所述喂料量的实际值之差的绝对值；

及用于根据所述偏差信号调节用于驱动所述输送带的驱动电机的频率的变频器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号检测单元包括：

用于实时检测并输出输送带的单位体积荷重的荷重传感器，；

用于检测所述驱动电机的角速度的光电编码器；该光电编码器将所述角速度作为输送带的速度信息输出；

所述流量积算单元的输入端分别与所述荷重传感器的输出端和光电编码器的输出端相连。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号检测单元还包括：

用于滤去突变的单位体积荷重的滤波模块，连接在所述荷重传感器的输出端和流量积算单元的输入端之间。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述流量积算单元具体包括：

输入端与所述光电编码器的输出端相连的第一乘法器，用于以所述角速度乘以所述输送带的驱动滚筒的周长得到线速度；

输入端与所述第一乘法器的输出端相连的第二乘法器，用于以所述线速度乘以所述输送带垂直于平移方向的横截面的面积得到流量；

输入端分别与所述第二乘法器的输出端、及荷重传感器的输出端相连的第三乘法器，用于以所述流量乘以所述单位体积荷重，得到喂料量的实际值。

5.如权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于：

所述流量积算单元所输出的喂料量的实际值为4～20毫安的积算信号。

6.如权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：

PLC输出模块，连接在所述PID算法控制单元输出端和变频器的输入端之间，用于将所述PID算法控制单元输出的偏差信号进行标定，变成标准的4～20毫安的偏差信号输出。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述变频器中保存有不同大小的毫安值与不同频率值之间的对应关系，根据所述PLC输出模块输出的标准的4～20毫安的偏差信号，将所述驱动电机的频率调节为偏差信号的毫安值所对应的频率值。

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