CN202120122U - 沥青拌合站成品仓运料小车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种沥青拌合站成品仓运料小车控制系统。在成品仓运料小车运料轨道的原点和中间点分别设置接近开关；当成品仓运料小车经过运料轨道原点接近开关时，产生中断信号，将主控制器脉冲计数器的计数值清零；当成品仓运料小车经过运料轨道中间校准接近开关时，产生中断信号，将主控制器脉冲计数器校准为校准脉冲数。本实用新型采用变速控制策略，对成品仓运料小车进行精确行程控制。消除因增量型旋转编码器零点累计误差造成运料小车行程控制误差增大现象，实现运料小车自动纠错，使成品仓控制系统长期稳定运行。具有成品仓运料小车运行过程中的常见故障诊断与处理，有效降低因检测与控制故障而发生事故的机率。

Description

沥青拌合站成品仓运料小车控制系统

技术领域

本实用新型涉及工业自动化控制领域，具体涉及一种应用于沥青拌合站的，对其成品仓运料小车进行控制的系统。

背景技术

沥青拌和站是高等级公路施工单位在路面施工时的必备设备。沥青拌和站的用途是生产沥青混凝土，其主要功能是把沥青、石子、水泥按一定的比划混合在一起，高温加热到150度，再用摊铺机铺到建设的高速路上。

早期的沥青拌合站成品仓控制系统多采用电磁调速、凸轮行程控制卷扬机系统或者液压卷扬机控制系统。

电磁调速、凸轮行程控制成品仓运料小车存在以下技术问题：采用机械行程控制及制动，容易因为机械部件检测与控制功能失效而无法进行成品仓运料小车行程控制。

液压卷扬机控制成品仓运料小车存在以下技术问题：采用机械行程控制及制动，容易因为机械部件检测与控制功能失效而无法进行成品仓运料小车行程控制。同时，由于液压站系统设计复杂，参与控制信号多（如油压、油温），维护工作量大，技术要求高，长期工作稳定性差。

目前的沥青拌合站成品仓控制系统多采用变频器和增量型旋转编码器相结合来进行成品仓运料小车的行程控制。但由于增量型编码器存在零点累计误差，长时间运行，因增量型旋转编码器零点累计误差造成的运料小车行程控制误差会不断扩大，导致无法将成品料卸入指定成品仓。且普遍缺少成品仓运料小车运行过程中的常见故障诊断与处理方法，易发生运料小车失控等严重事故。

综上所述，目前沥青拌合站成品仓控制系统存在以下技术问题：1、成品仓运料小车行程控制不准确，无法将成品料卸入指定仓。2、缺少成品仓运料小车运行过程中的常见故障诊断与处理，易发生运料小车失控等严重事故。

上述背景技术的引证资料如下：

[1] 沥青搅拌站成品料仓卷扬机控制系统[J]．筑路机械与施工机械化，2008(5)：35-37。

[2] 变频调速技术在博纳地沥青混凝土搅拌设备中的应用[J]．工程机械，2003(5)：47-49。

[3] 成品料提升机控制系统设计方案的比较分析[J]．筑路机械与施工机械化，2007(9)：62-64。

实用新型内容

针对现有沥青拌合站成品仓控制系统存在的上述问题，申请人进行了改进研究，提供了另一种沥青拌合站成品仓运料小车控制系统，可以消除误差增大的现象，实现运料小车自动纠错的功能，提高成品仓运料小车行程控制的准确性，并实现运行过程中的常见故障诊断与处理。

本实用新型的技术方案如下：

一种沥青拌合站成品仓运料小车控制系统，包括：

一主控制器，为系统的控制核心；

一电机，用于牵引成品仓运料小车运动；

一变频器，连接所述主控制器以及电机，用于在主控制器的控制下驱动电机牵引成品仓运料小车实现慢速/快速正转、慢速/快速反转以及制动停止；

一增量型旋转编码器，通过联轴器连接至所述电机主轴，电机每旋转一圈，增量型旋转编码器产生固定数量的脉冲，增量型旋转编码器的脉冲接入所述主控制器的高速脉冲计数器输入端；

一轨道原点接近开关，安装在成品仓运料小车运料轨道的原点，连接至所述主控制器的第一中断输入端；

一轨道中间校准接近开关，安装在成品仓运料小车运料轨道的中间点，连接至所述主控制器的第二中断输入端；

其进一步的技术方案为：还包括一监控PC，通过通信电缆与主控制器进行通讯，实现运料小车各项运行参数设置，并通过图形方式显示运料小车的运行状态。

以及，其进一步的技术方案为：还包括选择开关以及按钮，分别与主控制器连接，用于进行成品仓选择、手动运行、自动运行、小车定位以及出错确认操作。

本实用新型的有益技术效果是：

1、本实用新型在运料小车经过运料轨道原点接近开关和中间校准接近开关时，执行处理程序，消除因增量型旋转编码器零点累计误差造成运料小车行程控制误差增大现象，并实现运料小车自动纠错的功能，使成品仓控制系统长期稳定运行。

2、本实用新型结合变速控制提高成品仓运料小车行程控制准确性，将停车位置偏移目标位置控制在允许误差范围内，实现将成品料提升至指定仓。并且可以实时判断运料小车所处的位置，实现精确定位。

3、本实用新型实现成品仓运料小车运行过程中的常见故障诊断与处理，包括编码器脱落故障检测与处理、目标仓原点检测与处理，使沥青拌合站成品仓控制系统因检测与控制故障而发生事故的几率大大降低。

附图说明

图1是本实用新型控制系统的组成框图。

图2是本实用新型成品仓运料小车自动运行流程图。

图3是本实用新型成品仓运料小车定位运行流程图。

图4是本实用新型运料小车运行状态界面。

图5是本实用新型运料小车运行参数界面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

图1示出了本实用新型的控制系统的组成。如图1所示，本实用新型的控制系统主体由主控制器、电机、变频器、增量型旋转编码器、轨道原点接近开关、轨道中间校准接近开关组成。

主控制器为整个系统的控制核心，本实施例中主控制器采用西门子公司的CPU-224型PLC。电机用于牵引成品仓运料小车运动。变频器连接主控制器以及电机，用于在主控制器的控制下驱动电机牵引成品仓运料小车实现上行以及下行的慢速/快速正转、慢速/快速反转以及制动停止。增量型旋转编码器通过联轴器连接至电机的主轴，电机每旋转一圈，增量型旋转编码器产生固定数量A相和B相的脉冲，增量型旋转编码器的A相和B相脉冲接入主控制器的高速脉冲计数器输入端（I0.0、I0.1）。轨道原点接近开关安装在成品仓运料小车运料轨道的原点，连接至主控制器的中断输入端(I0.2)。轨道中间校准接近开关安装在成品仓运料小车运料轨道的中间点，连接至主控制器的中断输入端(I0.3)。

此外，主控制器上还连接有选择开关、按钮、成品仓盖开到位行程开关和成品仓打头汽缸。选择开关可进行运料小车所运至的成品仓选择、运料小车的手动/自动运行方式选择、运料小车的运行/定位选择。按钮可进行运料小车的手动操作、定位以及出错确认。成品仓盖开到位行程开关在1#仓盖开到位或2#仓盖开到位时发送信号至主控制器。成品仓打头汽缸接收主控制器的废料仓打头或1#仓打头驱动信号，打开废料仓盖或者1#仓仓盖。

监控PC通过通信电缆与主控制器进行通讯，实现运料小车各项运行参数设置，并通过图形方式显示运料小车的运行状态，如图4、图5所示。

图1所示的该沥青拌合站成品仓控制系统可以实现成品仓运料小车三个仓位（废料仓、1#仓、2#仓）卸料。且有三种运行方式：1）手动运行：利用操作按钮实现运料小车启动、上行下行、停止。2）自动运行：运料小车连续自动运行，其运行流程如图2所示。3）小车定位：运料小车定位操作，其运行流程如图3所示。

图2示出了成品仓运料小车连续自动运行的流程图。针对成品仓运料小车（大惯性负载）上行和下行时的运动特性，独立设定上行和下行的慢速区/快速区、停车提前量，以保证本实用新型可适用于各种沥青拌合站成品仓控制系统。启动成品仓运料小车后，成品仓运料小车先低速运行一定距离（慢速区），加速至最高速度，在此速度下运行一定距离（快速区），再减速至低速运行一定距离（慢速区），接近终点时提前停车，利用惯性使成品仓运料小车在指定的目标位置停车。

如图2所示，图中Y表示‘是’，N表示‘否’，具体步骤为：

步骤1，流程开始，判断运料小车是否处于自动运行方式？若是则跳到步骤2，若不是则返回，流程结束；

步骤2，判断运料小车是否启动？若是则跳到步骤3，若不是则继续判断，直到运料小车启动；

步骤3，判断所选成品仓仓盖是否打开到位？若是则跳到步骤4，若不是则继续判断，直到所选成品仓仓盖打开到位；

步骤4，运料小车上行慢速启动；

步骤5，判断运料小车是否走完慢速区？若是则跳到步骤6，若不是则继续判断，直到运料小车已走完慢速区；

步骤6，运料小车上行快速运行；

步骤7，判断运料小车是否走完快速区？若是则跳到步骤8，若不是则继续判断，直到运料小车已走完快速区；

步骤8，运料小车上行慢速运行；

步骤9，判断运料小车是否到达目标仓？若是则跳到步骤10，若不是则继续判断，直到运料小车已到达目标仓；

步骤10，运料小车停止，卸下成品料；

步骤11，判断运料小车是否完成卸料？若是则跳到步骤12，若不是则继续判断，直到运料小车已完成卸料；

步骤12，运料小车下行慢速启动；

步骤13，判断运料小车是否走完慢速区？若是则跳到步骤14，若不是则继续判断，直到运料小车已走完慢速区；

步骤14，运料小车下行快速运行；

步骤15，判断运料小车是否走完快速区？若是则跳到步骤16，若不是则继续判断，直到运料小车已走完快速区；

步骤16，运料小车下行慢速运行；

步骤17，判断运料小车是否回到原点位置？若是则跳到步骤18，若不是则继续判断，直到运料小车已回到原点位置；

步骤18，运料小车停止；

步骤19，判断运料小车原点检测延时是否到？若是则跳到步骤19，若不是，则继续判断，直到运料小车原点检测延时已到；

步骤20，判断PLC高速计数器脉冲数是否小于运料小车原点误差？若是则跳到步骤21，若不是则返回，流程结束；

步骤21，发送运料小车回原点信号，然后跳到步骤2。

上述运料小车实现慢速/快速正转、慢速/快速反转、制动停止等动作是由变频器在PLC的控制下驱动电机牵引运料小车来实现的。

图3是成品仓运料小车定位运行流程图。小车定位的原理是：当电机正转，PLC的高速脉冲计数器计数值增加；当电机反转，PLC的高速脉冲计数器计数值减少。PLC高速脉冲计数器中的计数值可以经过换算，转换为运料小车的行程，即通过访问PLC高速脉冲计数器中的计数值，可以判断运料小车的位置。

如图3所示，图中Y表示‘是’，N表示‘否’，具体步骤为：

步骤（1），流程开始，判断运料小车是否处于定位运行方式？若是则跳到步骤（2），若不是则返回；

步骤（2），判断是否按下定位按钮？若是则跳到步骤（3），若不是则继续判断，直到定位按钮已按下；

步骤（3），判断运料小车是否停止？若是则跳到步骤（4），若不是则跳到步骤（2）；

步骤（4），判断运料小车是否处于轨道中间校准位置？若是则跳到步骤（8），若不是则跳到步骤（5）；

步骤（5），判断选择的仓位是否为废料仓？若是则跳到步骤（9），若不是则跳到步骤（6）；

步骤（6），判断选择的仓位是否为1#仓？若是则跳到步骤（10），若不是则跳到步骤（7）；

步骤（7），判断选择的仓位是否为2#仓？若是则跳到步骤（11），若不是则返回；

步骤（8），将当前PLC高速脉冲计数器的计数值存入校准定位单元；然后返回；

步骤（9），将当前PLC高速脉冲计数器的计数值存入废料仓定位单元；然后返回；

步骤（10），将当前PLC高速脉冲计数器的计数值存入1#仓定位单元；然后返回；

步骤（11），将当前PLC高速脉冲计数器的计数值存入2#仓定位单元；然后返回。

图4是本实用新型运料小车运行状态界面。如图4所示，该状态界面可以监视如下参数：

1）ｘ#仓定位脉冲数：显示运料小车从零位运行到ｘ#仓所需脉冲数，（ｘ=废料仓、1、2）。

2）校准脉冲数：显示运料小车从零位运行到校准位置所需脉冲数。

3）当前脉冲数：实时显示小车运行到当前位置所需的脉冲数。

4）小车状态、速度、定位（运行）目标：实时显示小车当前的运行状态。

5）编码器：实时显示当前编码器工作状态：√ 表示正常；× 表示编码器脱落。

见图4，该状态界面还示出了成品仓运料控制系统示意图。其包括三个仓位（废料仓、1#仓、2#仓），成品仓运料小车可以在三个仓位卸料。且在运料轨道的原点和中间点分别设置有轨道原点接近开关和轨道中间校准接近开关。通过中断方式检测运料轨道原点接近开关信号和运料轨道中间校准接近开关信号。运料小车的一次运料过程中，只需经过其中任何一个接近开关，主控制器脉冲计数器中的脉冲计数值都会进行及时校准，确保其后各步运行精确，从而消除因增量型旋转编码器零点累计误差造成成品仓运料小车行程控制误差增大现象。

成品仓运料小车经过运料轨道原点接近开关时，通过特定服务程序，将主控制器脉冲计数器的计数值清零。成品仓运料小车经过运料轨道中间校准接近开关时，通过特定服务程序，将主控制器脉冲计数器校准为校准脉冲数。

运料轨道原点接近开关接至PLC中断输入端(I0.2) (事件号为：4)，当运料小车经过该接近开关时，PLC产生事件号为4的中断，在该中断服务程序中，将PLC高速计数器计数脉冲数清零。中间校准接近开关接至PLC中断输入端（I0.3）(事件号为：6)，当运料小车经过该接近开关时，PLC产生事件号为6的中断，在该中断服务程序中，将校准脉冲数赋值给高速计数器。通过这两个中断服务程序，消除因增量型旋转编码器零点累计误差造成运料小车行程控制误差增大现象，并实现运料小车自动纠错的功能。

图5是本实用新型运料小车运行参数界面。如图5所示，通过该界面可以进行具体脉冲数值的设定并在界面上显示实时的读数值。可以设定的数值包括：校准脉冲数、ｘ#仓定位脉冲数、小车上行慢速启动脉冲数和停止脉冲数、小车下行慢速启动脉冲数和停止脉冲数、各仓位以及零位的停车提前量脉冲数、原点允许误差脉冲数和检测延时脉冲数、卸料时间脉冲数。

下面说明本实用新型对成品仓运料小车运行过程中的常见故障诊断与处理。

1）、编码器脱落故障检测与处理。

编码器脱落故障检测：当发出成品仓运料小车运行控制命令后，延时检测编码器送至PLC高速脉冲计数器的脉冲个数，若PLC高速脉冲计数器的脉冲计数值未产生变化，则诊断出现编码器脱落故障。

编码器脱落故障处理：系统运行过程中，当检测到编码器故障后，运料小车立刻停止，并通过指示灯进行报警。操作人员在确认故障后，可通过手动慢速方式操控运料小车返回轨道原点，进行故障检修。

2）、目标仓原点检测。

只有当成品仓运料小车在运料轨道原点时才接受用户目标仓的选择，避免成品仓运料小车在运行过程中接受新的成品仓选择，造成成品仓运料小车失控等严重事故。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种沥青拌合站成品仓运料小车控制系统，其特征在于包括：

一主控制器，为系统的控制核心；

一电机，用于牵引成品仓运料小车运动；

一变频器，连接所述主控制器以及电机，用于在主控制器的控制下驱动电机牵引成品仓运料小车实现慢速/快速正转、慢速/快速反转以及制动停止；

一增量型旋转编码器，通过联轴器连接至所述电机主轴，电机每旋转一圈，增量型旋转编码器产生固定数量的脉冲，增量型旋转编码器的脉冲接入所述主控制器的高速脉冲计数器输入端；

一轨道原点接近开关，安装在成品仓运料小车运料轨道的原点，连接至所述主控制器的第一中断输入端；

一轨道中间校准接近开关，安装在成品仓运料小车运料轨道的中间点，连接至所述主控制器的第二中断输入端。

2.根据权利要求1所述沥青拌合站成品仓运料小车控制系统，其特征在于：还包括一监控PC，通过通信电缆与主控制器进行通讯，实现运料小车各项运行参数设置，并通过图形方式显示运料小车的运行状态。

3.根据权利要求1所述沥青拌合站成品仓运料小车控制系统，其特征在于：还包括选择开关以及按钮，分别与主控制器连接，用于进行成品仓选择、手动运行、自动运行、小车定位以及出错确认操作。

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