CN212653624U - 一种自动布料机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动布料机。包括执行系统和控制系统，执行系统包括置于混凝土预制构件浇筑模具上方的基础支撑梁、行走系统、布料仓、升降系统、计量系统和液压系统；行走系统由在基础支撑梁上实现全平面移动的X向行走系统和Y向行走系统构成，行走系统上运载布料仓、升降系统、计量系统和液压系统并由控制系统控制布料仓完成定位定量混凝土浇筑。本实用新型操作简单，只需输入所需预制构件长度、宽度、厚度，布料机自动运行，布料均匀，增强了构件的一致性，提高了构件的外观质量，可实现不同形状的预制构件混凝土浇筑成型，广泛应用于多个不同的浇筑场景，装置使用时既不受场地限制，也不受构件高度影响，操作灵活方便。

Description

一种自动布料机

技术领域

本实用新型属于机械控制设计技术领域，涉及一种混凝土布料机自动控制系统，特别是用于一条生产线同时生产多种型号混凝土预制构件的自动布料机。

背景技术

近年来，装配式混凝土结构成为了我国建筑结构发展的重要方向之一。装配式预制构件的生产成为了蓬勃发展的行业，如在预制构件的类型中，预制叠合板及预制剪力墙等竖向构件越来越多的被应用。混凝土浇筑是叠合板制备的重要步骤，其加工过程包括将混凝土浇筑于叠合板模台上。目前大部分布料机浇筑混凝土采用人工手动控制的方式，该方式操作繁琐，施工粗放，无法保证布料均匀，工人的熟练程度和责任心直接影响混凝土布料质量，进而影响预制叠合板的生产质量，也不能满足高效率、更高产能的需要。

发明内容

本实用新型根据现有技术的不足公开了一种自动布料机。本实用新型要解决的问题是提供一种可同时生产多种型号混凝土预制构件的自动控制布料机系统。

本实用新型通过以下技术方案实现：

自动布料机，包括执行系统和控制系统，其特征在于：

所述执行系统包括置于混凝土预制构件浇筑模具上方的基础支撑梁、行走系统、布料仓、升降系统、计量系统和液压系统；行走系统由在基础支撑梁上实现全平面移动的X向行走系统和Y向行走系统构成，行走系统上运载布料仓、升降系统、计量系统和液压系统并由控制系统控制布料仓完成定位定量混凝土浇筑；所述控制系统包括：配电柜、PLC中央处理单元、输入模块、输出模块、通讯模块、上位机、控制按钮、传感器、信号指示灯。

所述布料仓底部平行设置两排、每排四组共八个螺旋布料机，每个螺旋布料机的布料口设置布料闸门，各闸门由液压系统分别独立驱动实现开闭布料。

所述执行系统还包括驱动控制布料仓移动的变频器和变频电机；PLC 中央处理单元通过变频器控制变频电机和液压系统，实现布料仓布料速度与布料闸门开闭大小的控制，其中PLC中央处理单元与变频器通过RS485 数据线连接。

所述控制按钮包含自动/手动按钮、启动按钮、停止按钮和紧急停止按钮；自动/手动按钮用以选择自动方式或手动方式进行系统控制，启停按钮控制系统的启动和停止，紧急停止按钮用于紧急情况下停止系统运转。

所述信号指示灯由运行指示灯、停止指示灯和报警指示灯组成用于显示布料机运行状态。

本实用新型基础支撑梁包括平行设置的两组支撑轨道梁，支撑轨道梁通过多组支撑立柱两固定于地面，两组支撑轨道梁之间全面覆盖预制构件模具空间。

所述行走系统的X向行走系统通过滚轮于两组支撑轨道梁上移动，Y 向行走系统通过滚轮于两组X向行走系统轨道梁上移动。

所述布料仓设置计量系统并通过液压系统驱动的升降系统与Y向行走系统随动连接。

所述布料仓设置附着式振捣器，每个螺旋布料机的布料口独立设置由液压系统驱动的开闭闸门。

所述输入模块将传感器监测的模拟信号和按钮传递的数字信号转换为低电压输入信号，供PLC中央处理单元处理；输出模块执行PLC中央处理单元的输出信号驱动执行系统；PLC中央处理单元采用中型PLC系列CPU模块，实现对输入模块、输出模块信号的处理以及对自动布料流程的控制，传感器包括位移传感器、频率传感器和压力传感器，通过位移传感器监测执行系统行进位置，通过频率传感器监测执行系统运行速度，通过压力传感器监测执行系统混凝土重量；传感器将信号传输给PLC中央控制单元处理，实现PID闭环控制；上位机为西门子WINCC触摸屏系统，通过PORFNET 以太网与PLC中央处理单元连接，通过设置构件尺寸、布料速度，监控布料行程、布料时间各参数实现人机数据交换。

本实用新型利用PLC可编程控制系统作为主控系统，通过传感器实时采集相应数据，经过PLC数据传输控制布料仓在指定范围内匀速移动，通过压力传感器精确控制叠合板重量，实现自动布料。

本实用新型布料机自动控制系统原理：系统启动后，上位机将预设的构件尺寸、变频电机频率、螺旋机频率等参数值，通过PORFNET以太网传输至PLC中央处理单元。变频电机频率决定布料仓行进速度，螺旋布料机频率及其闸门开闭决定下料速度。PLC中央控制单元通过输出模块D/A转换驱动变频电机及螺旋布料机动作，螺旋布料机开始行进布料；布料仓共有8 个螺旋布料机及其出料闸门，PLC通过上位机输入值比较当前构件尺寸与布料仓宽度，若当前设置尺寸大于布料仓布料宽度，则需要二次布料，PLC通过计算两者之间的比值判断二次布料时需要开多少个螺旋布料机及其闸门。一次布料完成布料仓将横向移动至二次布料起始点，反向布剩余混凝土。在布料过程中PLC通过输入模块A/D转换将各个传感器的数据处理后上传至上位机，实时监测并显示当前布料重量、布料长度、布料仓所处位置等参数。

本实用新型布料机自动控制系统动作流程：

步骤1：系统通电后，配电柜开始为PLC中央处理单元、输入模块、输出模块、上位机、传感器、控制按钮、信号指示灯等进行供电。切换按钮“自动/手动”，若为“自动”状态，则系统进入自动模式，反之，进行手动操作模式。

步骤2：系统进入自动模式后，上位机设置构件尺寸、变频电机频率、螺旋机频率等参数预设值，并将参数传输至PLC中央处理单元。

步骤3：点击“启动”按钮，系统进入运行模式。

步骤4：压力传感器实时监测布料仓剩余混凝土重量经输入模块传输至PLC中央处理单元，PLC中央处理单元对接收数据与输入构件尺寸所需重量作比较，若现存混凝土重量大于所需重量，布料仓自动运行；若现存混凝土重量小于所需重量，布料仓将暂停启动等待注入混凝土。

步骤5：位移传感器监测布料仓当前所处位置，并将数据通过输入模块传输至PLC中央处理单元，PLC通过接受该数据判断启动点是否为基准点。由于布料仓在布料过程中可能会出现缺料或故障，此时布料仓会在非基准点停止，按启动键PLC会自动计算剩余布料重量并反馈至上位机，使布料仓沿上次布料停止位继续布料。

步骤6：PLC控制变频电机及螺旋布料机接通，通过变频器控制布料仓开始行进布料。

步骤7：布料过程中若点击“停止”按钮，则系统停止布料。布料时若遇到紧急情况，点击“紧急停止”按钮，控制系统立即停止运转，布料瞬间停止，以确保人员设备安全。

步骤8：布料结束。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1、操作简单，只需输入所需预制构件长度、宽度、厚度，按下启动按钮，布料机自动运行，按照预制构件尺寸均匀布料。

2、布料均匀，增强了构件的一致性，提高了构件的外观质量。

3、可实现不同形状的预制构件混凝土浇筑成型，广泛应用于多个不同的浇筑场景。

本装置使用时既不受场地限制，也不受构件高度影响，操作灵活方便。

附图说明

图1是本实用新型布料机自动控制系统模块示意图；

图2是本实用新型布料机自动控制系统原理图；

图3是本实用新型布料机自动控制系统流程图；

图4是本实用新型布料机左视示意图；

图5是本实用新型布料机正视示意图。

图中，1是电控系统，2是X向行走系统，3是计量系统，4是升降系统，5是液压系统，6是Y向行走系统，7是布料仓，8是基础支撑梁，9是预制构件，10是螺旋布料机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进一步说明，具体实施方式是对本实用新型原理的进一步说明，不以任何方式限制本实用新型，与本实用新型相同或类似技术均没有超出本实用新型保护的范围。

结合附图。

图4、图5所示，布料机由X向行走系统2作为X向行走系统，Y向行走系统6作为小车走行机构，还包括布料仓7、升降系统4、计量系统3、液压系统5和电控系统1。

其中，X向走行系统2、Y向行走系统6均由变频器、变频电机及对应轨道组成，可实现纵向、横向平移布料，构成相应工作面，使布料范围覆盖整个预制构件的模台。

螺旋布料机10包括附着式振捣器、布料口，附着式振捣器具有匀料的功能，还可以防止物料在料仓内较长时间存放时出现凝结和离析。

升降系统4依靠液压系统5驱动，保证设备可以满足不同构件的布料需求，同时液压系统5控制布料口闸门，灵活组合布料口闸门启闭，进行单门或多门布料，保证布料精确，同时防止余料掉落。设备突然断电时，液压系统能打开料仓，将料仓内物料清除，保护设备。

电控系统1内含PLC控制器、变频器，通过接收传感器信号与电信号，保证设备操作过程的物理实现，电控系统1与液压系统5共同控制设备动作。

计量系统3由重量传感器将数据传输至PLC，PLC通过数据处理后传输至显示器上，显示料仓内物料的储量，当显示数值归0时，布料机停止操作并报警，等待物料输入。

布料仓7通过各个电机的控制，实现在一个平面内的移动和布料操作。通过传感器反馈精确控制布料时间及布料速度。

布料机自动控制系统运行步骤如下：

(1)准备工作。

启动前，检查电器设备、变频器、电机完好情况，通电后先用手动模式调试设备，检查X向行走系统2、Y向行走系统6、布料仓7、计量系统3 是否工作正常。

(2)设定布料机参数。

根据生产需要进入HMI(人机界面)设定相应参数：X向走行系统2频率、Y向走行系统6频率、螺旋布料机10布料频率、润滑间隔时间、允许误差大小、布料宽度等。

(3)移动到布料起点。

参数设定好后，布料仓7自动行走到布料起点。

(4)设定构件参数。

进入HMI(人机界面)运行画面输入构件相关参数：构件长、宽、厚及混凝土容重。

(5)布料机自动运行。

将HMI控制柜上自动/手动转换开关转到自动，按下启动按钮，布料机进入自动运行状态。

若计量系统3显示物料重量低于系统计算该次布料所需重量时，系统报警，等待物料输入。

布料仓7移动到参数中设定的位置，自动判断开启螺旋布料机10数量，当构件宽度大于布料仓7宽度时，布料仓7分多次布料；当构件宽度小于布料仓7布料宽度时，布料仓7根据构件宽度自动选择螺旋布料机10开启数量，同时根据最后一个螺旋布料机10布料宽度调整布料速度以保证布料均匀。螺旋布料机10数量确定后自动开启布料闸门布料，X向走行系统2 沿构件长度方向运行，运行位置大于允许误差时停止前进，等待螺旋布料机10布料量增加，其计算公式是由长度为变量与宽、高相乘，在和容积率相乘换算为物料重量，将起重量与计量系统3的物料重量相比较，换算的物料重量小于计量系统3物料重量10％时，判断为运行位置大于允许误差。螺旋布料机10布料量大于布料允许误差时，螺旋布料机10停止布料，等待X向行走系统2行走到新的布料位置再开始布料，该计算公式与上述同理，当换算的物料重量大于计量系统3物料重量10％时，判断为布料量大于布料允许误差。通过以计量系统3的物料重量变化为基准，实现均匀布料的目的。X向行走系统2行走到参数设定位置，且布料量在允许误差范围内，螺旋布料机10停止布料，关闭螺旋布料机10布料闸门。系统自动判断构件是否需要多次布料，构件不需要多次布料，则布料结束；构件需要多次布料，布料机自动控制Y向行走系统6沿宽度方向移动到新的布料位置，判断螺旋布料机10开启数量及运行频率沿第一次布料反方向进行布料，如此反复，完成布料。

HMI人机界面使用说明。

HMI人机界面(触摸屏)启动后弹出登录窗口进行用户登录，用户分为工程师和操作员。工程师可以进行参数修改，操作员只能进行操作控制，不能进行参数修改。登录后点击相应按钮，进入参数设置画面进行一般的参数设置，设置完成后，将操作台上的开关打到相应的位置(自动/手动)，系统开始自动或手动运行。“运行画面”中可实时观察设备运行状态。

布料仓7的长、宽方向位移动作控制由长度方向编码器、变频器、变频电机完成。布料仓7是实现均匀布料的重要执行系统，由8台变频器、8 条螺旋布料机10、重量传感器控制。其中，X向行走轨道方向变频电机为该设备大车运行系统，通过大车布料频率控制布料仓7在长轨道的移动，Y 向行走轨道方向变频电机为该设备小车运行系统，通过小车布料频率控制布料仓7在短轨道的移动。两个方向构成了一条环形布料生产线，使其可以在任意指定点进行布料操作。

Claims (10)

1.一种自动布料机，包括执行系统和控制系统，其特征在于：所述执行系统包括置于混凝土预制构件浇筑模具上方的基础支撑梁、行走系统、布料仓、升降系统、计量系统和液压系统；行走系统由在基础支撑梁上实现全平面移动的X向行走系统和Y向行走系统构成，行走系统上运载布料仓、升降系统、计量系统和液压系统并由控制系统控制布料仓完成定位定量混凝土浇筑；所述控制系统包括：配电柜、PLC中央处理单元、输入模块、输出模块、通讯模块、上位机、控制按钮、传感器、信号指示灯。

2.根据权利要求1所述的自动布料机，其特征在于：所述布料仓底部平行设置两排、每排四组共八个螺旋布料机，每个螺旋布料机的布料口设置布料闸门，各闸门由液压系统分别独立驱动实现开闭布料。

3.根据权利要求2所述的自动布料机，其特征在于：所述执行系统还包括驱动控制布料仓移动的变频器和变频电机；PLC中央处理单元通过变频器控制变频电机和液压系统，实现布料仓布料速度与布料闸门开闭大小的控制，其中PLC中央处理单元与变频器通过RS485数据线连接。

4.根据权利要求2所述的自动布料机，其特征在于：所述控制按钮包含自动/手动按钮、启动按钮、停止按钮和紧急停止按钮；自动/手动按钮用以选择自动方式或手动方式进行系统控制，启停按钮控制系统的启动和停止，紧急停止按钮用于紧急情况下停止系统运转。

5.根据权利要求2所述的自动布料机，其特征在于：所述信号指示灯由运行指示灯、停止指示灯和报警指示灯组成用于显示布料机运行状态。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的自动布料机，其特征在于：所述基础支撑梁包括平行设置的两组支撑轨道梁，支撑轨道梁通过多组支撑立柱两固定于地面，两组支撑轨道梁之间全面覆盖预制构件模具空间。

7.根据权利要求6所述的自动布料机，其特征在于：所述行走系统的X向行走系统通过滚轮于两组支撑轨道梁上移动，Y向行走系统通过滚轮于两组X向行走系统轨道梁上移动。

8.根据权利要求7所述的自动布料机，其特征在于：所述布料仓设置计量系统并通过液压系统驱动的升降系统与Y向行走系统随动连接。

9.根据权利要求7所述的自动布料机，其特征在于：所述布料仓设置附着式振捣器，每个螺旋布料机的布料口独立设置由液压系统驱动的开闭闸门。

10.根据权利要求7所述的自动布料机，其特征在于：所述输入模块将传感器监测的模拟信号和按钮传递的数字信号转换为低电压输入信号，供PLC中央处理单元处理；输出模块执行PLC中央处理单元的输出信号驱动执行系统；PLC中央处理单元采用中型PLC系列CPU模块，实现对输入模块、输出模块信号的处理以及对自动布料流程的控制，传感器包括位移传感器、频率传感器和压力传感器，通过位移传感器监测执行系统行进位置，通过频率传感器监测执行系统运行速度，通过压力传感器监测执行系统混凝土重量；传感器将信号传输给PLC中央控制单元处理，实现PID闭环控制；上位机为西门子WINCC触摸屏系统，通过PORFNET以太网与PLC中央处理单元连接，通过设置构件尺寸、布料速度，监控布料行程、布料时间各参数实现人机数据交换。

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