CN2813086Y

CN2813086Y - 物料配料自动化控制系统的结构模式

Info

Publication number: CN2813086Y
Application number: CN 200520031686
Authority: CN
Inventors: 郭金兵; 白伟林; 陈红刚; 占齐惠; 李震
Original assignee: HENGXINYUAN COMPUTER TECHNOLOGY Co Ltd ZHENGZHOU
Current assignee: HENGXINYUAN COMPUTER TECHNOLOGY Co Ltd ZHENGZHOU
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2015-08-30

Abstract

本实用新型涉及一种物料配料、计量计算机集中式自动化控制系统的结构模式。该物料配料自动化控制系统含有PC总线工业控制计算机及现场配料、计量控制设备，同计算机I/O板连接的开关量输入、输出板外接隔离继电器组，每种物料配料、计量控制单元含有储料仓、计量称斗和称重传感器，称重传感器输出的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板，计算机输出的开关量信号通过开关量输出板及隔离继电器组控制连接现场物料配料、计量控制设备，反映现场设备状态的开关量输入信号通过隔离继电器组、开关量输入板和系统I/O板接入计算机。本实用新型实现了物料配料、计量及混合搅拌计算机控制系统的多任务、多窗口、多用户的集中式控制与管理。

Description

物料配料自动化控制系统的结构模式

一、技术领域：本实用新型涉及的是一种物料配料、计量计算机集中式自动化控制系统，特别是涉及一种物料配料自动化控制系统的结构模式。

二、背景技术：当前物料配料、计量自动化控制系统的控制方式种类繁多，但比较常用的是配料控制仪(电脑称)配合可编程控制器的时序控制系统，起步于上世纪80年代中期，在90年代得到普遍应用，并且在目前还占据一定市场。其主要存在的问题和不足有以下几点：(1)系统功能简单，配料、计量采用的是“一对一”的控制和显示方式，维护、检测、故障处理麻烦，(2)输入和修改系统运行参数、控制参数和物料配合比困难，尤其当多种配合比交替使用时更为麻烦，(3)不具备生产数据存储、统计、汇总和查询等最基本的管理能力，(4)动态计量误差较大，故障率高，如果配料计量称重单元较多时，操作员难以观察了解生产情况，劳动强度大。

后来随着计算机控制技术的发展，出现了单片机集散式控制系统，利用一片单片机对一种物料的配料、计量进行控制，加上通讯板和上位管理机，即形成了下位机(电脑称或配料控制仪)+PLC+通讯板+上位机(工业PC机)的控制系统结构模式，其组成框图参见说明书附图1、图2。考虑物料配料、计量控制系统中生产数据管理的需要，增加了上位机(工业PC机)，图1中的下位机(可编程控制器/PLC/FX2)用于生产过程中逻辑的时序控制(包括系统各种状态的检测)，并向上位机输送生产过程中所产生的实时数据；上位机实施对生产数据的管理(包括数据的储存、汇总、统计、打印和其它需要的数据管理功能)及简单的生产模拟画面显示。图2结构采用单元组合式，配料控制仪(电脑称)MCS-U36、搅拌控制器MCS-298和逻辑控制器MCS-8721三种模块均内置单片机，也称之为多机并行工作的分布式控制系统，该系统为每一个配料、计量单元配置一个MCS-U36模块，用于接收称重传感器输出的与重量信号成正比的模拟信号，并控制配料称重过程中料仓的给料机构和料斗的卸料机构以及其它机械动作。此类控制系统主要存在的问题和不足：(1)系统硬件组成复杂，质量及可靠性偏低且标准化率不高，升级、换代和扩展麻烦，(2)所用的电脑称和配料控制仪及通讯板为非标准化产品，质量难以保证，数据采集速度、转换精度和分辨率普遍较低，不能实现智能化的实时处理，难以保证配料的动态精度，上位机的强大功能没有得到充分的发挥，不能很好的满足物料配料、计量生产的需要，(3)在单片机集散式控制系统中，由于工业现场振动大，粉尘密度高和强电磁的干扰，加之系统的信号传输路径较多，上、下位机之间的通讯系统易出现故障，造成系统紊乱甚至死机；同时两者之间的数据传递，占据了下位机大量的机时，达不到实时控制的目的，还对上位机提出了较高的要求，(4)由于系统采用的是自上而下的程序设计方法，仅能实现对单一任务的控制与管理，设置运行参数、修改配比或打印报表时必须退出生产控制过程。总之，以上几种结构的控制系统存在以下共同的缺点：(1)系统扩展成本高，配料计量精度和现代管理功能较低，不具备多窗口、多任务和多用户的控制及操作功能，(2)不具备智能化的数据处理及控制能力，浪费上位机资源。

三、实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题：为了解决目前在冶金、建材、饲料、玻璃、食品以及混凝土等涉及多种物料配料、计量及混合搅拌的生产行业中控制系统所存在的问题和不足，提出一种以PC总线工业控制计算机为核心，采用模块化结构设计的物料配料自动化控制系统的结构模式。

本实用新型所采用的技术方案：

一种物料配料自动化控制系统的结构模式，含有PC总线工业控制计算机及外围设备、系统供电电源及现场配料、计量控制设备，同PC总线工业控制计算机系统I/O板连接有开关量输入板和开关量输出板，与开关量输入板和开关量输出板连接有隔离继电器组，该物料配料自动化控制系统含有1～M种颗粒固体物料配料、计量控制单元，每种颗粒固体物料配料、计量控制单元含有储料仓、计量称斗和称重传感器，在储料仓下部设有由电磁阀控制的给料门，在计量称斗下部设有由电磁阀控制的卸料门，称重传感器输出的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板，同颗粒固体物料配料、计量配套的设备有物料输送水平皮带机和斜皮带机，PC总线工业控制计算机输出的开关量信号通过系统I/O板、开关量输出板及隔离继电器组控制连接储料仓给料门电磁阀、计量称斗卸料门电磁阀，反映现场各设备对应状态的开关量输入信号通过隔离继电器组接入系统开关量输入板，通过系统I/O板接入PC总线工业控制计算机；系统供电电源为PC总线工业控制计算机及外围设备、现场配料、计量控制设备和称重传感器及放大器、隔离继电器组、开关量输入板、开关量输出板提供工作电源。

该物料配料自动化控制系统含有1～N种粉状物料配料、计量控制单元，每种粉状物料配料、计量控制单元含有储料仓、计量称斗和称重传感器，同粉状物料配料、计量配套的设备有螺旋输送机；PC总线工业控制计算机开关量输出经系统I/O板、开关量输出板及隔离继电器组连接各种粉状物料计量称斗卸料门电磁阀以及粉状物料螺旋输送机启/停控制的继电器或交流接触器，称重传感器输出的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板和PC总线工业控制计算机连接，反映现场配料、计量控制设备状态的开关量输入信号通过隔离继电器组、开关量输入板和系统I/O板接入PC总线工业控制计算机。

该物料配料自动化控制系统含有1～X种液体物料配料、计量控制单元，每种液体物料配料、计量控制单元含有计量称斗、液体输送泵和称重传感器，称重传感器输出的的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板；PC总线工业控制计算机输出的开关量信号经开关量输出板和隔离继电器组连接各液体物料输送泵的启/停控制的继电器或交流接触器、各液体物料计量称斗卸料门电磁阀，反映输送泵和计量称斗卸料门状态的开关量信号经隔离继电器组、和开关量输入板接入PC总线工业控制计算机。

称重传感器采用电阻应变拉力或压力称重传感器，传感器输出信号接入有外接电源的模拟量放大载板，经放大器5B30放大后输出连接系统A/D转换板，接入PC总线工业控制计算机；或者放大器采用整机式的传感器电源及信号放大组件，传感器电源及信号放大组件输出的称重模拟信号直接接入系统A/D转换板，实现和PC总线工业控制计算机连接。

系统I/O板采用DI064/3，或者采用PCL-7120，系统A/D转换板采用PCL-812PG，或者采用PCL-8111，中间隔离继电器组采用HH53P，光隔开入板采用DB-16P，或采用PCL-9182，或采用PCLD-782，光隔开出板采用DB-16R，或采用PCL-9185，或采用PCLD-885。

同隔离继电器组HH53P连接有手动干预控制电路。

含有混合搅拌器控制单元，混合搅拌器下部设有由电磁阀控制的卸料门，PC总线工业控制计算机输出的开关量信号通过光隔开关量输出板和隔离继电器组连接混合搅拌器的卸料门电磁阀的控制继电器或交流接触器，反映混合搅拌器卸料门和搅拌机运行状态的开关量输入信号经隔离继电器组和开关量输入板接入PC总线工业控制计算机。

本实用新型的积极有益效果：

1、本实用新型物料配料、计量自动控制系统以PC总线工业控制计算机为核心，以系列化和标准化的开入/开出模板、I/O模板、A/D模板为依托，实现了物料配料、计量及混合搅拌计算机控制系统的多任务、多窗口、多用户的集中式控制与管理。组态灵活、扩展方便、适应性强。

2、生产现场应答信号及生产数据的采集、分析、处理、显示和控制等完全由PC总线工业控制计算机完成，减少整个系统的中间环节，信号传输路径少，彻底取消影响系统整体性能的相关硬件或不必要的硬件设置，如可编程控制器、通讯板、数显表头、配料称量仪、传感器信号的连接插头、插座等，从而实现真正意义上的计算机集中控制与管理，使控制系统达到最佳效能，可靠性、稳定性、抗干扰性以及可维护性达到较为理想的状态。

3、系统硬件的系列化和标准化使系统模块丰富、组态灵活、扩展性强，不仅具有高性价比和开放式结构，而且管理功能强大，人机界面友好，所有信号进出均采用了电气或机械隔离技术，更使系统运行稳定可靠，操作维护简单，适用于各领域、各种物料的配料计量，其推广应用必将大大提高企业生产过程的自动化水平，提高产品产量、质量，降低生产成本，提高企业效益。

四、附图说明：

图1：单片机集散式控制系统结构模式组成框图之一

图2：单片机集散式控制系统结构模式组成框图之二

图3：物料配料自动化控制系统结构模式框图

图4：系统供电电源接线原理图之一(称重模拟信号采用5B30放大器)

图5：物料计量单元称重信号采集接入线路原理图(采用5B30放大器)

图6：物料配料自动化控制系统控制台组成(采用5B30放大器)

图7：物料配料自动化控制系统计算机开出量信号流图(一)

图8：物料配料自动化控制系统计算机开出量信号流图(二)

图9：物料配料自动化控制系统现场执行机构信号接线图(一)

图10：物料配料自动化控制系统现场执行机构信号接线图(二)

图11：物料配料自动化控制系统现场执行机构信号接线图(三)

图12：系统供电电源接线原理图之二(称重模拟信号采用传感器电源及信号放大组件)

图13：物料计量单元称重信号采集接入线路原理图(称重模拟信号采用传感器电源及信号放大组件)

图14：物料配料自动化控制系统控制台组成(称重模拟信号采用传感器电源及信号放大组件)

图15：物料配料自动化控制系统实施方式之一的生产工艺流程图

五、具体实施方式：

实施例一：参见图3～11、图15，本实施例中的物料配料自动化控制系统的结构模式由PC总线工业控制计算机和外围设备、光隔开入板KRB、光隔开出板KCB1、KCB2、中间隔离继电器组HH53P，高精度电源组成；物料重量信号经称重传感器检测并经高性能信号放大器放大后接PC总线工业控制计算机的A/D转换板，PC总线工业控制计算机输出的开关量信号经光隔开出板连接隔离继电器组，经隔离继电器组连接物料配料、计量现场控制设备，现场开关量输入信号经隔离继电器组和光隔开入板接入系统I/O板，实现和PC总线工业控制计算机连接，由此形成物料配料、计量自动化控制系统。

参见图15，本实施例物料配料自动化控制系统含有四种颗粒固体物料配料、计量控制单元，图中1为G1、G2物料储料仓，2为G1和G2物料的计量称斗，在G1、G2、G3、G4每种物料计量称斗下部设有由电磁阀控制的卸料门，和计量称斗对应的每个储料仓下部设有由电磁阀控制的给料门，在每种物料计量称斗上安装有称重传感器，传感器输出的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板，图中3、4分别为和颗粒固体物料配料、计量配套使用的物料输送水平皮带机和斜皮带机，PC总线工业控制计算机输出的开关量信号经开关量输出板连接隔离继电器组，通过隔离继电器连接各储料仓给料门电磁阀、各计量称斗卸料门电磁阀，反映物料输送水平皮带机和斜皮带机运行状态的开关量输入信号及通过磁性限位开关反映的给料门、卸料门状态的开关量信号通过隔离继电器组接入光隔开关量输入板，通过系统I/O板接入PC总线工业控制计算机；本实施例物料配料自动化控制系统还含有三种粉状物料配料、计量控制单元，即F1、F2和F3，每种配料、计量控制单元含有储料仓和计量称斗、称重传感器，图中5-1、5-2、5-3、5-4分别为1#F1物料、2#F1物料和F3物料、F2物料储料仓，6为同粉状物料配料配套使用的螺旋输送机，图中7-1、7-2、7-3分别为F1和F3、F2三种物料的计量称斗，计量、控制相关设备配置基本同上，称重传感器输出的称重模拟信号通过放大器接入A/D转换板，计算机开关量输出经开关量输出板和隔离继电器组连接各种粉状物料计量称斗卸料门电磁阀以及粉状物料螺旋输送机启/停控制继电器或接触器，反映现场计量控制设备状态开关量输入信号通过隔离继电器组和开关量输入板接入PC总线工业控制计算机；本实施例物料配料自动化控制系统还含有W1、W2、W3三种液体物料配料、计量控制单元，每种液体物料配料、计量控制单元含有液体物料计量称斗、称重传感器和液体物料输送泵，计算机输出的开关量信号经开关量输出板和隔离继电器组连接各液体物料输送泵的启/停控制的继电器或交流接触器、各液体物料计量称斗卸料门电磁阀，反映卸料门、液体物料输送泵状态的开关量信号通过隔离继电器组和开关量输入板接入PC总线工业控制计算机，图中8为液体物料输送泵，9为液体物料储料池，10为液体物料计量称斗。

本实施例含有混合搅拌器控制单元，图中11为混合搅拌器，混合搅拌器下部设有由电磁阀控制的卸料门，计算机输出的开关量信号通过开关量输出板和隔离继电器组连接混合搅拌器的卸料门电磁阀的控制继电器，反映混合搅拌器卸料门和搅拌机运行状态的开关量输入信号经隔离继电器组和开关量输入板接入PC总线工业控制计算机。图中12为空气压缩机。

本实施例中的系统I/O板采用DI064/3，A/D板采用PCL-812PG，光隔开入板采用DB-16P，光隔开出板采用DB-16R，传感器采用电阻应变拉力或压力称重传感器，每路传感器接入对应的电源盒，电源盒的信号输出接入有外接电源的模拟信号放大载板，传感器输出的称重模拟信号经放大载板上的放大器5B30放大接入系统A/D板，系统开入量信号包括各种物料储料仓仓门的开/闭、各种物料称斗门的开/闭、混合搅拌器卸料门的开/闭、混合搅拌器的启/停、颗粒固体物料输送皮带机(水平和斜皮带机)的启/停、配料/卸料状态等现场开关量信号。系统供电电源提供直流24V、直流5V和220V交流净化电源，为工业控制计算机及外围设备和各物料称重传感器及放大器、隔离继电器组、开关量输入板、开关量输出板提供工作电源。同隔离继电器连接有手动干预控制电路。

下面仅以颗粒固体物料G1和粉状物料F2两种物料为对象说明本实用新型物料配料自动化控制系统工作过程。生产开始前，首先启动空气压缩机、颗粒固体物料输送水平皮带机和颗粒固体物料输送斜皮带机，系统开入量信号(现场机械设备状态)通过光隔开入板KRB的0+--15+通道接入计算机，计算机判断配料、称量条件得以满足，则根据预置的控制程序和各种物料的配合比经光隔开出板KCB1的CH3、CH4、CH5通道发出配料命令，即串联在开出板通道回路的隔离继电器组中的继电器线圈K54、K55、K56得电吸合，螺旋输送皮带机交流接触器KM16接通、电磁气阀YV15a、YV15b动作，F2螺旋输送机启动并将储料仓中的物料送到F2称斗中计量，G1仓给料门打开，物料落入称斗计量，在达到预先设定的称量值后，计算机发出停机和关门指令，继电器线圈K54、K55、K56失电，螺旋输送机停止运行，G1仓给料门关闭，此时物料配料、计量过程结束。以上描述参见图7、图9、图10。

物料配料、计量过程结束后，计算机根据预置的控制程序判断卸料条件是否满足，卸料条件得以满足，计算机经光隔开出板KCB2的CH6、CH7通道发出卸料命令，继电器线圈K73、K74得电吸合，电磁气阀YV22、YV24动作，F2称斗门、G1料斗门打开，以上描述参见图8、图11，F2通过卸料溜管进入混合搅拌器，G1物料通过输送水平皮带机、斜皮带机和骨料预加料斗进入混合搅拌器，计算机根据预置的控制程序判断：各物料是否全部从料斗卸出、各称量斗门是否关闭，如满足称量条件，则进入下一盘物料的配料、计量过程；与此同时搅拌计时开始，计算机根据预置程序发出控制命令，混合搅拌器打开，出料，搅拌器开门延时，搅拌器门关闭，生产过程进入循环状态。

实施例二：参见图3、图12、图13、图14，本实施例基本同实施例一，不同之处在于系统I/O板采用PCL-7120，系统A/D板采用PCL-8111，中间隔离继电器组仍采用HH53P，光隔开入板采用PCL-9182，光隔开出板采用PCL-9185，放大器采用整机式的传感器电源及信号放大组件，传感器电源及信号放大组件输出的称重模拟信号直接接入系统A/D转换板，实现和PC总线工业控制计算机连接。本实施例不含混合搅拌器控制单元。

实施例三：参见图3、图12、图13、图14、图15，本实施例基本同实施例二，其不同之处在于：系统I/O板采用PCL-7120，系统A/D板采用PCL-812PG，中间隔离继电器组采用HH53P，光隔开入板采用PCLD-782，光隔开出板采用采用PCLD-885，本实施例不含液体物料配料、计量控制单元。

实施例四：本实施例基本同实施例一，不同之处在于系统I/O板采用DI064/3，系统A/D板采用PCL-812PG，中间隔离继电器组采用HH53P，光隔开入板采用PCL-9182，光隔开出板采用PCLD-885，本实施例不含粉状物料配料、计量控制单元。

以上实施例中，放大器均可采用5B30，传感器输出信号接入有外接电源的模拟量放大载板，经放大器5B30放大后输出连接系统A/D转换板，接入PC总线工业控制计算机；或者采用整机式的传感器电源及信号放大组件，即通过该放大组件将各物料称重传感器输出的称重模拟信号放大后直接接入系统A/D转换板，实现和计算机连接。

Claims

1、一种物料配料自动化控制系统的结构模式，含有PC总线工业控制计算机及外围设备、系统供电电源及现场配料、计量控制设备，其特征是：同PC总线工业控制计算机系统I/O板连接有开关量输入板和开关量输出板，与开关量输入板和开关量输出板连接有隔离继电器组，该物料配料自动化控制系统含有1～M种颗粒固体物料配料、计量控制单元，每种颗粒固体物料配料、计量控制单元含有储料仓、计量称斗和称重传感器，在储料仓下部设有由电磁阀控制的给料门，在计量称斗下部设有由电磁阀控制的卸料门，称重传感器输出的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板，同颗粒固体物料配料、计量配套的设备有物料输送水平皮带机和斜皮带机，PC总线工业控制计算机输出的开关量信号通过系统I/O板、开关量输出板及隔离继电器组控制连接储料仓给料门电磁阀、计量称斗卸料门电磁阀，反映现场各设备对应状态的开关量输入信号通过隔离继电器组接入系统开关量输入板，通过系统I/O板接入PC总线工业控制计算机；系统供电电源为PC总线工业控制计算机及外围设备、现场配料、计量控制设备和称重传感器及放大器、隔离继电器组、开关量输入板、开关量输出板提供工作电源。

2、根据权利要求1所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：该物料配料自动化控制系统含有1～N种粉状物料配料、计量控制单元，每种粉状物料配料、计量控制单元含有储料仓、计量称斗和称重传感器，同粉状物料配料、计量配套的设备有螺旋输送机；PC总线工业控制计算机开关量输出经系统I/O板、开关量输出板及隔离继电器组连接各种粉状物料计量称斗卸料门电磁阀以及粉状物料螺旋输送机启/停控制的继电器或交流接触器，称重传感器输出的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板和PC总线工业控制计算机连接，反映现场配料、计量控制设备状态的开关量输入信号通过隔离继电器组、开关量输入板和系统I/O板接入PC总线工业控制计算机。

3、根据权利要求1或2所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：该物料配料自动化控制系统含有1～X种液体物料配料、计量控制单元，每种液体物料配料、计量控制单元含有计量称斗、液体输送泵和称重传感器，称重传感器输出的的称重模拟信号经放大器放大后接入系统A/D转换板；PC总线工业控制计算机输出的开关量信号经开关量输出板和隔离继电器组连接各液体物料输送泵的启/停控制的继电器或交流接触器、各液体物料计量称斗卸料门电磁阀，反映输送泵和计量称斗卸料门状态的开关量信号经隔离继电器组、和开关量输入板接入PC总线工业控制计算机。

4、根据权利要求1或2所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：称重传感器采用电阻应变拉力或压力称重传感器，传感器输出的称重模拟信号接入有外接电源的模拟量放大载板，经放大载板上的放大器5B30放大后接入系统A/D转换板，实现和PC总线工业控制计算机连接；或者放大器采用整机式的传感器电源及信号放大组件，传感器电源及信号放大组件输出的称重模拟信号直接接入系统A/D转换板，实现和PC总线工业控制计算机连接。

5、根据权利要求3所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：称重传感器采用电阻应变拉力或压力称重传感器，传感器输出的称重模拟信号接入有外接电源的模拟量放大载板，经放大器5B30放大后输出连接系统A/D转换板，接入PC总线工业控制计算机；或者放大器采用整机式的传感器电源及信号放大组件，传感器电源及信号放大组件输出的称重模拟信号直接接入系统A/D转换板，实现和PC总线工业控制计算机连接。

6、根据权利要求5所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：系统I/O板采用D1064/3，或者采用PCL-7120，系统A/D转换板采用PCL-812PG，或者采用PCL-8111，中间隔离继电器组采用HH53P，光隔开入板采用DB-16P，或采用PCL-9182，或采用PCLD-782，光隔开出板采用DB-16R，或采用PCL-9185，或采用PCLD-885。

7、根据权利要求6所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：同隔离继电器组HH53P连接有手动干预控制电路。

8、根据权利要求7所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：含有混合搅拌器控制单元，混合搅拌器下部设有由电磁阀控制的卸料门，PC总线工业控制计算机输出的开关量信号通过光隔开关量输出板和隔离继电器组连接混合搅拌器的卸料门电磁阀的控制继电器，反映混合搅拌器卸料门和搅拌机运行状态的开关量输入信号经隔离继电器组和开关量输入板接入PC总线工业控制计算机。

9、根据权利要求4所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：系统I/O板采用DI064/3，或者采用PCL-7120，系统A/D转换板采用PCL-812PG，或者采用PCL-8111，中间隔离继电器组采用HH53P，光隔开入板采用DB-16P，或采用PCL-9182，或采用PCLD-782，光隔开出板采用DB-16R，或采用PCL-9185，或采用PCLD-885。

10、根据权利要求9所述的物料配料自动化控制系统的结构模式，其特征是：同隔离继电器组HH53P连接有手动干预控制电路。