專利名稱：自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自動度量技術(shù)領(lǐng)域，特別是在紡織染整行業(yè)粉末狀固體染料的高精度自動配料稱量控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
國內(nèi)紡織染整行業(yè)由于無法克服控制自動稱料精度問題而長期使用人工稱量方法進行配料，配料精度低很難保證產(chǎn)品質(zhì)量。實現(xiàn)配料自動化一直為國內(nèi)外各大公司投入大量精力、物力研究形成了大量產(chǎn)品，如糧食稱重包裝生產(chǎn)線、石化稱重配料生產(chǎn)線等，而以上都是針對配比相對恒定或相近并且稱量相對不很微小的情況下進行的，對于印染行業(yè)染色織物染色料需要二十到一百種，而且各種配比不一經(jīng)常出現(xiàn)某種織物的配方中只需幾克或者十幾克料且要求稱重精度不能低于1％的情況就無能為力了。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服這種涉及紡織染整行業(yè)配比不穩(wěn)定又相差懸殊且有超低值出現(xiàn)的現(xiàn)象，提供一種系統(tǒng)，為粉末狀、比重輕的染色染料，實現(xiàn)智能化、高精度、大范圍動態(tài)稱重自動配料。
為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是提供一種自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，應(yīng)用于紡織染整行業(yè)，由上位機、下位機、高精度電子秤組成，其特征在于，下位機由多軸運動控制卡和電器控制柜組成；上位機通過PCI總線與下位機的多軸運動控制卡電連接，并與高精度電子秤通過串口構(gòu)成實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)；上位機和高精度電子秤分別與交流穩(wěn)壓電源相連，由交流穩(wěn)壓電源提供交流電。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述上位機是一臺工業(yè)用PC機，其預(yù)裝有系統(tǒng)控制程序，本控制電路系統(tǒng)所采用的控制軟件“高精度自動下料系統(tǒng)應(yīng)用軟件Dyestaff”由本課題小組成員用VisualC++語言編制，運行穩(wěn)定可靠；已申請軟件著作權(quán)登記。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述多軸運動控制卡由TMS320LF206DSP、PCI總線構(gòu)成，DSP同時控制空間上相互獨立的多個方向的運動并通過PCI總線與上位機進行通訊。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述電器控制柜由2-10塊轉(zhuǎn)換板、2-10塊功放板、2-10塊固態(tài)繼電器板、兩組輸出開關(guān)電源和若干端子排組成；其中，多軸運動控制卡通過電纜與插座連接，插座分別與轉(zhuǎn)換板、限位裝置和交流伺服電機電連接；轉(zhuǎn)換板又分別與功放板、固態(tài)繼電器板、電子秤氣閥、下料口開閉閥和給料電機驅(qū)動器電連接，并分別通過兩個開關(guān)電源和交流穩(wěn)壓電源相連，且從兩開關(guān)電源得到直流電力供應(yīng)；功放板與一開關(guān)電源、電磁閥電連接，且從該開關(guān)電源得到直流電力供應(yīng)；固態(tài)繼電器板與另一開關(guān)電源、給料電機驅(qū)動器電連接，且從另一開關(guān)電源得到直流電力供應(yīng)；給料電機驅(qū)動器與給料電機相連。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述轉(zhuǎn)換板含有可編程邏輯門陣列EPLD7064芯片3-15片。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述功放板含有20-100個大功率三級管BU826和光電隔離器TIL117。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述固態(tài)繼電器板由20-100組固態(tài)繼電器陣列組成，每一組包括兩個固態(tài)繼電器NFM25。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述高精度電子秤實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)把實時采集的秤信號通過串口反饋到上位機來控制下料的速度和精度。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其下位機輸出交流伺服控制信號和限位信號來控制裝料小車的運動狀態(tài)，輸出給料驅(qū)動控制信號控制給料電機下料，輸出秤控制信號控制高精度電子秤的稱重，輸出閥控制信號控制20-100組電磁閥，輸出給料驅(qū)動電源信號控制20-100組步進電機電源。輸出下料口開閉信號控制20-100組下料口的開閉。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其在系統(tǒng)工作時，下位機輸出的給料驅(qū)動電源信號，經(jīng)給料電機驅(qū)動器在不同給料電機之間進行分配切換，這樣既節(jié)約了能源與設(shè)備，又有效地避免了給料電機間同時使能所產(chǎn)生相互電磁干擾。
所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其所述串口為232串口。
本實用新型通過EPLD7604實時動態(tài)分配20-100路給料電機信號實現(xiàn)了控制20-100路給料電機驅(qū)動，這種實時動態(tài)分配使能脈沖控制方法，達到了既節(jié)約能源與設(shè)備，又避免了給料電機間同時使能產(chǎn)生相互電磁干擾的雙重功效。
本實用新型具有稱量大范圍(0.1g-32kg)、高精度(0.01-0.1g)和智能化(根據(jù)染料品種比重、粒度不同匹配相應(yīng)的模型參數(shù))的特點。控制電路部分設(shè)計思路新穎、工作穩(wěn)定具有很強的抗干擾能力，完全適用于復雜的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。


圖1為本實用新型自動稱料配料控制電路系統(tǒng)總體框圖；圖2為本實用新型電器控制柜轉(zhuǎn)換板電路原理圖(部分一)；圖3為本實用新型電器控制柜轉(zhuǎn)換板電路原理圖(部分二)；圖4為本實用新型電器控制柜功放板電路原理圖(部分一)；圖5為本實用新型電器控制柜功放板電路原理圖(部分二)。
具體實施方式
本實用新型為一種能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、大范圍自動配料稱重的控制系統(tǒng)，針對多種染料的染料比重、粒度、流量和落差大小的不同，建立配比動態(tài)模型。在解決動態(tài)稱重精度基礎(chǔ)上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)實時多任務(wù)控制技術(shù)組成20-100種料動態(tài)稱重，自動配料生產(chǎn)線。運用自適應(yīng)控制算法，根據(jù)各種染料的比重、粒度等建立相應(yīng)的最后落差控制時間，根據(jù)高精度秤的實時閉環(huán)反饋，最終實現(xiàn)精確稱重。每種染料稱重范圍在0.1g-32kg之間，最小分辨度在0.01-0.1g之間，稱重精度≤1％。系統(tǒng)配有小樣調(diào)試系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)兩部分，兩者可以獨立完成操作?？梢詫崿F(xiàn)染色、配料全過程自動化管理。采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)小樣系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，同時，對高精度配色過程進行實時監(jiān)控。
參照圖1，為本實用新型的總體框圖，本控制電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是由上位機1、下位機2、高精度電子秤3實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)構(gòu)成。其中，上位機1主要是一臺工業(yè)用PC機，通過PCI總線與下位機2的多軸運動控制卡201電連接，進行通訊，并與高精度電子秤3通過232串口101構(gòu)成實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)。上位機1和高精度電子秤3分別與交流穩(wěn)壓電源4相連，由交流穩(wěn)壓電源4提供220V交流電。
下位機2包括多軸運動控制卡201和電器控制柜202。多軸運動控制卡201由PCI總線、TMS320LF206DSP等構(gòu)成；可以同時控制空間上相互獨立的多個方向上的運動過程，在本控制電路系統(tǒng)中用來控制給料電機10給料和驅(qū)動裝料小車的伺服電機6運轉(zhuǎn)。電器控制柜202主要是由2-10塊轉(zhuǎn)換板2021、2-10塊功放板2022、2-10塊固態(tài)繼電器板2023、兩組分別輸出DC+24V與DC+5V的開關(guān)電源2024、2025和若干端子排所組成，其中，多軸運動控制卡201通過電纜11與插座2026連接，插座2026分別與轉(zhuǎn)換板2021、限位裝置5和交流伺服電機6電連接。轉(zhuǎn)換板2021又分別與功放板2022、固態(tài)繼電器板2023、電子秤氣閥8、下料口開閉閥12和給料電機驅(qū)動器9電連接，并分別通過開關(guān)電源2024、2025和交流穩(wěn)壓電源4相連，且從開關(guān)電源2024得到直流24V，從開關(guān)電源2025得到直流5V的電力供應(yīng)。功放板2022與開關(guān)電源2024、電磁閥7電連接，且從開關(guān)電源2024得到直流24V的電力供應(yīng)。固態(tài)繼電器板2023與開關(guān)電源2025、給料電機驅(qū)動器9電連接，且從開關(guān)電源2025得到直流5V的電力供應(yīng)。給料電機驅(qū)動器9與給料電機10相連。
轉(zhuǎn)換板2021主要由可編程邏輯門陣列EPLD7064構(gòu)建，功放板2022由大功率三級管BU826和光偶隔離器TIL117所組成。下位機2輸出以下的控制信號裝料小車運行限位信號、伺服控制信號、給料驅(qū)動控制信號、下料口開閉信號、給料驅(qū)動電源信號、電磁閥控制信號和秤控制信號。
本系統(tǒng)工作過程簡述如下上位機1的232串行口101與高精度電子秤3相連構(gòu)成實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)，一臺交流穩(wěn)壓器4為上位機1、高精度電子秤3和電器控制柜202提供AC220V穩(wěn)壓電源。上位機1通過PCI擴展槽102與下位機2中的多軸運動控制卡201相連接。多軸運動控制卡201的輸入為一個急?？刂菩盘?，用于在出現(xiàn)意外情況時迅速切斷伺服電機6和給料電機10的電源；多軸運動控制卡201輸出信號通過一根37芯電纜11傳輸?shù)诫娖骺刂乒?02，其中的限位信號和伺服控制信號直接用一根12芯電纜12和一根10芯電纜13從電器柜端子排分別輸出到裝料小車運行軌道的限位裝置5和驅(qū)動小車的伺服電機6；而秤控制信號和給料驅(qū)動控制信號通過2-10塊轉(zhuǎn)換板2021轉(zhuǎn)換后由一根12芯電纜14輸出到高精度電子秤裝置的電子秤氣閥8和給料電機驅(qū)動器9；下料口開閉信號通過2-10塊轉(zhuǎn)換板2021轉(zhuǎn)換后通過20-100根4芯電纜15輸出到20-100路下料口開閉閥12；電磁閥控制信號通過2-10塊轉(zhuǎn)換板2021轉(zhuǎn)換分配為20-100路信號后再由2-10塊功放板2022進行功率放大，通過20-100根4芯電纜15輸出到20-100路下料子系統(tǒng)的電磁閥7；給料驅(qū)動電源信號通過2-10塊轉(zhuǎn)換板2021轉(zhuǎn)換分配為20-100路信號經(jīng)2-10塊固態(tài)繼電器板2023放大，通過20-100根7芯電纜16輸出到20-100路給料電機驅(qū)動器9。
參照圖2和圖3，為轉(zhuǎn)換板2021電路原理圖。由多軸運動控制卡201過來的給料驅(qū)動控制、秤控制和閥控制等信號X01-X17等輸入4-20片TLP521光偶隔離芯片后，輸出地址信號A1-A8、電磁閥信號OSCK、給料驅(qū)動電源信號STEP、給料驅(qū)動控制信號CHANGE、下料口開閉信號OPEN、秤控制信號LEVEL和四個備用信號B1-B4。給料驅(qū)動控制信號CHANGE和秤控制信號LEVEL通過功率驅(qū)動芯片ULN2804放大后分別輸出到給料電機驅(qū)動器9和高精度電子秤裝置的電子秤氣閥8，地址信號A1-A8輸入到可編程邏輯門陣列EPLD7064芯片U1-U15；電磁閥信號OSCK輸入到EPLD7064芯片U1-U5；給料驅(qū)動電源信號STEP輸入到EPLD7064芯片U6-U10；下料口開閉信號OPEN輸入到EPLD7064芯片U11-U15。這樣，通過可編程邏輯門陣列對信號的轉(zhuǎn)換分配，EPLD7064芯片U1-U15分別輸出多達20-100路的電磁閥信號OSC0-OSC99、給料驅(qū)動電源信號STEP0-STEP19和下料口開閉信號OPEN0-OPEN99。上述信號經(jīng)過10-30塊功率驅(qū)動芯片ULN2803放大后，其中給料驅(qū)動電源信號STEP0-STEP99輸出到固態(tài)繼電器板2023，電磁閥控制信號OSC0-OSC99輸出到功放板2022，下料口開閉信號OPEN0-OPEN99輸出到圖3中的下料口開閉閥線圈陣列OPEN/A-OPEN/S來控制20-100路下料口的開閉。圖3中的二極管陣列是用于下料口開閉閥線圈陣列斷電時續(xù)流用的。圖中各個元器件的連接關(guān)系均用網(wǎng)絡(luò)標記給出，這里就不再贅述了。
參照圖4和圖5，為功放板2022電路原理圖，由20-100個獨立的驅(qū)動單元所組成，每一個驅(qū)動單元由一片TIL117光偶隔離芯片和一只大功率三級管BU826所構(gòu)成。從轉(zhuǎn)換板2021功率驅(qū)動芯片ULN2804過來的電磁閥信號OSC0-OSC99經(jīng)驅(qū)動單元放大后控制多達20-100路的電磁閥7。以第一個驅(qū)動單元為例說明如下來自功率驅(qū)動芯片ULN2804的電磁閥控制信號OSC0輸入到光偶隔離芯片TIL117的2管腳，當OSC0信號為低電平時，1、2管腳有電流流過，通過光耦合作用5、4管腳也有電流流過，則大功率三級管BU826導通，其發(fā)射極電流流過電磁閥7線圈。
反之，當OSC0信號為高電平時，大功率三級管BU826截止，電磁閥7線圈沒有電流流過。其中二極管Z11是感性負載續(xù)流用的。大功率三級管BU826的集電極電壓DC1由圖4中的整流橋電路將AC220V轉(zhuǎn)成DC+24V得到。其余驅(qū)動單元的工作原理類同。圖中的各個元器件的連接關(guān)系均用網(wǎng)絡(luò)標記給出，這里就不再贅述了。
權(quán)利要求1.一種自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，由上位機、下位機、高精度電子秤組成，其特征在于，下位機由多軸運動控制卡和電器控制柜組成；上位機通過PCI總線與下位機的多軸運動控制卡電連接，并與高精度電子秤通過串口構(gòu)成實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)；上位機和高精度電子秤分別與交流穩(wěn)壓電源相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機是一臺預(yù)裝有系統(tǒng)控制程序的工業(yè)用PC機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述多軸運動控制卡由TMS320LF206DSP、PCI總線構(gòu)成，其中，DSP通過一根37芯電纜與電器控制柜電連接，并通過PCI總線與上位機電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述電器控制柜由2-10塊轉(zhuǎn)換板、2-10塊功放板、2-10塊固態(tài)繼電器板、兩組輸出開關(guān)電源和若干端子排組成；其中，多軸運動控制卡通過電纜與插座連接，插座分別與轉(zhuǎn)換板、限位裝置和交流伺服電機電連接；轉(zhuǎn)換板又分別與功放板、固態(tài)繼電器板、電子秤氣閥、下料口開閉閥和給料電機驅(qū)動器電連接，并分別通過兩個開關(guān)電源和交流穩(wěn)壓電源相連；功放板與一開關(guān)電源、電磁閥電連接；固態(tài)繼電器板與另一開關(guān)電源、給料電機驅(qū)動器電連接；給料電機驅(qū)動器與給料電機相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換板含有可編程邏輯門陣列、光偶隔離芯片和功率驅(qū)動芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述功放板含有大功率三級管和光電隔離芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述2-10塊固態(tài)繼電器板由20～100組固態(tài)繼電器陣列組成，每一組包括兩個固態(tài)繼電器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度電子秤實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)通過串口與上位機電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述串口為232串口。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程邏輯門陣列芯片為EPLD7064型號、光偶隔離芯片為TLP521型號和功率驅(qū)動芯片為ULN2804型號。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述大功率三級管為BU826型號和光電隔離芯片為TIL117型號。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)繼電器為NFM25型號。
專利摘要本實用新型涉及自動稱料配料生產(chǎn)線控制電路系統(tǒng)。系統(tǒng)由上位機、下位機和高精度電子秤組成，是結(jié)合現(xiàn)代自動化控制技術(shù)將染料配料過程高度自動化的高精度自動配料染色控制設(shè)備。其下位機由多軸運動控制卡和電器控制柜組成；上位機通過PCI總線與下位機的多軸運動控制卡電連接，并與高精度電子秤通過串口構(gòu)成實時閉環(huán)反饋系統(tǒng)；上位機和高精度電子秤分別與交流穩(wěn)壓電源相連。系統(tǒng)運用了以機器學習、最優(yōu)化原理、自適應(yīng)控制理論和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的先進控制方法解決粉狀染色配料動態(tài)稱重精度以及自動化配料、送料等問題，克服長期以來國內(nèi)一直因無法提高自動稱重精度而沿用的人工稱量方法配料的弊端。
文檔編號G05B15/02GK2781434SQ200420004910
公開日2006年5月17日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者王云寬, 龔利, 宋英華, 梁家恩, 徐波, 陳隊范, 鹿慶福, 劉琳, 婁廷珍 申請人:中國科學院自動化研究所, 泰安康平納毛紡織集團有限公司