专利名称：自动称料配料生产线控制电路系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动度量技术领域，特别是在纺织染整行业粉末状固体染料的高精度自动配料称量控制系统。
背景技术：
国内纺织染整行业由于无法克服控制自动称料精度问题而长期使用人工称量方法进行配料，配料精度低很难保证产品质量。实现配料自动化一直为国内外各大公司投入大量精力、物力研究形成了大量产品，如粮食称重包装生产线、石化称重配料生产线等，而以上都是针对配比相对恒定或相近并且称量相对不很微小的情况下进行的，对于印染行业染色织物染色料需要二十到一百种，而且各种配比不一经常出现某种织物的配方中只需几克或者十几克料且要求称重精度不能低于1％的情况就无能为力了。
发明内容
本发明的目的是克服这种涉及纺织染整行业配比不稳定又相差悬殊且有超低值出现的现象，提供一种系统，为粉末状、比重轻的染色染料，实现智能化、高精度、大范围动态称重自动配料。
为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种自动称料配料生产线控制电路系统，应用于纺织染整行业，由上位机、下位机、高精度电子秤组成，其特征在于，下位机由多轴运动控制卡和电器控制柜组成；上位机通过PCI总线与下位机的多轴运动控制卡电连接，并与高精度电子秤通过串口构成实时闭环反馈系统；上位机和高精度电子秤分别与交流稳压电源相连，由交流稳压电源提供交流电。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述上位机是一台工业用PC机，其预装有系统控制程序，本控制电路系统所采用的控制软件“高精度自动下料系统应用软件Dyestaff”由本课题小组成员用VisualC++语言编制，运行稳定可靠；已申请软件著作权登记。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述多轴运动控制卡由TMS320LF206DSP、PCI总线构成，DSP同时控制空间上相互独立的多个方向的运动并通过PCI总线与上位机进行通讯。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述电器控制柜由2-10块转换板、2-10块功放板、2-10块固态继电器板、两组输出开关电源和若干端子排组成；其中，多轴运动控制卡通过电缆与插座连接，插座分别与转换板、限位装置和交流伺服电机电连接；转换板又分别与功放板、固态继电器板、电子秤气阀、下料口开闭阀和给料电机驱动器电连接，并分别通过两个开关电源和交流稳压电源相连，且从两开关电源得到直流电力供应；功放板与一开关电源、电磁阀电连接，且从该开关电源得到直流电力供应；固态继电器板与另一开关电源、给料电机驱动器电连接，且从另一开关电源得到直流电力供应；给料电机驱动器与给料电机相连。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述转换板含有可编程逻辑门阵列EPLD7064芯片3-15片。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述功放板含有20-100个大功率三级管BU826和光电隔离器TIL117。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述固态继电器板由20-100组固态继电器阵列组成，每一组包括两个固态继电器NFM25。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述高精度电子秤实时闭环反馈系统把实时采集的秤信号通过串口反馈到上位机来控制下料的速度和精度。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其下位机输出交流伺服控制信号和限位信号来控制装料小车的运动状态，输出给料驱动控制信号控制给料电机下料，输出秤控制信号控制高精度电子秤的称重，输出阀控制信号控制20-100组电磁阀，输出给料驱动电源信号控制20-100组步进电机电源。输出下料口开闭信号控制20-100组下料口的开闭。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其在系统工作时，下位机输出的给料驱动电源信号，经给料电机驱动器在不同给料电机之间进行分配切换，这样既节约了能源与设备，又有效地避免了给料电机间同时使能所产生相互电磁干扰。
所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其所述串口为232串口。
本发明通过EPLD7604实时动态分配20-100路给料电机信号实现了控制20-100路给料电机驱动，这种实时动态分配使能脉冲控制方法，达到了既节约能源与设备，又避免了给料电机间同时使能产生相互电磁干扰的双重功效。
本发明具有称量大范围(0.1g-32kg)、高精度(0.01-0.1g)和智能化(根据染料品种比重、粒度不同匹配相应的模型参数)的特点。控制电路部分设计思路新颖、工作稳定具有很强的抗干扰能力，完全适用于复杂的工业应用环境。
图1为本发明自动称料配料控制电路系统总体框图；图2为本发明电器控制柜转换板电路原理图(部分一)；图3为本发明电器控制柜转换板电路原理图(部分二)；图4为本发明电器控制柜功放板电路原理图(部分一)；图5为本发明电器控制柜功放板电路原理图(部分二)。
具体实施例方式本发明为一种能够实现高精度、大范围自动配料称重的控制系统，针对多种染料的染料比重、粒度、流量和落差大小的不同，建立配比动态模型。在解决动态称重精度基础上应用网络实时多任务控制技术组成20-100种料动态称重，自动配料生产线。运用自适应控制算法，根据各种染料的比重、粒度等建立相应的最后落差控制时间，根据高精度秤的实时闭环反馈，最终实现精确称重。每种染料称重范围在0.1g-32kg之间，最小分辨度在0.01-0.1g之间，称重精度≤1％。系统配有小样调试系统和生产系统两部分，两者可以独立完成操作。可以实现染色、配料全过程自动化管理。采用计算机网络技术，通过网络实现小样系统、生产系统和数据库系统的数据共享，同时，对高精度配色过程进行实时监控。
参照图1，为本发明的总体框图，本控制电路系统结构是由上位机1、下位机2、高精度电子秤3实时闭环反馈系统构成。其中，上位机1主要是一台工业用PC机，通过PCI总线与下位机2的多轴运动控制卡201电连接，进行通讯，并与高精度电子秤3通过232串口101构成实时闭环反馈系统。上位机1和高精度电子秤3分别与交流稳压电源4相连，由交流稳压电源4提供220V交流电。
下位机2包括多轴运动控制卡201和电器控制柜202。多轴运动控制卡201由PCI总线、TMS320LF206DSP等构成；可以同时控制空间上相互独立的多个方向上的运动过程，在本控制电路系统中用来控制给料电机10给料和驱动装料小车的伺服电机6运转。电器控制柜202主要是由2-10块转换板2021、2-10块功放板2022、2-10块固态继电器板2023、两组分别输出DC+24V与DC+5V的开关电源2024、2025和若干端子排所组成，其中，多轴运动控制卡201通过电缆11与插座2026连接，插座2026分别与转换板2021、限位装置5和交流伺服电机6电连接。转换板2021又分别与功放板2022、固态继电器板2023、电子秤气阀8、下料口开闭阀12和给料电机驱动器9电连接，并分别通过开关电源2024、2025和交流稳压电源4相连，且从开关电源2024得到直流24V，从开关电源2025得到直流5V的电力供应。功放板2022与开关电源2024、电磁阀7电连接，且从开关电源2024得到直流24V的电力供应。固态继电器板2023与开关电源2025、给料电机驱动器9电连接，且从开关电源2025得到直流5V的电力供应。给料电机驱动器9与给料电机10相连。
转换板2021主要由可编程逻辑门阵列EPLD7064构建，功放板2022由大功率三级管BU826和光偶隔离器TIL117所组成。下位机2输出以下的控制信号装料小车运行限位信号、伺服控制信号、给料驱动控制信号、下料口开闭信号、给料驱动电源信号、电磁阀控制信号和秤控制信号。
本系统工作过程简述如下上位机1的232串行口101与高精度电子秤3相连构成实时闭环反馈系统，一台交流稳压器4为上位机1、高精度电子秤3和电器控制柜202提供AC220V稳压电源。上位机1通过PCI扩展槽102与下位机2中的多轴运动控制卡201相连接。多轴运动控制卡201的输入为一个急停控制信号，用于在出现意外情况时迅速切断伺服电机6和给料电机10的电源；多轴运动控制卡201输出信号通过一根37芯电缆11传输到电器控制柜202，其中的限位信号和伺服控制信号直接用一根12芯电缆12和一根10芯电缆13从电器柜端子排分别输出到装料小车运行轨道的限位装置5和驱动小车的伺服电机6；而秤控制信号和给料驱动控制信号通过2-10块转换板2021转换后由一根12芯电缆14输出到高精度电子秤装置的电子秤气阀8和给料电机驱动器9；下料口开闭信号通过2-10块转换板2021转换后通过20-100根4芯电缆15输出到20-100路下料口开闭阀12；电磁阀控制信号通过2-10块转换板2021转换分配为20-100路信号后再由2-10块功放板2022进行功率放大，通过20-100根4芯电缆15输出到20-100路下料子系统的电磁阀7；给料驱动电源信号通过2-10块转换板2021转换分配为20-100路信号经2-10块固态继电器板2023放大，通过20-100根7芯电缆16输出到20-100路给料电机驱动器9。
参照图2和图3，为转换板2021电路原理图。由多轴运动控制卡201过来的给料驱动控制、秤控制和阀控制等信号X01-X17等输入4-20片TLP521光偶隔离芯片后，输出地址信号A1-A8、电磁阀信号OSCK、给料驱动电源信号STEP、给料驱动控制信号CHANGE、下料口开闭信号OPEN、秤控制信号LEVEL和四个备用信号B1-B4。给料驱动控制信号CHANGE和秤控制信号LEVEL通过功率驱动芯片ULN2804放大后分别输出到给料电机驱动器9和高精度电子秤装置的电子秤气阀8，地址信号A1-A8输入到可编程逻辑门阵列EPLD7064芯片U1-U15；电磁阀信号OSCK输入到EPLD7064芯片U1-U5；给料驱动电源信号STEP输入到EPLD7064芯片U6-U10；下料口开闭信号OPEN输入到EPLD7064芯片U11-U15。这样，通过可编程逻辑门阵列对信号的转换分配，EPLD7064芯片U1-U15分别输出多达20-100路的电磁阀信号OSC0-OSC99、给料驱动电源信号STEP0-STEP19和下料口开闭信号OPEN0-OPEN99。上述信号经过10-30块功率驱动芯片ULN2803放大后，其中给料驱动电源信号STEP0-STEP99输出到固态继电器板2023，电磁阀控制信号OSC0-OSC99输出到功放板2022，下料口开闭信号OPEN0-OPEN99输出到图3中的下料口开闭阀线圈阵列OPEN/A-OPEN/S来控制20-100路下料口的开闭。图3中的二极管阵列是用于下料口开闭阀线圈阵列断电时续流用的。图中各个元器件的连接关系均用网络标记给出，这里就不再赘述了。
参照图4和图5，为功放板2022电路原理图，由20-100个独立的驱动单元所组成，每一个驱动单元由一片TIL117光偶隔离芯片和一只大功率三级管BU826所构成。从转换板2021功率驱动芯片ULN2804过来的电磁阀信号OSC0-OSC99经驱动单元放大后控制多达20-100路的电磁阀7。以第一个驱动单元为例说明如下来自功率驱动芯片ULN2804的电磁阀控制信号OSC0输入到光偶隔离芯片TIL117的2管脚，当OSC0信号为低电平时，1、2管脚有电流流过，通过光耦合作用5、4管脚也有电流流过，则大功率三级管BU826导通，其发射极电流流过电磁阀7线圈。
反之，当OSC0信号为高电平时，大功率三级管BU826截止，电磁阀7线圈没有电流流过。其中二极管Z11是感性负载续流用的。大功率三级管BU826的集电极电压DC1由图4中的整流桥电路将AC220V转成DC+24V得到。其余驱动单元的工作原理类同。图中的各个元器件的连接关系均用网络标记给出，这里就不再赘述了。
权利要求
1.一种自动称料配料生产线控制电路系统，应用于纺织染整行业，由上位机、下位机、高精度电子秤组成，其特征在于，下位机由多轴运动控制卡和电器控制柜组成；上位机通过PCI总线与下位机的多轴运动控制卡电连接，并与高精度电子秤通过串口构成实时闭环反馈系统；上位机和高精度电子秤分别与交流稳压电源相连，由交流稳压电源提供交流电。
2.根据权利要求1所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述上位机是一台工业用PC机，其预装有系统控制程序。
3.根据权利要求1所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述多轴运动控制卡由TMS320LF206DSP、PCI总线构成，DSP同时控制空间上相互独立的多个方向的运动并通过PCI总线与上位机进行通讯。
4.根据权利要求1所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述电器控制柜由2-10块转换板、2-10块功放板、2-10块固态继电器板、两组输出开关电源和若干端子排组成；其中，多轴运动控制卡通过电缆与插座连接，插座分别与转换板、限位装置和交流伺服电机电连接；转换板又分别与功放板、固态继电器板、电子秤气阀、下料口开闭阀和给料电机驱动器电连接，并分别通过两个开关电源和交流稳压电源相连，且从两开关电源得到直流电力供应；功放板与一开关电源、电磁阀电连接，且从该开关电源得到直流电力供应；固态继电器板与另一开关电源、给料电机驱动器电连接，且从另一开关电源得到直流电力供应；给料电机驱动器与给料电机相连。
5.根据权利要求4所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述转换板含有可编程逻辑门阵列、光偶隔离芯片和功率驱动芯片。
6.根据权利要求4所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述功放板含有大功率三级管和光电隔离芯片。
7.根据权利要求4所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述2-10块固态继电器板由20～100组固态继电器阵列组成，每一组包括两个固态继电器。
8.根据权利要求1所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述高精度电子秤实时闭环反馈系统把实时采集的秤信号通过串口反馈到上位机来控制下料的速度和精度。
9.根据权利要求1所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，下位机输出交流伺服控制信号和限位信号来控制装料小车的运动状态，输出给料驱动控制信号控制给料电机下料，输出秤控制信号控制高精度电子秤的称重，输出阀控制信号控制20～100组电磁阀，输出给料驱动电源信号控制20～100组给料电机电源。输出下料口开闭信号控制20-100组下料口的开闭。
10.根据权利要求9所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，在系统工作时，下位机输出的给料驱动电源信号，经给料电机驱动器在不同给料电机之间进行分配切换，这样既节约了能源与设备，又有效地避免了给料电机间同时使能所产生相互电磁干扰。
11.根据权利要求1或8所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述串口为232串口。
12.根据权利要求5所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述可编程逻辑门阵列芯片为EPLD7064型号、光偶隔离芯片为TLP521型号和功率驱动芯片为ULN2804型号。
13.根据权利要求6所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述大功率三级管为BU826型号和光电隔离芯片为TIL117型号。
14.根据权利要求7所述的自动称料配料生产线控制电路系统，其特征在于，所述固态继电器为NFM25型号。
全文摘要
本发明涉及自动度量技术领域，是在纺织染整行业粉末状固体染料的自动配料称量控制系统。系统由上位机、下位机和高精度电子秤组成，是结合现代自动化控制技术将染料配料过程高度自动化的高精度自动配料染色控制设备。其下位机由多轴运动控制卡和电器控制柜组成；上位机通过PCI总线与下位机的多轴运动控制卡电连接，并与高精度电子秤通过串口构成实时闭环反馈系统；上位机和高精度电子秤分别与交流稳压电源相连。系统运用了以机器学习、最优化原理、自适应控制理论和计算机网络技术为基础的先进控制方法解决粉状染色配料动态称重精度以及自动化配料、送料等问题，克服长期以来国内一直因无法提高自动称重精度而沿用的人工称量方法配料的弊端。
文档编号G05B15/02GK1664734SQ200410007870
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月3日 优先权日2004年3月3日
发明者王云宽, 龚利, 宋英华, 梁家恩, 徐波, 陈队范, 鹿庆福, 刘琳, 娄廷珍 申请人:中国科学院自动化研究所, 泰安康平纳毛纺织有限公司