一种砖茶自动配料控制系统及方法与流程

本发明涉及砖茶生产自动化控制技术领域，特别是一种砖茶自动配料控制系统及方法。

背景技术：

砖茶生产过程中，需要对各种类型的茶叶进行称重、配料。现有的砖茶配料过程，主要由工人将茶叶抓取至普通电子秤上进行称重，再将称好的茶叶倒入模具中，此种方式下，工人为了得到较为精准的称重克数，往往需要反复地增加或者减少电子秤上的茶叶，这样便造成了配料时间过长、配料过程中反复抓取茶叶导致茶叶散落，造成不必要的浪费的问题，同时由于砖茶属于食品类产品，配料过程中人工的过多参与，使得茶叶受到二次污染的概率大大增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工人工作量小、配料效率高、自动化程度高、茶叶受二次污染概率小的砖茶自动配料控制系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种砖茶自动化配料控制系统，包括PLC控制器、控制台、感应器组、称茶模块组、模拟量输入模块组、模拟量输出模块组、振动送茶模块组、倒茶模块、模具运送模块和报警模块；

所述PLC控制器，内部存储有逻辑控制程序，用于对控制台传输的控制信号进行响应，采集感应器组的状态信息，对模拟量输入模块组输入的数字量信号进行处理和转换，输出数字量信号对振动送茶模块组进行控制，控制倒茶模块组的启停，控制模具运送模块将模具传送到指定位置，输出报警信息，以及对整个系统运行过程进行顺序控制、逻辑运算和数值计算；

所述控制台与PLC控制器相连，用于接收触摸屏传输的控制信号，对整个系统进行监控，并将监控信息通过触摸屏进行显示；

所述感应器组与PLC控制器相连，用于检测位置信息和状态信息，包括模具就位感应器组、倒茶电机感应器组和储茶箱感应器组；所述模具就位感应器组用于检测传送带是否将模具运送至指定的倒茶位置，所述倒茶电机感应器组用于检测倒茶入模具过程是否完成，所述储茶箱感应器组用于检测茶叶存量是否低于指定阈值；

所述称茶模块组与模拟量输入模块组相连，用于将重量信号转换为模拟量信号，并发送至模拟量输入模块组；

所述模拟量输入模块组分别与称茶模块组和PLC控制器相连，用于接收称茶模块组的模拟量信号，并将模拟量信号转换为数字量信号发送至PLC控制器；

所述模拟量输出模块组分别与PLC控制器和振动送茶模块组相连，用于将PLC控制器发出的数字量信号转换为模拟量信号，并输出至振动送茶模块组，控制振动送茶模块组的送料速度；

所述振动送茶模块组与模拟量输出模块组相连，用于将物料输送至倒茶模块组；

所述倒茶模块组与PLC控制器相连，用于将振动送茶模块组输送的茶叶倒入模具；

所述模具运送模块与PLC控制器相连，用于将模具传送到指定位置；

所述报警模块与PLC控制器相连，用于进行故障检测及报警。

进一步地，所述控制台，通过触摸屏进行控制信号输入和监控信息显示，通过以太网方式与PLC通信；触摸屏上存储有编写好的人机交互界面，界面上设置有功能按键和显示模块，其中功能按键包括启动、停止、急停、复位、称重目标值设置，实现对整个系统的控制；显示模块包括当前称重重量、茶叶存量低于指定阈值提示以及报警信息。

进一步地，所述报警模块，包括蜂鸣器和报警灯；当PLC控制器监测到报警信息时，蜂鸣器鸣响，报警灯闪烁，提醒工作人员进行处理。

进一步地，所述倒茶模块，由减速电机构成，当称茶模块所称茶叶重量达到目标值时，减速电机启动，进行倒茶操作；

进一步地，所述模具运送模块，由传送带和伺服电机构成，通过对伺服电机的启停控制，将模具运送至指定倒茶位置。

进一步地，所述PLC控制器内部存储的逻辑控制程序，包括主程序块、复位初始化程序块、称重程序块、负反馈控制程序块、倒茶程序块、模具运送程序块和故障检测程序块；

所述主程序块，通过调用各子程序块实现对整个过程的顺序控制；

所述复位初始化程序块，实现对系统中各个控制对象的复位以及参数初始化操作，包括模具运送模块伺服电机回原点、称茶模块去皮、称重目标值赋值、倒茶模块减速电机回原点操作；

所述称重程序块，包括模数转换程序块、数模转换程序块和比例换算程序块；所述模数转换程序块实现将电信号转换为数字信号的过程；数模转换程序块实现将数字信号转换为电信号的过程；比例换算程序块将模数转换后的数字量按计算好的比例换算成相应重量，再将换算好的重量减去去皮重量，最终得到实际称重的重量，并发送至触摸屏；

所述负反馈控制程序块，将实际称重重量反馈到输入端，与目标值给定的重量进行比较，当实际称重重量为零时，程序块控制模拟量输出模块输出5V电压至振动模块控制端口，使振动模块振动频率达到最高，送料速度最快；当实际称重重量和目标值给定的重量相等时，程序块控制模拟量输出模块输出0V电压至振动模块控制端口，使振动模块停止振动送料；当实际称重重量在0至目标给定重量之间时，模拟量输出模块输出的电压和实际称重重量呈线性关系，即振动模块的振动送料速度随着实际称重重量的增加而减小，最终使实际称重重量精准地达到目标给定值；

所述模具运送程序块，通过改变PLC控制器脉冲输出端口输出的脉冲频率来控制伺服电机的转速，通过改变PLC控制器脉冲输出端口输出的脉冲个数来控制伺服电机的旋转圈数，从而控制传送带输送距离；通过改变PLC控制器输出端口的高低电平来控制伺服电机正转和反转；

所述倒茶程序块，通过控制固态继电器的导通和断开来控制倒茶模块减速电机的启动和停止；

所述故障检测程序块，实现对系统运行时候的故障报警和急停操作，当检测到称重超量程、电机运行超过安全运行位置故障时，程序控制报警灯闪烁，蜂鸣器鸣响，将故障报警信息发送至触摸屏，并紧急停止整个操作过程，直至故障排除。

一种砖茶自动化配料控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统上电，读取控制台发出的启动信号后，进行设备的复位以及初始化操作；

步骤2、检测茶叶余量是否低于指定阈值，若低于阈值则储茶箱进行下料操作，直至高于阈值；

步骤3、读取称茶模块1、称茶模块2和称茶模块3的重量信息，通过模数转换、负反馈控制、数模转换过程控制振动模块1、振动模块2和振动模块3振动送茶，对茶叶进行动态称重，使得茶叶重量满足设定的目标值；

步骤4、模具运送模块将模具运送到指定倒茶处；

步骤5、倒茶模块启动，将称好的茶叶倒入模具；

步骤6、模具运送模块将模具运送到下一指定倒茶处，进行另一种茶叶的配料；

步骤7、砖茶所需的所有茶叶配料过程均完成后，模具运送模块将模具运送到下一制茶工作区。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过设置PLC控制器、控制台、感应器组、称茶模块组、模拟量输入模块组、模拟量输出模块组、振动送茶模块组、倒茶模块、模具运送模块和报警模块，实现了砖茶配料自动化控制，提高了配料重量精确性，减少了工人工作量，提高了配料效率；(2)通过检测茶叶余量阈值对储茶箱进行下料操作，控制振动模块组振动送茶，提高了自动化程度，减小了茶叶受二次污染概率。

附图说明

图1是本发明砖茶自动化配料控制系统的结构示意图。

图2是本发明中的程序结构示意图。

图3是本发明中各模块的工作流程图。

图4是本发明砖茶自动化配料控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种砖茶自动化配料控制系统，包括PLC控制器、控制台、感应器组、称茶模块组、模拟量输入模块组、模拟量输出模块组、振动送茶模块组、倒茶模块、模具运送模块和报警模块；

所述PLC控制器，内部存储有逻辑控制程序，用于对控制台传输的控制信号进行响应，采集感应器组的状态信息，对模拟量输入模块组输入的数字量信号进行处理和转换，输出数字量信号对振动送茶模块组进行控制，控制倒茶模块组的启停，控制模具运送模块将模具传送到指定位置，输出报警信息，以及对整个系统运行过程进行顺序控制、逻辑运算和数值计算；

所述控制台与PLC控制器相连，用于接收触摸屏传输的控制信号，对整个系统进行监控，并将监控信息通过触摸屏进行显示；

所述感应器组与PLC控制器相连，用于检测位置信息和状态信息，包括模具就位感应器组、倒茶电机感应器组和储茶箱感应器组；所述模具就位感应器组用于检测传送带是否将模具运送至指定的倒茶位置，所述倒茶电机感应器组用于检测倒茶入模具过程是否完成，所述储茶箱感应器组用于检测茶叶存量是否低于指定阈值；

所述称茶模块组与模拟量输入模块组相连，用于将重量信号转换为模拟量信号，并发送至模拟量输入模块组；

所述模拟量输入模块组分别与称茶模块组和PLC控制器相连，用于接收称茶模块组的模拟量信号，并将模拟量信号转换为数字量信号发送至PLC控制器；

所述模拟量输出模块组分别与PLC控制器和振动送茶模块组相连，用于将PLC控制器发出的数字量信号转换为模拟量信号，并输出至振动送茶模块组，控制振动送茶模块组的送料速度；

所述振动送茶模块组与模拟量输出模块组相连，用于将物料输送至倒茶模块组；

所述倒茶模块组与PLC控制器相连，用于将振动送茶模块组输送的茶叶倒入模具；

所述模具运送模块与PLC控制器相连，用于将模具传送到指定位置；

所述报警模块与PLC控制器相连，用于进行故障检测及报警。

作为一种具体示例，所述控制台，通过触摸屏进行控制信号输入和监控信息显示，通过以太网方式与PLC通信；触摸屏上存储有编写好的人机交互界面，界面上设置有功能按键和显示模块，其中功能按键包括启动、停止、急停、复位、称重目标值设置，实现对整个系统的控制；显示模块包括当前称重重量、茶叶存量低于指定阈值提示以及报警信息。

作为一种具体示例，所述报警模块，包括蜂鸣器和报警灯；当PLC控制器监测到报警信息时，蜂鸣器鸣响，报警灯闪烁，提醒工作人员进行处理。

作为一种具体示例，所述倒茶模块，由减速电机构成，当称茶模块所称茶叶重量达到目标值时，减速电机启动，进行倒茶操作；

作为一种具体示例，所述模具运送模块，由传送带和伺服电机构成，通过对伺服电机的启停控制，将模具运送至指定倒茶位置。

如图2所示，所述PLC控制器内部存储的逻辑控制程序，包括主程序块、复位初始化程序块、称重程序块、负反馈控制程序块、倒茶程序块、模具运送程序块和故障检测程序块；

所述主程序块，通过调用各子程序块实现对整个过程的顺序控制；

所述复位初始化程序块，实现对系统中各个控制对象的复位以及参数初始化操作，包括模具运送模块伺服电机回原点、称茶模块去皮、称重目标值赋值、倒茶模块减速电机回原点操作；

所述称重程序块，包括模数转换程序块、数模转换程序块和比例换算程序块；所述模数转换程序块实现将电信号转换为数字信号的过程；数模转换程序块实现将数字信号转换为电信号的过程；比例换算程序块将模数转换后的数字量按计算好的比例换算成相应重量，再将换算好的重量减去去皮重量，最终得到实际称重的重量，并发送至触摸屏；

所述负反馈控制程序块，将实际称重重量反馈到输入端，与目标值给定的重量进行比较，当实际称重重量为零时，程序块控制模拟量输出模块输出5V电压至振动模块控制端口，使振动模块振动频率达到最高，送料速度最快；当实际称重重量和目标值给定的重量相等时，程序块控制模拟量输出模块输出0V电压至振动模块控制端口，使振动模块停止振动送料；当实际称重重量在0至目标给定重量之间时，模拟量输出模块输出的电压和实际称重重量呈线性关系，即振动模块的振动送料速度随着实际称重重量的增加而减小，最终使实际称重重量精准地达到目标给定值；

所述模具运送程序块，通过改变PLC控制器脉冲输出端口输出的脉冲频率来控制伺服电机的转速，通过改变PLC控制器脉冲输出端口输出的脉冲个数来控制伺服电机的旋转圈数，从而控制传送带输送距离；通过改变PLC控制器输出端口的高低电平来控制伺服电机正转和反转；

所述倒茶程序块，通过控制固态继电器的导通和断开来控制倒茶模块减速电机的启动和停止；

所述故障检测程序块，实现对系统运行时候的故障报警和急停操作，当检测到称重超量程、电机运行超过安全运行位置故障时，程序控制报警灯闪烁，蜂鸣器鸣响，将故障报警信息发送至触摸屏，并紧急停止整个操作过程，直至故障排除。

如图3所示，开机后储茶箱感应器1、储茶箱感应器2以及储茶箱感应器3分别检测称茶机1、称茶机2以及称茶机3中的茶叶余量是否高于指定阈值，若低于阈值则向其中下料；称茶机1、称茶机2以及称茶机3同时启动称重过程，称重完毕后等待模具就位信号；传送带首先将模具运送至模具就位感应器1的位置，即称茶机1的倒茶处，称茶机1开始倒茶入模具过，当倒茶电机感应器1感应到倒茶过程完毕后，模具运送模块将模具运送至称茶机2的倒茶处，即模具就位感应器2的位置，称茶机2开始倒茶入模具过，当倒茶电机感应器2感应到倒茶过程完毕后，模具运送模块将模具运送至称茶机3的倒茶处，即模具就位感应器3的位置，称茶机3开始倒茶入模具过，当倒茶电机感应器3感应到倒茶过程完毕后，完成一次配料过程，模具运送模块将模具运送至下一工区。

如图4所示，一种砖茶自动化配料控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统上电，读取控制台发出的启动信号后，进行设备的复位以及初始化操作；

步骤2、检测茶叶余量是否低于指定阈值，若低于阈值则储茶箱进行下料操作，直至高于阈值；

步骤3、读取称茶模块1、称茶模块2和称茶模块3的重量信息，通过模数转换、负反馈控制、数模转换过程控制振动模块1、振动模块2和振动模块3振动送茶，对茶叶进行动态称重，使得茶叶重量满足设定的目标值；

步骤4、模具运送模块将模具运送到指定倒茶处；

步骤5、倒茶模块启动，将称好的茶叶倒入模具；

步骤6、模具运送模块将模具运送到下一指定倒茶处，进行另一种茶叶的配料；

步骤7、砖茶所需的所有茶叶配料过程均完成后，模具运送模块将模具运送到下一制茶工作区。

综上所述，本发明实现了砖茶配料自动化控制，提高了配料重量精确性，减少了工人工作量，提高了配料效率。同时，提高了自动化程度，减小了茶叶受二次污染概率。