自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 B）辅料给料机的频率与给料量之间存在随机性？ 相同的给料机频率下，辅料的给定量之间存在着极大的随机性，造成控制量的波动； 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 B）辅料给料机的频率与给料量之间存在随机性？ 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 C）辅料给料机的重量检测不准？ 在不改变辅料皮带秤的重量前提下，采样值出现不同的数值，而且较为稳定。 主要原因：现场的接地问题造成传感器外壳带静电。 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 Figure 1—r2--辅料给定量（红色）,,y2--采样实际重量 1）给定值均超前实际值； 2）总体趋势相同； 3）实际值的波动范围明显大于给定值----什么原因 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 Figure 1—r2--辅料给定量（红色）,,y2--采样实际重量 1）料层有一定高度 2）给料机以一定的速度运行 3）在运行速度不变的前提下，物料的下料量是不同的，造成了控制的误判。 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 控制算法的改进思路：（三种思路） 采用变周期的方式，使周期的大小与落料的规律相匹配； 周期固定，采用变权重的方式，每一次采样值的作用不同，可以采用高斯核进行拟合，依然需要了解下料的规律； 改变输出频率的方式：假设计算出来的频率为10赫兹，则让程序将频率以10赫兹为中心进行拟合，变为8-12赫兹之间的变化。 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 Figure 1—r2--辅料给定量（红色）,,y2--采样实际重量 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 Figure 2—r2-y2----绝对误差 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 Figure3—f2----控制频率 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 D）配料系统控制效果分析 运动控制系统和过程控制系统 运动控制系统：以跟随控制和位置动作控制为主线，如机械手、加工中心等；即生产过程中工件或物料的性质不发生化学变化，这类系统的执行机构以电机为主，传感器以位置、速度传感器为主； 过程控制系统：以工艺参数为控制目标的系统，如化肥、制药等；参与反应的物料将改变化学性质或形态，这类系统以阀门、传送带、叶轮给料、定量泵、螺旋给料等执行机构为主，传感器以温度、压力、流量、成分传感器为主。 电气自动化系统的构成 运动控制系统以传动和定位为主要目标，beat365注册电动机是其主要执行机构，以速度、直线位移、旋转角度、接近开关等传感器组成检测部分，以伺服电动机、步进电机、异步电动机、气缸、液压缸为输出动力的执行部分，以电控柜、可编程序控制器、分布式控制系统、触摸屏、按钮、继电器、指示灯等装置和器件组成的控制部分。 过程控制系统以温度、压力、流量和成分为主要控制目标，阀门是过程控制系统的主要执行器件。以温度、压力、液位、流量、beat365注册成分等传感器组成检测部分，以电动阀门、气动阀门、电动执行器、电动机、气缸、液压缸为输出动力的执行部分，以电控柜、可编程序控制器、分布式控制系统、触摸屏、按钮、继电器、指示灯等装置和器件组成的控制部分。 电气自动化系统的构成 过程控制系统的基本控制结构 过程控制系统的评价主要从稳定性（Stability）、准确性（Accuracy）和快速性（Rapidity）三个方面来进行，并用控制学科的性能指标来描述。 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 F）如何计算控制的分辨率？（例如配料比例的设定） 采用16位无符号的二进制数来表达辅料的重量； 辅料给料机的频率： 16位无符号的二进制数 两者关系系数：采用16位无符号的二进制数 辅料重量的偏差： 16位无符号的二进制数 修正系数： 16位无符号的二进制数 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 G）如何实现辅料频率的输出？ 采用模拟量输出进行输出，模拟量模块的范围0-6000； 需要对频率的计算结果进行限幅处理。 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 H）如何实现该系统的操作？ 运行模式：手动运行和自动运行； 逻辑关系：混料皮带运行----电子皮带秤运行----给料机运行；给料机停止----电子皮带秤停止----混料皮带停止。 难点：手动给料机运行频率与自动运行频率的改变如何实现？ 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 K）如何实现该系统的可靠？ 当辅料缺料时如何处理？ 自动动态配料控制系统的设计 5）动态配料系统控制功能的总体方案 含义：将前面所做的需求分析综合成一个总体方案，主要考虑系统的功能、基本结构、连接关系。 自动动态配料控制系统的设计 5）动态配料系统控制功能的总体方案 自动动态配料控制系统的设计 5）动态配料系统控制功能的总体方案 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 统计控制对象：电机的数量（两台给料电机（需要变频器）、两台皮带秤电机、一台混合料皮带电机） 统计I/O点：五台电机的输出控制需要五个输出点；运行指示灯、手动自动灯、报警灯共三个输出；按钮信号的输入信号； 统计模拟量点：重量输入两路；速度输出两路。 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 6）动态配料系统控制系统的硬件设计 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 动态配料控制系统软件设计包括PLC程序与组态界面两个部分：PLC程序部分的作用是实现动态配料的基本功能，达到动态配料物料的精确配比；组态界面的作用是对系统运行状态进行实时的监控，为系统更好的运行提供可视化监控平台且系统的运行状态、参数设置等也可通过触摸屏组态界面实现。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 A）主料和辅料的流量检测： 主料和辅料的流量检测程序主要是对皮带秤称重传感器的数据进行处理，根据称重传感器变送器送入PLC控制器中的电压值计算出其所检测到的物料的瞬时流量值。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 B）辅料流量的PID 控制算法程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 C）重量采集程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 C）重量采集程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 C）重量采集程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 D）控制程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 D）控制程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 D）控制程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 E）输出程序。 自动动态配料控制系统的设计 7）动态配料系统控制系统的软件设计 F）逻辑程序。 自动动态配料控制系统的设计 8）动态配料系统控制系统上位机程序设计 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 A）电子皮带秤皮重的自动去皮处理 原因：由于电子皮带秤本身有重量，该重量与粉料无关----称为皮重；在运行过程中，由于粉料的堆积，电子皮带秤的皮重会发生变化，需要及时处理。 方案：定时进行去皮处理。即设定一个去皮时间，停止给料机的运行，电子皮带秤和混料皮带继续运行，运行一段时间后可以认为电子皮带秤上已经无粉料，此时的重量即为皮重。 自动动态配料控制系统的设计 9）动态配料系统控制系统实际现场问题的讨论 A）电子皮带秤皮重的自动去皮处理 工程案例分析 2016大学生科研训练计划项目介绍 自动化学院  2016年7月9日 林景栋  基本要求 1目标 完成指标：专利、论文、录像、研究报告 2任务分配 题目1：固体火箭发动机拧紧过程密封圈压缩量检测算法研究 黄建才：机理模型 蔡坤城：仿真研究 刘家鸣：数据驱动的零点检测 题目2：基于变周期技术的砖厂动态配料控制系统的设计 张东林：总体方案 张旭：下料特征和机理 朱法斌：控制算法 3研究要求 1）在2016年9月之前，完成文献综述和开题报告，主要针对研究的主要内容开展文献综述。 2）每个月与导师联系一次，讨论研究工作和汇报进展情况 3）2017年初完成中期考核；2017年6月份完成项目验收； 4）做好研究记录 5）2017年初完成专利的撰写，2017年5月前完成论文的撰写 联系电线元，可以报书费、复印费等，发票抬头重庆大学 自动动态配料控制系统的设计 自动动态配料控制系统的设计 配料的含义：生产过程中很多时候是将几种物料按一定的比重配合，然后通过相应的技术手段加工成产品，这种按设定的比例混合生产原料的过程就是配料过程。例如混凝土。 静态配料的含义：粉料的配送过程是断续的。 动态配料的含义：粉料的配送过程是连续的。 配料的基本要求：确保物料的重量之比满足要求。 自动动态配料控制系统的设计 静态配料：需要实现物料 的重量检测。 重量检测：采用称重传感器。 自动动态配料控制系统的设计 称重传感器： 自动动态配料控制系统的设计 称重传感器：是一种将物体质量转换成可测量电信号的装置，按转换方法的不同可以分为光电式、电容式、振动式、电阻应变式等，其中尤以电阻应变式称重传感器的使用最为广泛。 根据电阻应变片的工作原理，即将所受机械力转换为应变片的电阻变化，为了精确地测出这个微小的电阻变化，一般采用电桥测量法。 自动动态配料控制系统的设计 称重传感器：每个称重传感器都有一个mV/V的特性，它输出的mV信号与接收到的电压密切相关，SENS+和SENS-实际上是称重传感器内的一个高阻抗回路，可以将称重模块实际接收到的电压反馈给称重模块。 称重传感器的出线线两种，模块或称重变送器的接线线两种；一般的称重传感器都是六线制的，当接成四线制时，电源线（EXC-，EXC+）与反馈线（SEN-，SEN+）就分别短接了。SEN+和SEN-是补偿线路电阻用的。SEN+和EXC+是通路的，SEN-和EXC-是通路的。 由于不同生产厂家的传感器引线的颜色不同，所以不能以具体颜色来判断引线功能。 例如：红---电源+ 黑---电源- 绿---信号+ 白----信号- 自动动态配料控制系统的设计 称重变送器：也称重量变送器，是一种将物理量变换成电信号，将毫伏信号输出的传感器经隔离放大转换成标准直流信号的变送器。 称重处理 信号处理方法：Dlta－Sigma 转换速度：100次/秒 称重接口 传感器激励电压：10V DC，可驱动4支350欧电阻应变式传感器 (可选驱动8支350欧电阻应变式传感器) 输入信号范围：－30.5～30.5mV 自动动态配料控制系统的设计 称重传感器安装方式：一种是安装在料仓上，一种是安装在配料称上。 两种的区别：一种是减量称量法；一种是增量称量法； 优缺点：减量称量法可以不考虑空中的物料，但需要增大传感器的量程；增量称量法需要考虑空中的物料，所以需要分析提前量。 自动动态配料控制系统的设计 动态配料：动态配料控制系统可以按照预先设定的物料配比，控制各输入物料的瞬时流量，从而达到准确控制各种物料的配比比例。 自动动态配料控制系统的设计 电子皮带秤：电子皮带称的称重系统主要由皮带、秤架、称重传感器、速度传感器等部分组成。当物料跟随皮带运转，经过托辊压在称重传感器上时传感器输出与物料重量成正比的信号，把该信号折算成单位皮带长度上的物料重量G(千克/米)，同时装在电机的旋转编码器发送出与皮带转速相一致的脉冲电压信号，测量一定距离物料的重量理论上可用积分法或累加法计算。 自动动态配料控制系统的设计 电子皮带秤按带速分：单速皮带秤（B-1）、多速皮带秤（B-2）和变速皮带秤（B-3）。以上皮带秤若在使用中只用其中一种固定的设计带速，又称为恒速秤； 电子皮带秤按给料分：喂料皮带秤（C-1）和拖料皮带秤（C-2）。前者，料仓中的物料不与输送带直接接触，而是经由另外的给料装置（如振动给料机、圆盘给料机、星型给料机等）陆续喂送到输送带之上。后者，料仓中的物料直接压在输送带上，在输送带运行时将物料拖出。 自动动态配料控制系统的设计 1）了解动态配料系统的运行工艺 根据设定的配料比例，完成两种粉料的动态供料。 动态配料系统主要包括两条粉料给料机、两套皮带秤、一条混合料输送带； 自动动态配料控制系统的设计 1）了解动态配料系统的运行工艺 运行工艺描述：混合皮带启动运行-----两条电子皮带秤启动运行-----页岩箱式给料机运行-----煤箱式给料机运行。 隐含的运行工艺：两种物料之间满足某种配比要求。 自动动态配料控制系统的设计 1）了解动态配料系统的运行工艺 给料机：主要包括料斗和给料皮带；料斗一般为锥形，采用薄钢板或镀锌薄板经过冲压或焊接而成，料斗一般具有耐磨损性强、摩擦系数小的特点，用以防止料斗快速磨损、斗内聚集和附着物料；给料皮带的作用主要是对料斗内的物料进行输送，将物料输送至皮带秤上进行称量。 电子皮带秤：可以恒速运行也可以变速运行，本系统中采用恒速运行，实现物料流量的检测。 混合皮带：将两种物料从皮带秤称量后直接送入混料输送带，混料经过二次破碎后送入搅拌机进行搅拌。 自动动态配料控制系统的设计 2）确定动态配料系统的控制目标 工艺的含义：根据设定的配料比例，完成两种粉料的动态供料；如果一种粉料变化了，另一种粉料根据配料比例同步变化，确保配料比例不变。 物理上的含义： 由于皮带是连续运行的，因此配料比值理解为单位时间内粉料的供应量满足配料比例的要求----两种粉料的流量满足要求。 配料本质上是实现流量的控制。 自动动态配料控制系统的设计 2）确定动态配料系统的控制目标 物理上的含义：单位时间内粉料的供应量满足配料比例的要求----两种粉料的流量满足要求。 控制上：流量与粉料的重量、粉料的输送速度有关；因此需要控制电子皮带秤的运行速度与皮带秤上粉料的重量；而电子皮带秤上的粉料重量的多少与给料机的给料速度有关（假设料层的高度相同、密度相同）。从控制角度看，问题变为了给料机速度的控制与皮带秤的速度控制。 配料控制：需要控制电子皮带秤速度与粉料的重量。 自动动态配料控制系统的设计 2）确定动态配料系统的控制目标 分析：假设电子皮带秤的速度是固定的，则配料变为了给料机给料速度的控制，就是给料机电机的速度控制。 A）能够根据配料比例控制给料机的运行速度。 B）能够实现两种粉料的联锁控制。 到此，基本明确了动态配料控制的内容；控制目标是物料的流量-----过程控制系统。 自动动态配料控制系统的设计 3）确定动态配料系统的控制功能 A）能够检测电子皮带秤上粉料的流量； B）能够对粉料给料机的速度进行控制； C）能够实现两台给料机的联锁控制。 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 A）如何获取物料的实际瞬时流量？ 由于皮带秤是以恒定速度运行，因此可以根据重量进行流量的计算（假设皮带的宽度固定）。 采用称重传感器和变送器将重量信号转化为标准信号G； 动态的瞬时流量=G*皮带的速度/皮带的长度 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 B）给料量与给料机速度之间的关系？ 给料机给料量流量与驱动电机成正比，给料流量随电机运行频率的增大而增大，但如果物料堆积密度的变化较大，其给料机给料流量与驱动电机之间的关系是非线性的，该关系只能估计不直接测量。 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 C）两种粉料配料的基本模式？ 含义：以一种粉料为主导，另一种粉料跟随该粉料的变化而变化；即主从结构模式。 除了主从结构模式外，还有同步模式；即两种粉料各自独立，按照各自的重量实现配料。 目前的设计采用主从模式。 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 D）主从结构下两种粉料的重量给定值如何计算？ 主料重量给定值由人工给定；人工给定的方式采用变频器的频率实现，频率越大，粉料越多； 辅料重量给定值需要根据主料的流量和配料比例进行计算。 辅料流量给定值=主料流量实际值*配料比例 自动动态配料控制系统的设计 4）动态配料系统控制功能的需求分析 E）如何控制能够实现辅料的实际流量=辅料流量给定值？ 辅料流量变化的原因是辅料给料机变频器的频率变化，频率越大则辅料流量越大；所以辅料实际流量的控制转化为了辅料给料机频率的控制； 辅料给料机的主频率=辅料流量给定值/两者关系系数 辅料给料机频率的修正值=辅料流量的偏差*修正系数 辅料给料机的频率=辅料给料机的主频率+频率的修正值 工程案例分析

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