CN101833293A

CN101833293A - 一种微量液体添加的精密控制方法及装置

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Publication number: CN101833293A
Application number: CN201010190528A
Authority: CN
Inventors: 刘一清; 丁鑫蕾; 王淑仙; 余奔
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: CN101833293B

Abstract

本发明公开了一种微量液体添加的精密控制方法及装置，装置包括：一ARM9处理器；一彩色LCD显示及触摸屏；一以太网接口电路；一高精度调速电路；一速度监测电路；一流量检测电路；一液位监测电路；一报警电路；一SD卡接口电路；一USB接口电路；一PWMDAC电路；一SDRAM存储器电路；一程序存储电路flash；一电机控制接口电路；各电路间互联并由软件编程来实现微量液体添加的精密控制。本发明用速度跟踪技术来及时改变所需液体流量实现了对生产过程中微量液体添加的准确控制，其控制精度达到1％，并且具备异常情况本地自动报警和远程自动报警功能。本发明控制参数输入方便，能很好的与现有生产设备有机整合，大大提高了生产效率，节约了生产成本。

Description

一种微量液体添加的精密控制方法及装置

技术领域

本发明涉及工业自动化设备技术领域，特别是一种精密添加液体的控制方法及装置。

背景技术

在一些加工企业，液体微量添加是一个重要环节，例如：在卷烟厂过滤嘴以及烟丝制备的过程中，要根据需要加入不同流量的香精等液体原料；液体的流量要根据生产线的生产速度来做自动精确调整。生产过程中在生产线主机设备速度上升阶段因为传统液体控制单元设备液体流量不能随速度上升调整的，造成在生产线主机上升阶段质量不符合要求。在生产的不同工位，不同阶段，流量要求也不同，因此微量液体的添加和精确控制是工业生产中的一个难点；

发明内容

本发明的目的是针对液体原料难于精确控制的问题而提供的一种精密添加液体的控制方法及装置，该装置不仅解决生产过程中液体精确添加问题，也节约了液体原材料，达到少出废品甚至不出废品的目的，进而提高生产效率。

本发明的目的是这样实现的：

一种微量液体添加的精密控制装置，该装置包括：

一ARM9处理器，用于装置核心控制与计算；

一彩色LCD显示及触摸屏，用于装置菜单显示及控制曲线显示；并用作触摸开关，用于装置人机对话及信息输入；

一以太网接口电路，用于装置连接到局域网及远程升级与维护；

一精密电机，用于装置中液体的流动提供动力；

一速度监测电路，用于装置调速电机速度检测；

一流量检测电路，用于装置液体流量监测及异常情况监测；

一液位监测电路，用于装置液位异常情况监测；

一报警电路，用于装置开机自检、液体流量异常及缺液异常情况声音报警；

一SD卡接口电路，用于装置关键参数存储及生产过程参数记录；

一USB接口电路，用于装置调试及软件更新；

一PWMDAC电路，用于装置电机控制；

一SDRAM存储器电路，用于装置动态数据存储；

一程序存储电路flash，用于装置程序存储；

一电机控制接口电路，用于装置与电机控制接口与保护；

所述装置以ARM9处理器为核心，ARM9与彩色LCD显示屏、触摸屏、PWM电路、电机控制接口电路、USB接口电路、SD卡接口电路、以太网接口电路、速度监测电路、流量检测电路、液位监测电路及报警电路之间互联并由软件编程来实现微量液体添加的精密控制；

一种微量液体添加的精密控制方法，该方法包括：

a)、链接权利要求1所述控制装置于产品生产线，安装并调试流量检测器、液位检测器、报警器，然后上电；

b)、ARM9处理器执行初始化程序，对彩色LCD显示屏、触摸开关、PWM电路、电机控制接口电路、USB接口电路、SD卡接口电路、以太网接口电路、速度监测电路、流量检测电路、液位监测电路及报警电路置原始值；对控制装置自检，并通过以太网向生产线控制中心发送正常信号及本机正常声音提示；

c)、通过装置触摸屏，设置液体控制参数，由接口电路从SD卡中装载预存的参数曲线，实时输入或者通过以太网由生产线控制中心输入；

d)、ARM9处理器根据输入参数产生特殊的PWM信号，此PWM信号经PWMDAC电路转化为高精度的电机转速控制信号；ARM9启动芯片内自带的ADC对此控制信号进行反馈采样，提高精度；

e)、ARM9处理器检测来自速度检测器的电机速度反馈信号，与预置控制曲线比较，并调整PWM频率和占空比，使液体流量符合控制精度要求；

f)、ARM9处理器检测来自流量检测器的流量信号，正常继续工作，如果发现异常，装置本地报警和通过以太网向生产线控制中心报警，并切断电机电源；

g)、ARM9处理器检测来自液位检测器的流量信号，正常继续工作，如果发现异常，控制装置报警和通过以太网向生产线控制中心报警，并切断电机电源。

本发明用速度跟踪技术来及时改变所需液体流量，实现了对生产过程中微量液体添加的精密控制，为解决根据需求加入不同流量的液体原料的精确控制问题提供了一种有效方法及装置，其控制精度达到：

3毫升/分钟-100毫升/分钟。流量完全平稳无脉动，优于1％；

或者50毫升/分钟-500毫升/分钟。流量完全平稳无脉动，优于1％；

或者300毫升/分钟-3升/分钟。流量完全平稳无脉动，优于1％。

并且具备异常情况本地自动报警和远程自动报警功能；控制参数输入方便；能很好的与现有生产设备有机整合；大大提高了生产效率，节约了生产成本。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图

图2为本发明工作流程图

图3为本发明工作状态图

具体实施方式

实施例

以卷烟生产过程中加香为例，对本发明进一步详细描述：

卷烟制造工艺流程：由制丝(原料加工)、卷接(卷制成型)、包装(包装成品)三个主要过程组成；其中加香是卷烟制丝技术的主要工艺之一，香***料施用均匀、节约原料是关键；本装置可用于卷烟制丝过程中的这种香***料添加控制；

参阅图1，本发明控制装置在进行具体工作时，直接连接到卷烟制丝生产流水线和生产流水线控制中心服务器；构成一控制***。具体做法是：

图1中的电机作为液体香精流速控制泵，香精通过其入口，经泵的压力而喷洒于烟丝之上，液位传感器置于盛放液体香精容器中，并连接到图1中的液位监测电路；流量传感器置于泵的出口和香精喷洒器之间，连接到图1中的流量检测电路；装置的以太网接口连接到生产流水线控制中心服务器。

控制装置包括以下部件：ARM9微处理器(32位MCU)、高精度调速电机、彩色LCD显示屏、矩阵触摸开关、速度检测器、流量检测器、液位检测器及PWMDAC电路等；调速电机的转动为待控液体(香精)的流动提供动力，速度检测器和流量检测器为待控液体(香精)提供精确的流量控制，液位报警为安全生产提供了保障；

ARM9微控制器实际选用了三星SC2440处理器，在***中是核心，也用作外界与控制装置的桥梁，接受外界PC机透过以太网接口发送来的工作参数和命令、USB接口装置内软件调试；

彩色LCD显示屏，使用了800x480分辨率的7英寸TFT器件，用于装置菜单显示及控制参数曲线显示，使装置更直观和易用，同时也用作其他信息显示；

矩阵触摸开关放置于彩色LCD显示屏之上，用于装置人机对话及信息输入；

PWMDAC电路，用于装置电机控制，其信号上的噪声和干扰对流量的精确控制很重要；

速度监测器的精度、流量检测器的精度以及液位监测器的灵敏度对装置的工作和安全都很重要。

参阅图2，为本发明的工作流程图；生产线上电后，控制器***加电，ARM9处理器首先执行初始化程序，包括LCD显示器显示格式参数设置、以太网接口参数设置、USB接口参数设置、SD卡接口参数设置、报警器参数设置、电机启动参数设置、流量初始参数设置、液位初始参数设置；接着进行***各部件自检，包括LCD显示器自检、以太网接口功能自检、SDRAM检查、SD卡读写功能自检、USB接口功能自检、流量检查(应为0流量)、电机速度检查(应为0)、报警器开机提示音，如果发现某一个部件或多个部件异常，则等待人工干预(检查各部件连接)并再次执行自检程序，异常状态仍没有解除则通过以太网向控制中心报警；如果异常状态消失则进行工作参数装载，包括启动过程参数、最大流量参数、工作时间参数、关机过程参数等，既可以实时现场装载(触摸屏输入)，也可以从SD卡装载预设的参数，还可以由控制中心远程转载；工作参数装载完毕，ARM9处理器依据工作参数，执行程序产生相应的PWM信号，此PWM信号经ARM9处理器外部PWMDAC电路转化为高精度的电机转速控制电压信号，ARM9处理器启动ADC对此控制电压信号进行反馈采样，以检测电机控制电压，如果控制电压异常则本地声音报警和远程网络报警；电机控制电压正常，则启动电机并维持电机转动，此时速度传感电路可以检测到电机速度参数，流量传感电路可以检测到液体(香精)流量参数；接着ARM9处理器执行速度传感电路工作程序，检测电机转动速度，并调整PWM频率和占空比，直到速度达到设定参数值，如果经过多次(5次)调整，仍然达不到速度设定值，停止电机转动，并本地声音报警和远程网络报警；电机速度达到设定值时，ARM9处理器执行流量传感电路工作程序进行液体(香精)流量测试，流量异常(过大或不足)则停止电机工作，并本地声音报警和远程网络报警；液体(香精)流量正常则ARM9处理器执行液位传感电路工作程序进行液位检测，进行液位监测，异常则停止电机工作，并本地声音报警和远程网络报警；液位正常则控制器完成了启动过程，进入了稳定工作周期；在稳定工作周期内，ARM9处理器反复循环执行如下过程，依次为：过程A→过程B→过程C→过程D→过程A。

过程A-电机速度监测程序：ARM9处理器执行速度传感电路工作程序，检测电机转动速度，如果速度偏低或偏高则调整PWM频率和占空比，直到速度达到设定参数值；如果电机速度在设定值范围内，则进入过程B流量监测程序；如果ARM9处理器经过多次(5次)调整，仍然达不到速度设定值范围，停止电机转动，并本地声音报警和远程网络报警；

过程B-流量监测程序：ARM9处理器执行流量传感电路工作程序进行流量测试，流量异常则停止电机工作，并本地声音报警和远程网络报警；流量正常则进入过程C；

过程C-液位监测程序：ARM9处理器执行液位传感电路工作程序进行液位检测，进行液位监测，异常(过高或过低)则停止电机工作，并本地声音报警和远程网络报警；液位正常则进入过程D；

过程D-生产参数记录程序；ARM9处理器执行SD卡管理程序记录生产参数，向远程计算机发送生产参数；参数记录完毕进入过程A；如此循环不断，直到掉电或者工作时间到，ARM9处理器执行关机程序。

图3为本发明的工作状态图：***上电后，ARM9处理器自动装载程序启动，并对各功能模块电路初始化进入待机状态S0；装置对各功能模块电路自检，正常则进入状态S1；处理器(ARM9)通过触摸屏或者以太网或者SD卡接收外部参数和命令，并发送信号给装置内各功能模块电路，并检测电机控制电压、电机转速、液体流量、液位等，其定义为状态S2，S2为工作常态，直到切断电源或者出现异常；***异常则报警并关闭电机，其定义为状态S3。

Claims

1.一种微量液体添加的精密控制装置，该装置包括：

一ARM9处理器，用于装置核心控制与计算；

一精密电机，用于装置中液体的流动提供动力；

一速度监测电路，用于装置调速电机速度检测；

一流量检测电路，用于装置液体流量监测及异常情况监测；

一液位监测电路，用于装置液位异常情况监测；

一USB接口电路，用于装置调试及软件更新；

一PWMDAC电路，用于装置电机控制；

一SDRAM存储器电路，用于装置动态数据存储；

一程序存储电路flash，用于装置程序存储；

一电机控制接口电路，用于装置与电机控制接口与保护；

所述装置以ARM9处理器为核心，ARM9与彩色LCD显示屏、触摸屏、PWM电路、电机控制接口电路、USB接口电路、SD卡接口电路、以太网接口电路、速度监测电路、流量检测电路、液位监测电路及报警电路之间互联并由软件编程来实现微量液体添加的精密控制。

2.一种微量液体添加的精密控制方法，其特征在于该方法包括：

a)、链接权利要求1所述控制装置于产品生产线，安装并调试流量检测器、液位监测器及报警器，然后上电；

b)、ARM9处理器执行初始化程序，对彩色LCD显示屏、触摸开关、PWM电路、电机控制接口电路、USB接口电路、SD卡接口电路、以太网接口电路、速度监测电路、流量检测电路、液位监测电路及报警电路置原始值；对控制装置自检，并通过以太网向生产线控制中心发正常信号及控制装置正常声音提示；

c)、通过控制装置触摸屏，设置液体控制参数，由接口电路从SD卡中装载预存的参数曲线，实时输入或者通过以太网由生产线控制中心输入；

d)、ARM9处理器根据输入参数产生特殊的PWM信号，此PWM信号经PWMDAC电路转化为高精度的电机转速控制信号；ARM9启动其上自带的ADC对此控制信号进行反馈采样，提高精度；

e)、ARM9处理器检测来自速度监测器的电机速度反馈信号，与预置控制曲线比较，并调整PWM频率和占空比，使液体流量符合控制精度要求；

f)、ARM9处理器检测来自流量检测电路的流量信号，正常，继续工作，如果发现异常，控制装置报警和通过以太网向生产线控制中心报警，并切断电机电源；

g)、ARM9处理器检测来自液位监测器的流量信号，正常继续工作，如果发现异常，控制装置报警和通过以太网向生产线控制中心报警，并切断电机电源。