CN107489610A - 多通道精密计量泵控制装置及其计量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道精密计量泵控制装置及其计量控制方法，属于计量泵技术领域，提供了一种能够控制单个或多个计量泵，实现液体高精度的自动化计量和组合的多通道精密计量泵控制装置及其计量控制方法，所采用的技术方案为包括用于数据处理及控制的控制模块，用于检测料桶的料桶检测传感器，用于检测物料重量的重量检测模块，用于人员操作的人机交互模块及用于储存物料配方的配方存储模块以及***设备，控制模块通过通信电路分别与重量检测模块、人机交互模块、配方存储模块以及***设备相连接，控制模块通过料桶检测电路与料桶检测传感器相连接，信号发生电路与多个计量泵相连接；本发明广泛用于计量泵。

Description

多通道精密计量泵控制装置及其计量控制方法

技术领域

本发明涉及一种多通道精密计量泵控制装置及其计量控制方法，属于计量泵技术领域。

背景技术

目前在液体计量领域上存在多种计量泵控制装置，普遍都是采用角度换取流量的简单控制方式，功能简单，计量精度低，控制模式单一，无法保证液体输出液量的准确性，多个计量泵不能按照各自的流量、流速等要求自由配合集中工作，无法满足用户精确计量和配方组合的使用要求。

由于普遍的计量泵计量方法都是以泵室的最大容积为基础的，在一个泵送周期内，一部分动能和时间对泵室挤压，以减小泵室容积实现液体的推送，泵室内的液体被排出之后，另一部分动能和时间使泵室容积复原至最大以补充液体，在泵室容积复原时，出液被中断甚至造成回吸，形成非线性的脉冲波动，导致计量泵在运行方向、运行速度相同的情况下出现液体输出不均匀的脉动问题，无法用其运转的角度代表其输出的液量。

对于柔性泵室结构的计量泵，在不同的运行速度、流动阻力以及弹性材料疲劳程度等差异条件下，直接影响弹性材料的回弹性能，回弹时间不足或回弹充液未完成时被再次挤压泵送，都会造成泵室充液量的变化，导致在运行角度相同的情况下，因为运行速度的不同而导致输送液量的不同。

常规的液体在经过搅拌、运输等使其波动的行为之后，会不同程度将空气成分混入液体之中，形成体积各异的气泡，空气成分占据了液体的空间，使得在相同容积的情况下导致液体液量的不同，普遍的计量泵无法检测和控制包含在液体中的空气成分，造成液体输出量的缺失。

普遍的计量泵在运行过程中是按照已知泵室容积与泵送次数的乘积来估计液体输出量的，泵室容积的细微误差，在经过多次的泵送循环之后，误差被成倍放大，使得实际输出液量与预期液量之间形成很大的误差。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种能够控制单个或多个计量泵，实现液体高精度的自动化计量和组合的多通道精密计量泵控制装置及其计量控制方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为多通道精密计量泵控制装置，包括用于数据处理及控制的控制模块，用于检测料桶的料桶检测传感器，用于检测物料重量的重量检测模块，用于人员操作的人机交互模块，及用于储存物料配方的配方存储模块以及***设备，所述控制模块内置通信电路、信号发生电路及料桶检测电路，所述控制模块通过通信电路分别与重量检测模块、人机交互模块、配方存储模块以及***设备相连接，所述控制模块通过料桶检测电路与料桶检测传感器相连接，所述信号发生电路分别通过信号驱动电路与多个计量泵相连接。

优选的，所述通信电路通过总线与重量检测模块、人机交互模块、配方存储模块以及***设备相连接，所述总线为并行或串行总线，且总线为8080总线、SPI总线、I2C总线、RS232总线、RS485总线、USB总线、CAN总线。

优选的，所述重量检测模块包括微处理器、AD转换芯片及重量传感器，所述重量传感器通过AD转换芯片与微处理器相连接，所述微处理器通过总线与通信电路相连接。

优选的，所述人机交互模块包括触摸屏、TFT显示屏和物理开关按键。

多通道精密计量泵计量控制方法，包括计量泵控制装置，该计量控制方法分为三个阶段；

填充泵送阶段：控制模块根据设定的目标重量，自动设定合理的预期液量，并计算出预期脉冲的数量，控制计量泵按照设定的运行速度进行泵送液量，直至达到预期液量后结束泵送，然后再根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与预期出液量，对运行参数进行动态修正；

精确泵送阶段：控制模块根据当前输出液量与目标重量的差值，结合当前阶段的运行参数进行综合计算后，得出精确泵送的预期脉冲数量，以中等速度执行精确阶段的泵送至目标重量，在精确阶段的泵送结束后，根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与目标重量计算差值，当差值进入允许误差范围以内时，完成该通道的泵送，否则进入补偿泵送阶段；

补偿泵送阶段：根据当前输出液量与目标重量的差值，结合当前阶段的运行参数进行综合计算后，得出补偿泵送的预期脉冲数量，以低等速度执行补偿阶段的泵送至目标重量，在补偿阶段的泵送结束后，根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与目标重量计算差值，当差值进入允许误差范围以内时，完成该通道的泵送，否则重新开启补偿阶段的低速泵送过程，直至符合目标重量的允许误差范围。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明利用控制模块与重量检测模块协同工作，以重量为计量单位的闭环反馈方式，采用阶段控制的方法精确完成每个通道的液量输出，运行过程中控制装置精确监控计量泵各阶段的实际出液量，并通过多种流量算法对计量泵运行进行动态实时的精确控制，避免计量泵在泵送过程中因受到脉动出液、弹性元件疲劳、气液混合、积累误差等诸多干扰因素带来的计量错误，可以将液体的泵送误差控制在可控的最小范围内，实现液体高精度的自动化计量和组合。结合人机交互模块与配方数据存储模块，能够方便的存储或使用多组配方数据，以管理液态原料的加注与配制，在允许的范围内实现任意液量、流速及应用模式等精确复杂的多通道计量泵精密控制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中重量检测模块的结构示意图。

图3为本发明中人机交互模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，多通道精密计量泵控制装置，包括用于数据处理及控制的控制模块，用于检测料桶的料桶检测传感器，用于检测物料重量的重量检测模块，用于人员操作的人机交互模块，及用于储存物料配方的配方存储模块以及***设备，所述控制模块内置通信电路、信号发生电路及料桶检测电路，控制模块通过通信电路分别与重量检测模块、人机交互模块、配方存储模块以及***设备相连接，通信电路采用总线方式与重量检测模块、人机交互模块、配方存储模块以及***设备相连接，总线为并行或串行总线，且总线为8080总线、SPI总线、I2C总线、RS232总线、RS485总线、USB总线、CAN总线。控制模块通过料桶检测电路与料桶检测传感器相连接，信号发生电路分别通过信号驱动电路与多个计量泵相连接。***设备可以为打印机、二维码设备等。

本发明利用控制模块与重量检测模块协同工作，以重量为计量单位的闭环反馈方式，实时监控计量泵的实际出液量，采用阶段控制的方法结合多种流量算法，精确完成每个通道的液量输出，能够在无积累误差的前提下避免多种干扰因素对计量带来的计量错误。控制模块可采用多种型号的微控制器作为中央处理器。控制装置还具备配方数据存储功能和专门的校准功能以及多种保护功能。校准功能，能够对每个计量泵各个阶段独立的运行速度、运行范围和补偿系数等运行参数进行测试以及校正。在料桶状态异常的情况下，禁止或暂停计量泵的运行。在正常泵送过程中，控制装置在线检测计量泵的输出液量，在发生因缺液、管路破损以及计量泵运行异常等故障造成出液异常的情况下，控制装置会主动暂停计量泵的运行，以防发生安全事故。

人机交互模块对所有计量泵的运行参数进行设置，控制模块可对设置的运行参数进行合理性评估，并且根据需要对运行参数进行计算或转换。重量检测模块包括多种型号的微处理器、AD转换芯片及重量传感器，重量传感器通过AD转换芯片与微处理器相连接，微处理器通过总线与通信电路相连接。重量检测模块以总线方式与控制模块通信，用于液量的测量、转换并将液量的数据向控制模块实时反馈。配方存储模块可采用多种总线及型号的存储器芯片为数据存储器。配方存储模块以总线方式与控制模块通信，可以保存或使用多组用于加注的配方数据。信号发生电路可发送多路可变升降速曲线的驱动信号，通过信号驱动电路与计量泵电机控制器连接，每路信号控制一个计量泵单元。信号驱动电路以差分或TTL电路与光电隔离电路为计量泵电机控制器发出信号。料桶检测电路与检测传感器连接，用于检测工作过程中料桶的状态。人机交互模块包括触摸屏、TFT显示屏和物理开关按键。人机交互模块以总线方式与控制模块通信，用于对总输出量、各计量泵流速、各计量泵的组合比例或流量以及所需的多种应用模式和参数进行设置，以及控制装置的方向、开始、暂停、停止等功能的操作。

具体的控制方法如下，利用微控制器与重量检测模块协同工作，以重量为计量单位，实现闭环反馈控制。控制模块按照每个通道的预期流量、流速智能的对泵送工作做出阶段控制处理，每个阶段都包含各自对应的运行速度、运行范围和补偿系数等运行参数。在各个阶段的执行过程中，控制装置都对当前输出液量进行在线监控，并根据不同的阶段对计量泵的运行进行相应的控制处理。

具体分为三个阶段；填充泵送阶段：控制模块根据设定的目标重量，自动设定合理的预期液量，并计算出预期脉冲的数量，控制计量泵按照设定的运行速度进行泵送液量，直至达到预期液量后结束泵送，然后再根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与预期出液量，对运行参数进行动态修正；精确泵送阶段：控制模块根据当前输出液量与目标重量的差值，结合当前阶段的运行参数进行综合计算后，得出精确泵送的预期脉冲数量，以中等速度执行精确阶段的泵送至目标重量，在精确阶段的泵送结束后，根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与目标重量计算差值，当差值进入允许误差范围以内时，完成该通道的泵送，否则进入补偿泵送阶段；补偿泵送阶段：根据当前输出液量与目标重量的差值，结合当前阶段的运行参数进行综合计算后，得出补偿泵送的预期脉冲数量，以低等速度执行补偿阶段的泵送至目标重量，在补偿阶段的泵送结束后，根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与目标重量计算差值，当差值进入允许误差范围以内时，完成该通道的泵送，否则重新开启补偿阶段的低速泵送过程，直至符合目标重量的允许误差范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。

Claims (5)

1.多通道精密计量泵控制装置，其特征在于：包括用于数据处理及控制的控制模块，用于检测料桶的料桶检测传感器，用于检测物料重量的重量检测模块，用于人员操作的人机交互模块，及用于储存物料配方的配方存储模块以及***设备，所述控制模块内置通信电路、信号发生电路及料桶检测电路，所述控制模块通过通信电路分别与重量检测模块、人机交互模块、配方存储模块以及***设备相连接，所述控制模块通过料桶检测电路与料桶检测传感器相连接，所述信号发生电路分别通过信号驱动电路与多个计量泵相连接。

2.根据权利要求1所述的多通道精密计量泵控制装置，其特征在于：所述通信电路通过总线与重量检测模块、人机交互模块、配方存储模块以及***设备相连接，所述总线为并行或串行总线，且总线为8080总线、SPI总线、I2C总线、RS232总线、RS485总线、USB总线、CAN总线。

3.根据权利要求1所述的多通道精密计量泵控制装置，其特征在于：所述重量检测模块包括微处理器、AD转换芯片及重量传感器，所述重量传感器通过AD转换芯片与微处理器相连接，所述微处理器通过总线与通信电路相连接。

4.根据权利要求1所述的多通道精密计量泵控制装置，其特征在于：所述人机交互模块包括触摸屏、TFT显示屏和物理开关按键。

5.多通道精密计量泵计量控制方法，包括计量泵控制装置，其特征在于：该计量控制方法分为三个阶段；

填充泵送阶段：控制模块根据设定的目标重量，自动设定合理的预期液量，并计算出预期脉冲的数量，控制计量泵按照设定的运行速度进行泵送，直至达到预期液量后结束泵送，然后再根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与预期出液量，对运行参数进行动态修正；

精确泵送阶段：控制模块根据当前输出液量与目标重量的差值，结合当前阶段的运行参数进行综合计算后，得出精确泵送的预期脉冲数量，以中等速度执行精确阶段的泵送至目标重量，在精确阶段的泵送结束后，根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与目标重量计算差值，当差值进入允许误差范围以内时，完成该通道的泵送，否则进入补偿泵送阶段；

补偿泵送阶段：根据当前输出液量与目标重量的差值，结合当前阶段的运行参数进行综合计算后，得出补偿泵送的预期脉冲数量，以低等速度执行补偿阶段的泵送至目标重量，在补偿阶段的泵送结束后，根据重量检测模块反馈的当前实际出液量与目标重量计算差值，当差值进入允许误差范围以内时，完成该通道的泵送，否则重新开启补偿阶段的低速泵送过程，直至符合目标重量的允许误差范围。