CN110425326B - 一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，S100：根据订单信息，利用电子秤称取每种原料的已配质量，并根据配料阀的特性计算各原料的所需质量；S200：进入流量模式，采用PLC适时调节配料阀阀杆的高度，并配合PI控制器对配料阀阀杆高度实现无极调节，从而实现对各配料流量的精确控制；S300：进入滴量模式，根据各配料质量范围，分成多阶段滴配方案，并预估每个阶段滴量的初始值，包括目标重量最大值和目标重量最小值，分别对每个阶段各配料进行滴配，完成液体配料。本发明的方法，实现流量的精确控制，解决了液体配料生产过程中，滴量值不稳定，超调次数偏多的问题，大大提高了全自动液体配料***的配料精度和稳定性。

Description

一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法

技术领域

本发明属于液体配料控制领域，更具体地，涉及一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法。

背景技术

目前在香精香料行业中，高精度液体配料自动化设备中使用的高精度配料阀，主要由一个启阀器机构完成配料的流量模式和滴量模式，其中流量模式需要精确控制流量为3g/s～40g/s，滴量模式需要精确控制每次滴量为50mg～800mg不等的质量。

流量模式时，配料阀阀杆高度越高，流量越大；阀杆高度越低，流量越小。现在常用控制流量的方法为，在管道中安装电磁流量计等测量实时流量的仪器，PLC直接采集流量计的当前值，以此作为反馈控制阀杆拉升高度，控制当前流量大小。但是，在香精香料行业中，原料种类较多，每种原料都有一条管道与配料阀连接，若在每个原料罐与配料阀之间的管道上安装电子流量计，则成本相对较高，布线布管也极其复杂。

滴量模式时，滴量值由配料阀阀杆初始高度和开阀时间两个关键因素决定，但是由于阀杆加工的精度、阀横梁水平度和原料粘度等多方面原因，每一个配料阀在相同阀杆初始高度和开阀时间下，都不能得到稳定且相同的滴量值，导致全自动生产配料过程中，超调次数较多，无法保证设备的精度和可靠性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，流量控制依据电子秤的反馈值，将流量模式和滴量模式相结合，通过PLC中的PI调节器，实时调节配料阀阀杆高度，并分多阶段通过PLC控制滴量值，实现流量的精确控制，解决了液体配料生产过程中，滴量值不稳定，超调次数偏多的问题，大大提高了全自动液体配料***的配料精度和稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，包括如下步骤：

S100：根据订单信息，利用电子秤称取每种原料的已配质量，并根据配料阀的特性计算各原料的所需质量；

S200：进入流量模式，采用PLC适时调节配料阀阀杆的高度，并配合PI控制器对配料阀阀杆高度实现无极调节，从而实现对各配料流量的精确控制；

S300：进入滴量模式，根据各配料质量范围，分成多阶段滴配方案，并预估每个阶段滴量的初始值，包括目标重量最大值和目标重量最小值，分别对每个阶段各配料进行滴配，完成液体配料。

进一步地，S200中还包括：

S201：判断剩余配料的重量t与阈值之间的关系：

S202：如t>400g，则由PLC控制配料阀的阀杆提到高度H1进行配料，其中，H1是指二级阀芯最大流量对应的阀杆高度；

S203：如200g≤t<400g，则由PLC控制配料阀的阀杆提到高度H2进行配料，其中，H2是指一级阀芯最大流量对应的阀杆高度；

S204：如t<200g，则由PI控制器对配料阀进行闭环控制，对阀杆高度进行无极调节；

S205：判断剩余配料重量t≤4g,若是，则进入滴量模式；若否，则返回步骤S201。

进一步地，所述PI控制器实现流量控制包括如下步骤：

S210：通过高精度电子秤称取各配料的实际质量W₁,根据各配料的实际质量W₁及目标配料重量W₀，计算期望配料流量值Q(t)：

Q(t)＝(W₀-W₁)/T (1)

式中：T为常数；

S211：根据电子秤实际值W₁进行流量换算，获得当前流量Q：

Q＝ΔW₁/ΔT,(ΔT＝0.1) (2)

式中：ΔW₁为单位时间内的质量

S212：计算目标值与实际值的偏差e(t)：

e(t)＝(W_o-W₁)/T-Q (3)

S213：获得PI控制器的输出值u(t)：

u(t)＝Kp×e(t)+Ki∫e(t)dt (4)

式中：Kp表示PI控制器的比例增益系数；Ki表示PI控制器的积分系数；

S214：将PI控制器的输出值u(t)作用于启阀器开阀伺服电机，并调节配料阀的阀杆高度，最终实现对流量的精确控制。

进一步地，S300包括如下步骤：

S301：根据配料质量及配料阀特性，预估多个滴量初始值，所述初始值包括目标重量最大值和目标重量最小值；

S302：判断当前滴量实际值与目标重量最大值或目标重量最小值关系：

S303：当前滴量实际值<目标重量最小值，则启阀器初始高度提升0.1mm，或开阀时间增加10ms；

S304：当前滴量实际值>目标重量最大值，则启阀器初始高度降低0.1mm，或开阀时间减少10ms；

S305：目标重量最小值<当前滴量实际值<目标重量最大值，则按照当前滴量实际值滴配。

进一步地，S301中，包括五个滴量初始值，且：

所述第一个初始值的目标重量最大值小于第二个初始值的目标重量最小值；

所述第二个初始值的目标重量最大值小于第三个初始值的目标重量最小值；

所述第三个初始值的目标重量最大值小于第四个初始值的目标重量最小值；

所述第四个初始值的目标重量最大值小于第五个初始值的目标重量最小值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的控制方法，流量控制依据电子秤的反馈值，将流量模式和滴量模式相结合，通过PLC中的PI调节器，实时调节配料阀阀杆高度，并分多阶段通过PLC控制滴量值，实现流量的精确控制，解决了液体配料生产过程中，滴量值不稳定，超调次数偏多的问题，大大提高了全自动液体配料***的配料精度和稳定性。

2.本发明的控制方法，依据电子秤和PLC数据采集计算每一次的滴量值，针对生产过程的不同阶段，设置若干个不同的滴量目标区间，根据当前滴量与目标区间的比较结果，不断调整阀杆初始高度和开阀时间，

3.本发明的控制方法，流量模式中，未配料重量大于200克时，采取开环控制，提高配料效率；未配料重量小于200克时，采取闭环控制，提高配料精度。

4.本发明的控制方法，滴量模式，高精度液体配料阀在点滴过程中，某一个滴量值受阀芯加工精度、原料桶压力、横梁安装水平度等多方面因素影响，本发明的将上述因素，对阀滴量的影响减少到可以接受的范围内。

5.本发明的控制方法，配料过程中，将符合高精度的配料订单的合格率由百分之八十提高至百分之九十九。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法的总体流程示意图；

图2为本发明实施例中流量模式控制流程示意图；

图3为本发明实施例中PI控制器示意图；

图4为本发明实施例中滴量模式控制流程示意图；

图5为本发明滴量模式其中一个实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，包括如下步骤：

步骤1：首先根据订单，利用电子秤称取每种配料的质量，并根据配料阀的特性计算各配料的流量；

步骤2：进入流量模式，采用PLC中的PI控制器，适时调节配料阀阀杆的高度，实现对各配料流量的精确控制；

具体而言，如图2所示，进入流量模式后，先判断剩余配料的重量t与阈值之间的关系：

(1)如t>400g，则由PLC控制配料阀的阀杆提到高度H1进行配料，其中，H1是指二级阀芯最大流量对应的阀杆高度；

(2)如200g<t<400g，则由PLC控制配料阀的阀杆提到高度H2进行配料，其中，H2是指一级阀芯最大流量对应的阀杆高度；

(3)如t<200g，则由PI控制器对配料阀进行闭环控制，进行无极调节。

其中，PI控制基本原理如图3所示，先通过高精度电子秤称取各配料的实际质量W1,根据各配料的实际质量W₁及目标配料重量W₀，计算期望配料流量值Q(t)：

Q(t)＝(W₀-W₁)/T (1)

式中：T为常数。

同时，根据电子秤实际值W₁进行流量换算，获得当前流量Q：

Q＝ΔW₁/ΔT,(ΔT＝0.1) (2)

式中：ΔW₁为单位时间内的质量

然后计算目标值与实际值的偏差e(t)：

e(t)＝(W_o-W₁)/T-Q (3)

从而获得PI控制器的输出值u(t)：

u(t)＝Kp×e(t)+Ki∫e(t)dt (4)

式中：Kp表示PI控制器的比例增益系数；Ki表示PI控制器的积分系数；

再将PI控制器的输出值u(t)作用于启阀器开阀伺服电机，并调节配料阀的阀杆高度，最终实现对流量的精确控制。

步骤3：进入滴量模式，根据各配料质量范围，分成多阶段滴配方案，并预估每个阶段滴量的初始值，包括目标重量最大值和目标重量最小值，分别对每个阶段各配料进行滴配，完成液体配料。

具体而言，如图4所示，根据配料质量及配料阀特性，预估多个滴量初始值，如在本发明的实施例中，将滴量模式分为五个阶段滴配，设置五个不同目标范围的滴量策略，每个滴量策略中包含以下参数：当前策略校验次数、启阀器初始高度、开阀时间、当前滴量实际值、目标重量最小值和最大值。将这些策略参数保存在上位机中，并与相应原料进行绑定。各个阶段的初始值包括目标重要的最大值和目标重量的最小值，且策略1的目标重量最大值小于策略2的目标重量最小值，策略2目标重量最小值小于策略3目标重量最大值，依次类推完成设置。

进一步地，根据生产效率优先的原则，当实际配料值小于目标值时，优先选择大滴量策略进行点滴配料。配料精度越高，在逐渐接近目标值时，再选择小滴量策略进行点滴配料。每次点滴配料过程中：

(1)如果当前滴量实际值小于目标重量最小值，则当前策略中启阀器初始高度增加0.1mm，或者开阀时间增加10ms；

(2)如果当前滴量实际值大于目标重量最大值，则当前策略中启阀器初始高度减少0.1，或者开阀时间减少10ms；

(3)如果当前滴量实际值大于目标重量最小值且小于最大值时，则不改变当前策略的启阀器初始高度和开阀时间。

每一个原料在完成点滴配料的过程中，PLC都会实时调整点滴策略中的参数值，待配料完成后，再发送给上位机保存相关参数和数据，由操作员通过界面查询，并能手动修改点滴策略中的参数值。

例如，如图5所示：

(1)操作员通过上位机界面，根据配料阀的特性预估5个滴量策略的初始值，并给这5个滴量策略设置相应的目标重量最大值和目标重量最小值，且策略1的目标重量最大值小于策略2的目标重量最小值，策略2目标重量最小值小于策略3目标重量最大值，依次类推完成设置，具体见表1。

表1 5个滴量策略的目标重量最大值和目标重量最小值

(2)其中，未配料重量＝目标重量-实际重量；

1)当未配料重量大于等于1克时，选择滴量策略5进行点滴；

2)当未配料重量大于等于0.5克小于1克时，选择滴量策略4进行点滴；

3)当未配料重量大于等于0.3克小于0.5克时，选择滴量策略3进行点滴；

4)当未配料重量大于等于0.15克小于0.3克时，选择滴量策略2进行点滴；

5)当未配料重量小于0.15克时，选择滴量策略1进行点滴。

策略1和策略2点滴过程中，如果当前点滴重量小于目标重量最小值时，启阀器初始高度增加0.1mm，开阀时间保持不变；如果当前点滴重量大于目标重量最大值时，启阀器初始高度减少0.1mm，开阀时间保持不变。

策略3～5点滴过程中，如果当前点滴重量小于目标重量最小值时，启阀器初始高度增加0.1mm，开阀时间增加10ms；如果当前点滴重量大于目标重量最大值时，启阀器初始高度减少0.1mm，开阀时间减少10ms。

配料完成后，PLC将校准后的点滴策略1～5参数发送给上位机保存。操作员通过界面查询每一个策略的当前滴量值，并与设置目标范围进行比较，根据生产经验手动设置相关策略参数，以达到快速校正点滴策略的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：根据订单信息，利用电子秤称取每种原料的已配质量，并根据配料阀的特性计算各原料的所需质量；

S200：进入流量模式，采用PLC适时调节配料阀阀杆的高度，并配合PI控制器对配料阀阀杆高度实现无极调节，从而实现对各配料流量的精确控制；

S300：进入滴量模式，根据各配料质量范围，分成多阶段滴配方案，并设置相应的不同目标范围的滴量策略，每个滴量策略包括以下参数：当前策略校验次数、启阀器初始高度、开阀时间、当前滴量实际值、目标重量最大值和目标重量最小值，各配料依次按阶段进行滴配，完成液体配料；

每一个原料在完成点滴配料的过程中，PLC都会实时调整点滴策略中的参数值，待配料完成后，再发送给上位机保存相关参数和数据，由操作员通过界面查询，并能手动修改点滴策略中的参数值。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，其特征在于，S200中还包括：

S201：判断剩余配料的重量t与阈值之间的关系：

S202：如t>400g，则由PLC控制配料阀的阀杆提到高度H1进行配料，其中，H1是指二级阀芯最大流量对应的阀杆高度；

S203：如200g≤t<400g，则由PLC控制配料阀的阀杆提到高度H2进行配料，其中，H2是指一级阀芯最大流量对应的阀杆高度；

S204：如t<200g，则由PI控制器对配料阀进行闭环控制，对阀杆高度进行无极调节；

S205：判断剩余配料重量t≤4g,若是，则进入滴量模式；若否，则返回步骤S201。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，其特征在于，所述PI控制器实现流量控制包括如下步骤：

S210：通过高精度电子秤称取各配料的实际质量W₁,根据各配料的实际质量W₁及目标配料重量W₀，计算期望配料流量值Q(t)：

Q(t)＝(W₀-W₁)/T (1)

式中：T为常数；

S211：根据电子秤实际值W₁进行流量换算，获得当前流量Q：

Q＝ΔW₁/ΔT,(ΔT＝0.1) (2)

式中：ΔW₁为单位时间内的质量

S212：计算目标值与实际值的偏差e(t)：

e(t)＝(W_o-W₁)/T-Q (3)

S213：获得PI控制器的输出值u(t)：

u(t)＝Kp×e(t)+Ki∫e(t)dt (4)

式中：Kp表示PI控制器的比例增益系数；Ki表示PI控制器的积分系数；

S214：将PI控制器的输出值u(t)作用于启阀器开阀伺服电机，并调节配料阀的阀杆高度，最终实现对流量的精确控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，其特征在于，S300包括如下步骤：

S301：根据配料质量及配料阀特性，预估多个滴量初始值，所述初始值包括目标重量最大值和目标重量最小值；

S302：判断当前滴量实际值与目标重量最大值或目标重量最小值关系：

S303：当前滴量实际值<目标重量最小值，则启阀器初始高度提升0.1mm，或开阀时间增加10ms；

S304：当前滴量实际值>目标重量最大值，则启阀器初始高度降低0.1mm，或开阀时间减少10ms；

S305：目标重量最小值<当前滴量实际值<目标重量最大值，则按照当前滴量实际值滴配。

5.根据权利要求1所述的一种基于电子秤信号的多种液体混合精确配料控制方法，其特征在于，S301中，包括五个滴量初始值，且：

所述第一个初始值的目标重量最大值小于第二个初始值的目标重量最小值；

所述第二个初始值的目标重量最大值小于第三个初始值的目标重量最小值；

所述第三个初始值的目标重量最大值小于第四个初始值的目标重量最小值；

所述第四个初始值的目标重量最大值小于第五个初始值的目标重量最小值。

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