一種數字化集中供料控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了提供一種數字化集中供料控制系統，其包含中央控制子系統，單元控制子系統和數據傳輸子系統；其中，所述中央控制子系統包含中央控制主機；所述單元控制子系統包含多個單元控制板，多個單元控制板完成各個機臺設備的開關控制與工作狀態查詢工作，多個單元控制板均連接在RS-485總線上，并和中央控制主機保持通訊；所述單元控制板由一8位微處理器進行控制、管理和通訊，每個單元控制板擁有一個唯一的識別碼或地址；其中，所述數據傳輸子系統采用RS-485串行總線實現，總線的訪問采用主從式的訪問控制方法。
【專利說明】一種數字化集中供料控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種現場控制系統，具體用于注塑工藝相關生產線的集中供料控制。
【背景技術】
[0002]對于包含注塑機的注塑工藝的生產線，以及其他包含連續供料結構的生產線來說，其供料過程是非常重要的；隨著工藝水平的提高，生產線上的設備也越來越多，因此其供料過程的控制越發重要；傳統供料過程控制是分散的，都是由各個數控機械或者相關閥門進行分散的分別處理，人們無法可靠集中的得知供料狀態以及相關設備的運行狀態，智能化數字化程度非常低。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種數字化集中供料控制系統，其能夠全自動的進行供料集中控制。
[0004]為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。
[0005]一種數字化集中供料控制系統，包含中央控制子系統，單元控制子系統和數據傳輸子系統；
其中，所述中央控制子系統采用通用工業控制計算機和運行于其上的軟件實現，包含中央控制主機；
其中，所述單元控制子系統包含多個單元控制板，多個單元控制板完成各個機臺設備的開關控制與工作狀態查詢工作，多個單元控制板均連接在RS-485總線上，并和中央控制主機保持通訊；所述單元控制板由一 8位微處理器進行控制、管理和通訊，每個單元控制板擁有一個唯一的識別碼或地址；單元控制板在得到中央控制主機發來的控制命令后，會驅動相應的開關元件控制不同設備的開啟或關閉；同樣，單元控制板在得到中央控制主機發來的查詢命令后，亦會向中央控制臺匯報當前的設備運行狀態以及報警信息；
其中，所述數據傳輸子系統采用RS-485串行總線實現，總線的訪問采用主從式的訪問控制方法。
[0006]進一步的是:所述單元控制子系統用于實現一組單元設備的監控、關鍵的局部控制邏輯；
所述一組單元設備是由若干臺設備組成的邏輯工作單元，該邏輯工作單元包含注塑輔機工作單元和中央供料工作單元；注塑輔機工作單元包括機械式吸料器、干燥機、模具調溫機、工業冷水機、機邊粉碎機和混合比例閥；中央供料工作單元包括總料倉落料閥、真空泵、集塵桶、旁通氣閥、排塵裝置。
[0007]進一步的是:所述中央控制子系統由PC機和帶光電隔離雙485總線接口卡實現；兩個485總線分別映射到PC機的COM3和COM4 口。
[0008]進一步的是:所述單元控制板包含單片機，其單片機具有16KB+4KB的片內程序存儲器和256B的數據存儲器，并且具備在系統可編程功能和在應用可編程功能；其時鐘頻率為 11.0592MHz O
[0009]進一步的是:所有單元控制板通過標準485總線連接；所述單元控制板上設置有用于復位的復位芯片，當上電期間，或運行期間電源電壓突然跌落時，該復位芯片都將迫使單片機復位。
[0010]更進一步的是:所述單片機的內部還具有看門狗定時器。
[0011]進一步的是:各個單元控制板的輸入通道、輸出通道，以及RS-485傳輸通道上均設置有光電隔離；各個單元控制板能夠在RS-485總線上熱拔插。
[0012]進一步的是:
在每個RS-485總線接口處，跨接雙向瞬變電壓抑制器；在每個開關量輸入/輸出端口處也加有雙向瞬變電壓抑制器；
每個單元控制板中的RS-485驅動器和控制電路部分隔離浮地；
在供電電源入口處，加接保險絲電阻和穩壓二極管；
單元控制板的供電電源采用寬范圍輸入電壓的開關式穩壓電源；
每個開關輸出驅動加有過流保險絲或熱熔斷電阻；
RS-485總線的電纜采用雙芯屏蔽線；整個單元控制板放置在一個屏蔽盒中。
[0013]進一步的是:
所述熱風式干燥機的加熱過程采用PID功能控制；溫控表采用標準485總線接口 ；
所述中速機邊粉碎機和機邊回收裝置，熱風式干燥機配套使用；中速機邊粉碎機的投料過程由注塑機上機械手完成；
所述混合比例閥配合機械式吸料器以及中央供料工作單元使用；
所述機械式吸料器與各種塑機和熱風式干燥機聯合配套使用，通過中央供料工作單元的真空泵所產生的負壓，將原料從原料口導入；機械式吸料器通過安裝在吸料器底部的行程開關直接反映料的需求與否，和安裝在機械式吸料器上方的電容式接近開關檢測到料的高、低料位；
進一步的是:
所述集塵桶用于真空管道的膠塵過濾以防止膠塵進入真空泵，其位于真空泵前端級； 所述旁通氣閥用于真空管道與外界空氣轉換，其位于集塵桶上方；
所述排塵裝置用于清除集塵桶內濾芯膠塵，其位于集塵桶上方；
所述落料閥用于原料的落料開與關，其位于原料倉的下方；
所述真空泵用于對機械式吸料器產生真空負壓，由中央控制器直接控制；
所有設備的插頭采用十芯航空插頭連接；單元控制板采用接線柱連接。
[0014]本發明相比現有技術具有突出的實質性特點和顯著的效果:
本發明能夠自動檢測設備供料狀態，在缺料時自動啟動供料操作，并跟蹤供料進程，自動完成供料操作。系統能夠實現自動供料功能所涉及的中央供料單元設備和注塑輔機工作單元設備的協調動作，能夠實現多個注塑輔機工作單元多料同時供料和單料排隊供料的自動管理。
[0015]本發明能夠自動檢測故障，根據故障類別自動處理故障，自動啟動單元報警裝置和中央故障報警裝置。系統能夠根據控制邏輯的需要，在故障狀態消失時自動恢復運作，自動消除警報。
[0016]本發明能夠根據設置情況，自動延遲一定的時間啟動指定的設備，自動延遲一定的時間關閉指定的設備，在超過一定時間無工作需要時關閉設置，在用到被超時關閉的設備時重啟設備。
[0017]本發明還具備自動排塵功能；自動切換加熱、冷卻狀態，將溫度控制在設定值；實現全部人機界面有關設備命令的執行；實現分臺套加熱溫度、再生料新料比例的自動控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明。
[0019]圖1為本發明的系統原理圖；
圖2為本發明的一種【具體實施方式】的結構示意圖；
圖3為本發明單元控制板的一種【具體實施方式】的結構示意圖；
圖4為本發明熱風式干燥機與單元控制板接口電路圖；
圖5為本發明中速機邊粉碎機與單元控制板的接口電路圖；
圖6為本發明兩料比例閥與單元控制板的接口電路圖；
圖7為本發明機械式吸料器與單元控制板的接口電路圖；
圖8為本發明中央供料系統附屬設備的接口電路圖；
圖9為本發明十芯航空插頭的主視結構示意圖；
圖10為本發明十芯航空插頭的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本發明以一種具體的數字化集中供料控制系統作為實施例進行說明。
[0021]如圖所示，本發明包括兩大部分:控制系統和周邊設備。
[0022]I)控制系統:由PC機、中央控制板、單元控制板及數據通訊系統構成，是整個系統的邏輯和控制中樞，分為中央控制子系統、單元控制子系統和數據傳輸子系統三大部分，上位機和下位機采用主從式結構。
[0023]所述中央控制子系統采用通用工業控制主機，通過中央控制軟件，實現系統的全局控制邏輯；
所述單元控制子系統:實現一組單元設備的監控、關鍵的局部控制邏輯；其中，一組單元設備是由若干臺設備組成的邏輯工作單元，又分為注塑輔機工作單元和中央供料工作單元，注塑輔機工作單元一般包括機械式吸料器、干燥機、模具調溫機、工業冷水機、機邊粉碎機、混合比例閥等設備組成；中央供料工作單元一般包括總料倉落料閥〈每個料倉一個，最多八個料倉 >、真空泵、集塵桶、旁通氣閥等設備組成；
所述數據傳輸子系統采用標準RS-485工業控制總線、采用主從式總線訪問控制機制以及控制優化狀態輪詢的通訊策略，實現超過200臺設備(包括中央供料工作單元和50套輔機工作單元)的中央控制和管理。
[0024]2 )周邊設備:用于實現中央供料所需的所有設備，包括上述的注塑輔機工作單元相關設備(機械式吸料器、熱風干燥機、模具調溫機、工業冷水機、機邊粉碎機、混合比例閥等設備)和上述中央供料工作單元相關設備(包括總料倉落料閥、真空泵、集塵桶、旁通氣閥
O
[0025]圖1示出了本發明的系統組成原理，本發明由中央控制子系統、單元控制子系統和數據傳輸子系統組成；
其中，所述中央控制子系統采用通用工業控制計算機和自行研究的軟件實現；軟件部分與數據傳輸子系統的主機端軟件實現部分組織在一個應用程序包中；中央控制子系統軟件采用面向對象的建模、設計和實現方法；在軟件上實現單板機、各被控設備的對等實體，各對等實體通過數據傳輸子系統的支持實現與單板機和各被控設備的通訊，而系統的功能實現則通過人機界面，系統自動控制邏輯和軟件上的實現的單板機對等實體、設備對等實體幾方面的交互作用完成；
其中，所述單元控制子系統為多個單元控制板，多個單元控制板完成各個機臺設備的開關控制與工作狀態查詢工作，它們都掛在RS-485總線上，并和中央控制主機保持通訊。在一種具體實施例中，單元控制板由一 8位微處理器(MCU)進行控制、管理和通訊，每個單元控制板擁有一個唯一的識別碼或地址，以便中央控制主機以主從模式與各單元控制板進行分時交換信息。單元控制板在得到中央控制主機發來的控制命令后，會驅動相應的開關元件控制不同設備的開啟或關閉；同樣，單元控制板在得到中央控制主機發來的查詢命令后，亦會向中央控制臺匯報當前的設備運行狀態以及報警信息等。輸入/輸出開關量都經過了光電隔離，并提供足夠的輸出容量來驅動負載。
[0026]其中，所述數據傳輸子系統采用RS-485串行總線實現，總線的訪問采用了主從式的訪問控制方法。在協議設計上，參考IS0/0SI七層網絡模型中的網絡分層概念，結合工業控制系統的特點，我們為數據傳輸子系統構建了五層結構的網絡模型，分別為物理層，介質訪問控制層，數據傳輸層，會話層和應用層。
[0027]本發明的中央控制子系統硬件在一種具體實施例中可以由PC機和Mosa CP132i帶光電隔離雙485總線接口卡實現；兩個485總線分別映射到PC機的COM3和COM4 口。
[0028]本發明的單元控制子系統中，單片機(微處理器)是單元控制板的核心，它負責所有的控制功能與通訊功能。本集中供料系統的控制是按主從模式工作，即中央控制主機掌握著主動權，單元控制板從RS-485總線上監聽命令，如判別出是向它發的指令，則作出相應的回應和動作。單片機根據所發來的信息按照規定的協議進行解析，通過外圍控制邏輯電路對多路輸出開關量進行控制，或對多路輸入開關量進行讀取操作，然后再將回饋信息返回給中央控制臺。單元控制板的結構框圖如圖3所示；
在本發明的一種具體實施例中，根據控制任務與通訊任務的復雜程度，我們選擇國際知名品牌的8位8051系列單片機一SST89C51作為單元控制板的單片機；該單片機具有片內程序存儲器(16KB+4KB)和數據存儲器(256B)，并且具備在系統可編程(ISP)功能和在應用可編程(IAP)功能，這些優點都會減少電路板上不必要的外圍器件，而且為開發調試帶來了方便，也為生產時的燒錄程序帶來方便。在足夠完成通訊與控制任務的前提下，選用較低的時鐘頻率(I1.0592MHz),以減小功耗和增強抗干擾能力。
[0029]本發明所有單元控制板通過標準485總線連接；
優選的，本發明單元控制板的輸出在上電復位時具有確定的狀態(斷開狀態)，為了單片機可靠復位，增加了一片專門負責復位管理的芯片αΜΡ810)。當上電期間，或運行期間電源電壓突然跌落時，該復位芯片都將迫使單片機可靠復位。更優選的，在單片機的內部還具有看門狗定時器，通過軟件編程亦可達到在萬一程序跑飛時重新復位系統。
[0030]優選的，本發明為了消除輸入/輸出信號所帶來的傳導干擾與共模干擾，我們在輸入通道、輸出通道，以及RS-485傳輸通道上均加了光電隔離，以使各部分不共地，無直接的電氣連接。這樣會使得強電部分的干擾信號不會輕易地傳入控制電路部分，并且各個單元控制板可在RS-485總線上熱拔插。
[0031]優選的，本發明對于開關量輸出，在一種具體實施例中我們選用達林頓晶體管組(ULN2003A)作為輸出驅動，每路可提供500mA的電流，從而帶動各種類型的繼電器等。
[0032]優選的，為了提高對外界電磁干擾的抵抗能力，以及增強控制電路的容錯與保護機制，我們在電路設計中特別采取了以下措施:
(1)瞬變電壓抑制保護:
在每個RS-485總線接口處，跨接雙向瞬變電壓抑制器(TVS)，防止意外的瞬間過壓脈沖對RS-485驅動電路的損壞；同樣，在每個開關量輸入/輸出端口處也加有TVS管，防止對接口驅動電路的損壞；
(2)RS-485總線浮地:
每個單元控制板中的RS-485驅動器都是和控制電路部分隔離浮地的，這樣可以避免當單兀控制板在熱拔插到總線上時所引起的沖擊和擾亂；
(3)電源過壓/過流保護:
在供電電源(5V/12V)入口處，加接保險絲電阻和穩壓二極管，當電源端子誤接或其它意外情況下引起的超壓、反接、短路等現象，會引發保險絲熔斷，從而保護了電路；
(4)電網電壓波動與跌落防護:
單元控制板的供電電源(5VDC)采用寬范圍輸入電壓(90~260VAC)的開關式穩壓電源，使得在電網電壓波動時或短暫的電壓跌落情況下，仍能提供穩定的5V輸出；
(5)負載過流保護:
每個開關輸出驅動加有過流保險絲或熱熔斷電阻，以防止負載過載或短路情況下損壞接口驅動電路；
(6)電磁屏蔽:
RS-485總線的電纜采用雙芯屏蔽線，以防止外界干擾影響通訊質量；整個單元控制板會放置在一個屏蔽盒中，以防止來自周圍的強電干擾。
[0033]本發明關于中央供料工作單元和注塑輔機工作單元的相關設備及接口的一些具體實施例為:
(1)熱風式干燥機:
ML-HD熱風式干燥機是將塑料原料置于干燥機桶內，靠熱風排除干燥桶內塑料顆粒表面或內部的水份，使塑料充分干燥的設備。原料干燥后能有效防止塑料制品成型過程少產生氣泡、流痕、透明度不足等不良現象，對于提高產品的質量，降低成本起著關鍵作用，其節能效率達到30%。加熱過程采用PID功能控制，控溫準確。可以根據不同的原料，進行不同的溫控調節，并可通過熱電偶采集的數據直觀地在溫控表上反映出來。采用程序開關超溫保護裝置的控制方式；溫控表采用標準485總線接口，實現與中央控制主機的通訊。
[0034]熱風式干燥機與單元控制板接口電路如圖4 ；
(2)中速機邊粉碎機:
機邊粉碎機需和機邊回收裝置，熱風式干燥機配套使用。其功能是將注塑機注塑時產生的水口料和廢品料及時粉碎后，通過自帶回收裝置直接送入熔膠筒熔化，使膠料在主要性能未變化前得到再生使用。投料過程由注塑機上機械手完成；
中速機邊粉碎機與單元控制板的接口電路如圖5:
(3)兩料比例閥(也叫混合比例閥):
兩料比例閥需配合機械式吸料器以及中央供料系統使用，通過已設定好的新、舊料百分比(供料時間百分比)進行兩料混合配制，從而得到性能穩定的注塑產品，并能進行任意比例的調整；
兩料比例閥與單元控制板的接口電路如圖6:
(4)機械式吸料器:
機械式吸料器是中央供料工作單元中的一個重要配套設備，并能與各種塑機和熱風式干燥機聯合配套使用，通過供料系統真空泵所產生的負壓，將原料從原料口導入，其通過安裝在吸料器底部的行程開關直接反映料的需求與否，和安裝在吸料器上方的電容式接近開關檢測到料的高、低料位，以保證原料的儲存量；
機械式吸料器與單元控制板的接口電路如圖7:
(5 )集塵桶:其主要用于真空管道的膠塵過濾以防止膠塵進入真空泵，對真空泵造成損壞，其位于真空泵前端級；
(6)旁路閥:是主要用于真空管道與外界空氣的轉換，由各個吸料器信號(料滿)反饋，當所有吸料器料滿時，將真空管道轉換為外界空氣直接進入集塵桶，避免真空泵產生高負荷，其位于集塵桶上方；
(7)排塵裝置:其主要用于清除集塵桶內濾芯的膠塵，由設定時間定時向集塵桶內的濾芯反向高壓噴氣，其位于集塵桶上方；
(8)落料閥:主要用于原料的落料開與關，由中央控制器直接控制，便于料管上原料的清理，保證料管的順暢，其位于原料倉的下方；
(9)真空泵:其主要功能用于對機械式吸料器產生真空負壓，由中央控制器直接控制； 上述集塵桶，旁路閥，排塵裝置，落料閥和真空泵的接口設計如圖8所示；
上述所有相關設備的插頭采用十芯航空插頭連接；單元控制板采用接線柱連接。
[0035]上面結合附圖對本發明優選實施方式作了詳細說明，但是本發明不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。
[0036]本領域普通技術人員不脫離本發明的構思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應當理解，本發明不限于特定的實施方式，本發明的范圍由所附權利要求限定。
【權利要求】
1.一種數字化集中供料控制系統，其特征在于:包含中央控制子系統，單元控制子系統和數據傳輸子系統； 其中，所述中央控制子系統采用通用工業控制計算機和運行于其上的軟件實現，包含中央控制主機； 其中，所述單元控制子系統包含多個單元控制板，多個單元控制板完成各個機臺設備的開關控制與工作狀態查詢工作，多個單元控制板均連接在RS-485總線上，并和中央控制主機保持通訊；所述單元控制板由一 8位微處理器進行控制、管理和通訊，每個單元控制板擁有一個唯一的識別碼或地址；單元控制板在得到中央控制主機發來的控制命令后，會驅動相應的開關元件控制不同設備的開啟或關閉；同樣，單元控制板在得到中央控制主機發來的查詢命令后，亦會向中央控制臺匯報當前的設備運行狀態以及報警信息； 其中，所述數據傳輸子系統采用RS-485串行總線實現，總線的訪問采用主從式的訪問控制方法。
2.如權利要求1所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于:所述單元控制子系統用于實現一組單元設備的監控、關鍵的局部控制邏輯； 所述一組單元設備是由若干臺設備組成的邏輯工作單元，該邏輯工作單元包含注塑輔機工作單元和中央供料工作單元；注塑輔機工作單元包括機械式吸料器、干燥機、模具調溫機、工業冷水機、機邊粉碎機和混合比例閥；中央供料工作單元包括總料倉落料閥、真空泵、集塵桶、旁通氣閥、排塵裝置。
3.如權利要求2所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于:所述中央控制子系統由PC機和帶光電隔離雙485總線接口卡實現；兩個485總線分別映射到PC機的COM3和 COM4 口。
4.如權利要求2所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于:所述單元控制板包含單片機，其單片機具有16KB+4KB的片內程序存儲器和256B的數據存儲器，并且具備在系統可編程功能和在應用可編程功能；其時鐘頻率為11.0592MHzο
5.如權利要求2所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于:所有單元控制板通過標準485總線連接；所述單元控制板上設置有用于復位的復位芯片，當上電期間，或運行期間電源電壓突然跌落時，該復位芯片都將迫使單片機復位。
6.如權利要求4所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于:所述單片機的內部還具有看門狗定時器。
7.如權利要求2所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于:各個單元控制板的輸入通道、輸出通道，以及RS-485傳輸通道上均設置有光電隔離；各個單元控制板能夠在RS-485總線上熱拔插。
8.如權利要求2所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于: 在每個RS-485總線接口處，跨接雙向瞬變電壓抑制器；在每個開關量輸入/輸出端口處也加有雙向瞬變電壓抑制器； 每個單元控制板中的RS-485驅動器和控制電路部分隔離浮地； 在供電電源入口處，加接保險絲電阻和穩壓二極管； 單元控制板的供電電源采用寬范圍輸入電壓的開關式穩壓電源； 每個開關輸出驅動加有過流保險絲或熱熔斷電阻； 1^-485總線的電纜采用雙芯屏蔽線；整個單元控制板放置在一個屏蔽盒中。
9.如權利要求2所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于: 所述熱風式干燥機的加熱過程采用功能控制；溫控表采用標準485總線接口 ； 所述中速機邊粉碎機和機邊回收裝置，熱風式干燥機配套使用；中速機邊粉碎機的投料過程由注塑機上機械手完成； 所述混合比例閥配合機械式吸料器以及中央供料工作單元使用； 所述機械式吸料器與各種塑機和熱風式干燥機聯合配套使用，通過中央供料工作單元的真空泵所產生的負壓，將原料從原料口導入；機械式吸料器通過安裝在吸料器底部的行程開關直接反映料的需求與否，和安裝在機械式吸料器上方的電容式接近開關檢測到料的高、低料位；如權利要求8所述的一種數字化集中供料控制系統，其特征在于: 所述集塵桶用于真空管道的膠塵過濾以防止膠塵進入真空泵，其位于真空泵前端級； 所述旁通氣閥用于真空管道與外界空氣轉換，其位于集塵桶上方； 所述排塵裝置用于清除集塵桶內濾芯膠塵，其位于集塵桶上方； 所述落料閥用于原料的落料開與關，其位于原料倉的下方； 所述真空泵用于對機械式吸料器產生真空負壓，由中央控制器直接控制； 所有設備的插頭采用十芯航空插頭連接；單元控制板采用接線柱連接。
【文檔編號】G05B19/418GK104460639SQ201410832075
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優先權日:2014年12月29日
【發明者】雷宗賢, 余立伍, 黃全軍 申請人:明利機電（深圳）有限公司