專利名稱：物料質量流量控制器的制作方法
技術領域：
本發明屬于流量在線檢測和控制領域，具體涉及一種物料質量流量控制器。
目前，國內在物料質量流量控制方面比較落后，在很多領域尚依賴于人工控制。在一些要求較高的領域里，一般采用獨立的物料流量計、機械調節閥和工業控制計算機組成物料流量控制系統，這種系統結構龐大，整體性不好，價格昂貴，而且還需解決工業現場中的密封性和抗干擾性問題。
德國恩德斯·豪斯公司生產的DE-10沖板式散狀物料流量計只能測量物料流量，不能控制流量。荷蘭菲立普公司生產的MP型質量流量控制器是一種在線測量、控制物料流量的裝置，但其控制部份的設計屬保密技術，無法獲得，其硬件部份存在電機發熱高，易燒電機的不足。
本發明目的是提供一種能在線測量，實時控制物料質量流量的控制器。該控制器必須具有結構簡單、控制精度高和工作可靠的特點。
實現本發明目的的技術方案是用傳感器測量通過閘閥的物料流量，將測量值經放大、轉換成數字信號輸入主控制器，與鍵盤輸入的設定流量值進行比較，判斷兩者之間的誤差是否在精度范圍內？是，則等待采樣周期，進行下一輪采樣;否則，判斷誤差正或負，決定步進電機正轉或反轉，然后，用PID算法計算控制量，決定步進電機移動的距離，然后通過步進電機驅動傳動機構，使閘閥位移，調節物料流量。
主控制器還進行以下動作系統初始化后進入自診斷，依次檢查傳感器曲線、設定參數(如控制精度、傳感器特性參數、流量設定值)、檢查步進電機和傳動機構工作是否正常？若不正常，則顯示故障，若正常，則檢查模/數轉換器零點是否越限？若越限，則顯示，并等待新的鍵盤指令，若正常，則直接等待鍵盤指令。
本發明的優點是能在線、實時測量和控制物料質量流量，結構簡單緊湊，能夠對裝置本身的故障和工藝系統造成的故障進行自診斷和報警，具備就地/遠程操作能力。由于采用了兩階段啟動第一階段加電進行自診斷，第二階段啟動進入工作狀態;兩階段停機第一階段退出工作狀態，返回加電階段等待鍵盤操作，第二階段停機，對設備本身和工藝系統提供了保護，提高了裝置的可靠性，并為設備在線維修提供了條件。由于在加電階段可以通過鍵盤對參數進行設定和修改，增強了設備的使用靈活性，并使控制精度得到保證。
本發明有如下附圖
圖1系統原理框2加電程序流程3主控程序流程4鍵盤/顯示程序流程圖實施例流量控制器結構方框圖見附圖1。從工藝管道輸送來的物料10通過料斗和閘閥1進入預調裝置對物料進行整流，使其垂直地集中跌落在接料板上，裝在接料板下方的傳感器2檢測物料跌落在接料板上的沖量信號，傳感器2為沖板式傳感器，該信號送到與其相接的放大器3進行放大、整形和濾波后送到與放大器3相連接的模/數轉換器4轉換成數字信號，該信號送至與模/數轉換器4相接的主控制器5，主控制器5將從鍵盤8輸入的設定流量值與從模/數轉換器4輸入的流量測量值進行比較，用PID算法計算出控制量，控制與主控制器5相接的步進電機7運轉，通過減速齒輪和傳動機構改變閘閥1的開度，使物料流量與設定流量值一致。
主控制器5采用8031單片機，利用其內部的兩個定時器分時構成四個定時計數器;步進電機超時保護，步進電機運行控制，模/數采樣保護和采樣周期定時。數據存儲器除一般的RAM外還選用了一片EEPROM，其主要優點是能在應用系統中進行在線改寫，在斷電情況下能保存數據而不需保護電源。人機對話選用鍵盤8和發光二極管顯示器9，采用Intel公司的8279鍵盤/顯示接口蕊片。主控制器還采用了一片8255并行接口蕊片，兩片程序存儲器2764和一片數據存儲器5264。由于采用了上述技術，使整個系統具有技術先進，結構緊湊，功能強和規模小的特點。
在主控制器5內設有控制程序加電程序流程見圖2。系統初始化，依次檢查傳感器2特性曲線、主控制器5參數(修正曲線和參數也在該階段進行)、檢查步進電機7和傳動機構工作是否正常，若不正常，則通過接口設備報警、顯示故障，若正常，則檢查模/數轉換器4零點是否越限，若越限，則報警，并等待新的鍵盤命令，若正常，則直接等待鍵盤命令。
主控程序流程見圖3。當系統通過第一階段的加電程序，自診斷正常后進入主控程序，首先通過傳感器2測量數據，經放大后轉換成數字信號，以上步驟為前通道報警，若正常，則比較測量得到的流量值與設定流量值之間的誤差是否在設定的精度范圍內，是，則不必調節，直接等待采樣周期到時，進行下一輪采樣，否則判斷誤差正或負，決定步進電機正/反轉，用PID算法計算控制量，控制電機驅動閘閥進行開度調節，依次檢測步進電機和傳動機構、工藝系統是否正常，若不正常時，分別顯示報警信號，正常時測遠程工作狀態下是否就地緊急停車，若有，則緊急停車并報警，若無，則等待采樣周期到時，進行下一輪采樣。
鍵盤/顯示程序流程見圖4。主控制器隨時識別是否有鍵盤輸入命令，有則根據鍵入命令轉到以下10個子程序，10個子程序分別為設定值處理和顯示子程序，確認設定值子程序，清除設定值子程序，進入控制模塊子程序，就地操作子程序，模/數轉換特性校正子程序，關鍵參數修正子程序，模/數變換零點、滿點校正子程序。這些子程序均為公知技術，普通的程序設計人員可以根據需要進行設計。
步進電機7采用反應式，工作在三相六拍，步矩角為1.5度，這樣使得步進電機有較大的力矩輸出和較高的性能價格比。驅動和控制電路采用環型分配器，把傳統的由邏輯電路構成的環型分配器集成為一個蕊片。步進電機7采用雙電源6供電方式，電機工作時高壓(30V)供電，而當電機在保持狀態時，低壓(5V)供電。由于步進電機經常處于保持狀態，用低壓供電可延長元器件壽命，降低功耗，提高安全性。主控制器5通過控制一個光電隔離型大功率固態繼電器控制電源6的高壓輸出的通斷。
該控制器能準確地按設定流量值和控制精度對物料流量進行調節，流量測量范圍為0.2～22噸/小時。
本發明可用作高精度的配料器，如在糧食加工行業中用作配麥器，還可以廣泛應用于化工、建材、塑料、醫藥，食品加工等行業中，實現物料的自動測量和控制，對節省物料、保證產品質量起重要作用。
顯然，根據本發明的構思和參考實施例，本領域的專業人員可以根據需要做出各種修改和變型，然而這種修改和變型并沒有超出本發明的構思，應該包括在本發明的權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種物料質量流量控制器，包括①閘閥(1)；②重力傳感器(2)；③與重力傳感器(2)相接的放大器(3)；④與放大器(3)相接的模/數轉換器(4)；其特征是該控制器還包括⑤用于計算和處理的主控制器(5)，該主控制器進行以下動作-系統初始化后進入自診斷，依次檢查傳感器(2)特性曲線、設定參數、檢查步進電機(7)和傳動機構工作是否正常？若不正常，則顯示故障，若正常，則檢查模/數轉換器(4)零點是否越限？若越限，則顯示，并等待新的鍵盤(8)指令，若正常，則直接等待鍵盤(8)指令；-自診斷正常后進入工作狀態，將傳感器(2)測得的物料流量值經放大、轉換成數字信號，與鍵盤(8)輸入的設定流量值進行比較，判斷兩者之間的誤差是否在精度范圍內？是，則等待采樣周期，進行下一輪采樣；否則，-判斷誤差正或負，決定步進電機(7)正轉或反轉；然后，-用PID算法計算控制量，決定步進電機(7)移動的距離；然后，-控制步進電機(7)運轉，由步進電機(7)驅動傳動機構使閘閥(1)位移，調節物料流量；然后，-依次檢查步進電機(7)、傳動機構、工藝系統是否正常？不正常，則顯示報警信號，若正常，則判斷遠程操作下是否就地緊急停車？是，則緊急停車并報警，否則等待采樣周期到時，進行下一輪采樣；⑥由主控制器(5)控制輸出的供步進電機工作的電源(6)。
2.如權利要求1所述的物料質量流量控制器，其特征在于所述的步進電機(7)工作時，電源(6)輸出電壓為30伏，步進電機(7)處于維持狀態時，電源(6)輸出電壓為5伏。
全文摘要
本發明公開了一種在線檢測和控制物料流量的控制器，該控制器由閘閥、傳感器、信號放大器、模/數轉換器、主控制器和步進電機組成。主控制器設有鏈盤和顯示設備，在主控制器內設有相應的控制和計算程序。該控制器具有結構緊湊，工作可靠性高和使用靈活等特點。該控制器可以廣泛應用于各種物料流量自動檢測和控制的領域。
文檔編號G05D7/06GK1089372SQ93108620
公開日1994年7月13日 申請日期1993年7月14日 優先權日1993年7月14日
發明者田肇生, 方圓 申請人:核工業理化工程研究院