2025年04月04日 13:08:06 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：2
| 自动灌装机的集中控制和分散控制设计 | 2020-01-19 |
| 工业计算机自动灌装机的发展经历了集中控制和分散控制两个阶段。在集中控制模式下，计算机不仅具有过程控制、工况实时显示、数据存储、报表打印等功能，还完成了对各对象的直接控制和数据采集。一旦电脑出现故障，自动灌装机就会瘫痪，影响正常生产。随着微处理器技术、网络技术和通信技术的发展，分散控制模式应运而生。它由一个主机和几个通过网络连接的从机组成。主计算机不参与对每个对象的直接控制，而是将控制任务交给每个从计算机。 为了提高灌装机的可靠性，即在硬件上备份另一台主机。一旦主机发生故障，备份主机将立即接管灌装机的控制权，保证连续生产。液体灌装机设计的工业计算机液体灌装机采用了广泛应用的虚拟技术。在分散控制的基础上，给出了其中一台从机主机（此处称为虚拟主机）的主控制功能。在不增加硬件成本的前提下，一旦主机发生故障，虚拟主机将立即接管自动灌装机的控制权，控制所有从机协调工作，完成配料任务，充分体现了“软件即设备”的设计理念，具有广阔的应用前景。 液体灌装机的总体组成及实现方法。 自动灌装机的总体组成。自动灌装机采用可编程控制器实现两种液体的自动混合。自动灌装机主要考虑不同状态下动作的连续性和相关性，对不同状态进行不同的动作控制输出，实现AB两种液体混合的周期性控制（包括单周期）。自动灌装机的可编程控制器可节省人力、物力，节约成本。该方案的合理性、全面性和可靠性，使液体混合安全可靠。 自动灌装机采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。这对提高企业生产管理自动化水平有很大帮助。同时，提高了自动灌装机生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动。因此，具有广阔的市场前景。液体混合自动灌装机是为满足社会工厂的需要而诞生的。 自动灌装机的整个设计过程按工艺流程进行设计，为设备的安装、运行、保护和维护提供服务。本设计根据自动灌装机编制，主要包括:工作条件；项目向电气控制电路提供的具体数据系统尽可能经济、合理、实用。在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，降低了设备成本。自动灌装机在选择方案和零部件时，将更多地考虑新技术、新产品。从手动控制到自动控制，从模拟控制到微机控制，功能由一到多实现，越来越完善。液体混合自动灌装机的一部分是大型工业控制系统的改造升级。控制装置需要根据企业技术和设备的现状来建造，并且需要在以前的系统中使用尽可能多的组件。自动灌装机改造后的操作方式人机交互方式应尽量与改造前相似，以便操作人员能迅速掌握。从企业的改造要求可以看出，在新型自动灌装机中，需要处理模拟量和大量开关量。自动灌装机可靠性高。人机界面友好，应具有数据存储、分析和汇总的能力。 自动灌装机由主从式工控机组成。主从式工控机自动灌装机通过串行总线（称为总线I）与各从机（包括虚拟主机）相连，虚拟主机也通过串行总线（称为主线U）与其它从机相连，形成双总线结构。上位机通过串行总裁1控制自动灌装机，虚拟主机在获得自动自动灌装机的控制权后通过串行总线2控制自动灌装机。 主机的主要功能包括过程控制、实时显示和状态报警、数据存储、报表打印、公式优化和管理咨询。 在主机的管理下，各从机（包括虚拟主机）根据公式的要求控制自己的对象，完成数据的采集、处理、存储和显示、故障诊断和报警、数据通讯等任务。 在自动灌装机的设置过程中，确认预先给出了从机的虚拟主机。一旦主机出现故障，虚拟主机将接管自动灌装机的控制棒，控制各从机协调完成配料任务。 自动灌装机控制权与图像处理权的交换。 为了实现自动灌装机控制权在主机和虚拟主机之间的连续切换，关键问题是解决主机和虚拟主机工作状态的相互检测和判断。为了解决这一问题，根据工业计算机自动灌装机的工作特点，在下位机软件设计中设置了主状态定时器和循环寄存器。主状态定时器由虚拟主命令启动，并一直工作。只有批处理循环命令才能清除它。从机根据循环寄存器的内容和状态定时器的值来确定主机的工作状态。如果在循环的整数倍内未收到循环指令，则确定主故障。虚拟主机接管自动灌装机的控制，并控制每个从机通过串行总线N:继续工作。 主机恢复正常后，如何恢复自动灌装机的控制权也是一个亟待解决的问题。当主机正常时，它继续向每个从机发送批处理周期命令。虚拟主机接收到命令后，首先向各从机发送废品信息，然后移交自动灌装机的控制。主机恢复自动灌装机控制后，一方面控制灌装机继续运行，另一方面补充原始数据，实现灌装机控制权的连续切换，保证数据的连续性。机器视觉自动充填机是近年来发展迅速的一种在线充填方法。在获得多个序列图像之后，桶子中的液体填充方法分别在奇帧图像和偶帧图像中累积每个像素的或最小灰度级，然后用差分算法减去静态背景；最后进行阈值分割，判断是否存在液体杂质。但该方法对噪声敏感，不能区分气泡和杂质。液体灌装机研究了一种基于PCNN方法的液体杂质填充方法。在该方法中，提出了一种改进的PCNN方法对差分图像进行分割，通过检测运动物体的连续性和平滑性来判断运动物体是否为液体杂质。但这种方法不能直接区分气泡和杂质，主要是通过机械设计来减少气泡的产生。因此，如果产生泡沫，可能会导致错误的判断。 因为有些液体杂质在静止时可能在桶底，在这种情况下很难填充。有必要移动桶子里的液体。杂质随着液体从桶子底部移走，从而更清楚地观察到杂质的存在。同时，液体中的杂质和桶子上的痕迹在一幅图像中具有相同的特征，无法区分。如果桶子静止，桶子里的液体移动，就可以得到连续的图像序列。通过对序列中多帧图像的运动分析，识别出桶子上的痕迹和液体中的杂质。 为此，采用专门设计的自动灌装机来实现上述目的。自动液体杂质灌装机采用机械装置高速停止旋转输液桶，然后配合反光镜和摄像机拍摄连续的序列图像，无视角偏差.首先，机械装置加速输液桶进入旋转区域的旋转。当输液桶即将离开旋转区域时，加速度停止，输液桶自由旋转（以减少振荡产生的气泡）。当输液桶“进入急停区”时，光电探测器将控制机械装置停止输液桶，桶内液体因惯性而继续旋转。此时，摄像机开始“通过镜子”拍摄输液桶的连续序列镜，并旋转一定角度，保证摄像机能够跟踪和拍摄输液桶的序列图像”，如图1（b）所示（注意，由于需要一定的传输时间，输液桶力-1尚未进入紧急停止区域）。输液桶“继续向前移动，反射器继续相应旋转，直到输液桶n-1进入紧急停止区域。此时，反射镜立即返回图2（a）所示的位置，并开始跟踪下一个输液桶。同时完成了输液桶连续序列图像采集。 化工厂工控机配料生产线由10台防爆电子秤和1台液位计组成。每台计量防爆电子秤按配方要求计量一种物料。物料通过输送机输送到配料罐。在配料罐中加入适量的水后，将材料充分混合，形成浆液。然后将浆液送至下一工序使用。液位计测量配料罐的液位高度，当液位高于报警线时产生报警信号，防止泥浆外溢。配料系统采用人机界面，更直观地了解设备的工况和参数值，操作调试简单。采用Eb8000v451编写触摸屏监控界面软件，是一款功能非常强大的触摸屏称重显示设计软件。根据监控软件，建立称重显示设备操作面板，配置操作参数，实现具体功能。通过触摸屏还可以对被控设备进行实时控制，如在线设置配料系统的一些工艺参数，调整不同液体物料的延迟时间和配方等，现场显示被控设备的运行情况，并用图形和数值对状态参数进行实时图像监控，使生产人员能够快速了解整个配料系统主要设备的运行情况。 原自动灌装机控制方式采用上下位机控制方案。上位机安装在中控室，完成配料过程的输入、修改、实时显示、数据存储和报表打印，直接参与控制各计量防爆电子秤的上下料动作。下位机实际上是安装在生产现场的多通道数据采集单元，负责称重信号和液位信号的数据采集和本地显示。收集的数据通过串行总线发送到上位机进行处理。“液体灌装机虽然采用上下位机结构，但从控制特点来看，仍属于集中控制模式。经长期运行发现，只要计量防爆电子秤发生故障，整个自动灌装机将处于静止状态，故障排除后，才能恢复运输大厅，对生产影响很大。后来，在这套液体灌装机的技术改造中，进行了如下改进：。 用分散控制方法代替原来的集中控制方法。 主机不再参与对每台计量防爆电子秤的直接控制，而是由每台从机直接控制。 利用虚拟主机技术提高自动灌装机的可靠性。 主监控界面能直观显示整个配料控制系统的工作状态、配料方式、配料漏斗不足报警，底部有页面切换按钮。在主监控界面按不同的按钮，进入不同的子界面。 配方界面可用于制备不同的液体材料。 历史界面记录材料配方中各种液体材料的方法、日期、时间、序列号和重量。 时间设置界面设置系统各工作过程的延迟时间参数（如送料、灌装、循环的延迟时间参数设置）。 液体灌装机符合工业4.0的新趋势、国家2025计划和智能包装车间的发展要求。 防爆电子秤由企业资源计划系统支持，与自动充液生产线连接，实现从决策、管理到实施的生产信息化全过程。 提供全面准确的生产信息反馈，为生产管理和质量控制提供依据，便于及时进行数据分析；液体灌装机将灌装线动作作为一个整体进行调度和实施，并及时报警突发事件，提高装卸计划的准确性，提高作业安全性；。 记录灌装线的生产能力和运行情况，协助经理改进和提高产品性能和工艺操作；。 液体灌装机协调原材料、生产、运输等相关部门，使各部门更加紧密配合，提高生产效率。 输入灌装生产线的维修计划、自检计划等数据，提醒设备用户及时维修。 3.1自动灌装机配置。 自动灌装机组成：主机采用标准工控机下位机，也称称重控制器。液体灌装机是以51系列单片机为核心开发的各称重控制器控制计量防爆电子秤，直接控制配料过程，完成数据采集、处理、存储显示、故障检测报警、数据通讯等任务。 实际上，液位计也是称重控制器，只测量配料罐的重量，不参与控制。根据配料罐的重量、体积、浆液比重等参数，将料位高度换算后传送到上位机，上位机根据配料罐的料位高度控制自动灌装机的循环速度，有效防止浆液外溢。在自动灌装机的设置过程中，将液位计定义为虚拟主机。一旦主机发生故障，液位计将接管液体灌装机的控制，并控制液体灌装机的连续运行。 主机和每个从机之间的通信。虚拟主机与其他从机之间的通信采用RM22串行通信标准。标准工业个人计算机一般都配有RS-232串行接口。因此，有必要建立一个协议转换器-整个液体灌装机是主从式双总线工业PC机液体灌装机。 从机软件设计。 软件采用51系列单片机汇编语言编写。在软件设计过程中，采用模块化结构。除了具有固有功能的软件模块外，还应设计用于检测和判断主机工作状态的功能模块（称为虚拟主机模块）。此外，为了提高自动灌装机的灵活性，从软件中灌装机应尽可能独立于工艺流程。这样，当进程更改时，只需要更改主机软件。依赖软件过程。 虚拟主机模块是实现虚拟技术的关键。在虚拟主机模块的设计过程中，设置了虚拟主机标识、自动灌装机控制标识和循环定时器。虚拟主机的标识由虚拟主机的命令设定或重置，表示从机为虚拟主机的资格：自动灌装机的控制标识表示自动自动灌装机控制权的归属，标记设置表示自动灌装机的控制权属于虚拟主机，标记重置表示自动灌装机的控制权属于虚拟主机。 一旦主计算机C接管自动灌装机的控制，虚拟主计算机设置自动灌装机的控制标记，启动循环定时器，并周期性地向各从计算机发送循环命令，以控制自动自动灌装机的连续运行。 动态数据交换是Windows系统支持的三种内部通信机制之一。它是一个开放的基于消息的数据交换协议，也是应用程序之间的合作标准。该协议允许应用程序使用windows的消息处理机制交换数据和执行远程命令。动态数据交换是无需用户干预的数据交换方法。在根据动态数据交换协议在两个应用程序之间交换数据之前，必须建立客户机（客户机-服务器）关系。动态数据交换应用程序使用三个级别的项目名称、主题名称和应用程序名称来标识在客户端和服务器之间传递的数据单元。客户机和服务器通过链接交换数据。 | |
