专利名称：一种物料计量控制方法、控制器、系统及搅拌站的制作方法
技术领域：
本发明涉及计量控制领域，特别是一种物料计量控制方法、控制器、系统及搅拌站。
背景技术：
在各种搅拌站中，一般需要先对砂、石等原材料进行精确且快速的计量，再进行混合搅拌。现有的计量技术使用高低两种频率来控制螺旋输送机对称量斗输送物料进行计量，并由称量斗中的重量传感器将物料的重量信号传换成电子信号传输至信号变送器，再传送到PLC。由于只有两档的频率计量而螺旋输送机惯性大、功率高，当计量值接近目标值后，一段时间内不计量，即进入秤稳阶段，利用螺旋输送机惯性输送原材料，直至螺旋输送 机停止计量出实际称量值；若实际称量值较目标值还有一定差距，则还需要补秤。整个计量过程可能需要反复进行秤稳阶段和补秤阶段，直至达到目标值，进而耗时较长。另外高低频的转换过程中，频率较大的跨度容易造成电机损耗，减少电机的寿命。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高计量精度和效率，并减小电机损耗的物料计量控制方法、控制器、系统及搅拌站。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种物料计量控制方法，所述控制方法包括，根据变频控制策略和预设的物料计量目标重量计算物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值，所述变频控制策略使所述物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率；接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量；当所述重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时，控制变频器根据所述变频控制策略进行换档变频。本发明还提供了一种控制器，用于物料计量，包括输入装置、存储装置、控制装置以及输出装置，所述输入装置，用于接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量；所述存储装置，用于存储预置的物料计量目标重量；所述控制装置，用于根据变频控制策略和预设的物料计量目标重量计算物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值，当所述重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时发送换档控制指令，所述变频控制策略使所述物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率；所述输出装置，用于接收所述控制装置发送的控制指令，并将控制指令输出至变频器控制物料输送机电机换档变频。本发明还提供了一种物料计量控制系统，所述系统包括物料输送机、变频器、控制器以及重量检测装置，所述物料输送机，用于根据所述变频器输出的物料输送机电机频率输送物料；所述变频器，用于根据所述控制器发送的控制指令改变物料输送机的电机频率；所述控制器，用于根据所述物料输送机所输送物料的重量控制所述变频器对物料输送机电机进行换档变频；所述重量检测装置，用于检测物料输送机所输送物料的重量，并将重量信号发送至控制器，所述控制器为上述控制器。本发明还提供了一种搅拌站，包括搅拌系统、物料供给系统、计量系统和控制系统，所述计量系统包括上述物料计量控制系统。本发明的技术效果在于通过物料输送机电机频率呈多频变换，使物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率，并在重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时换档变频，整个计量过程更加灵活，且在计量接近目标值时，物料输送机电机频率越来越小，传输速度则越来越小，落差趋近于零，计量误差完全处于一个可控制范围之内，使整个计量过程无间断完成，从而提高计量精度和效率。另外物料输送机电机频率变换更为平缓，也减小了对物料输送机电机的损耗，延长了其寿命。


图I为本发明实施例提供的物料计量控制方法流程示意图；图2为理想情形下物料计量的正弦曲线图；图3为本发明另一个实施例提供的基于正弦曲线变化的物料计量控制方法流程图；图4为图3中步骤S303的具体流程图；图5为图3提供的物料计量控制的一种具体实施方式
；图6为本发明实施例提供的用于物料计量的控制器的结构图；图7为本发明实施例提供的物料计量控制系统的结构图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种物料计量控制方法，采用多点变频处理，使得整个计量过程中，物料输送机电机频率变换跳跃幅度小且效率高。一般而言，实现该控制方法的设备包括物料输送机、变频器、控制器以及重量检测装置，通过控制器控制变频器，使物料输送机电机频率发生改变以控制物料输送速度，并结合重量检测装置的反馈控制整个物料计量过程。理想的计量流程一般要求精度准，效率高，且对硬件设备损耗小，所以在理论上，一方面，计量的精度在于接近目标值时电机频率的大小，即在越接近目标值时，物料输送机电机的频率越小，就能保证落料误差越小，从而提高了计量精度；另一方面，平滑的频率变化有利于电机的运行，可以减小电机损耗，延长电机寿命。故理想的计量曲线必须有一个起伏而且变化较平缓，而且有峰值，最后要求斜率趋近于零。根据上述分析，如图I所示为本发明实施例提供的一种物料计量控制方法流程示意图，具体步骤包括S101.根据变频控制策略和预设的物料计量目标重量计算物料输送机电机每次换挡变频前输送物料的重量值，所述变频控制策略使所述物料输送机电机的工作频率从非最闻频率开始逐步升闻至最闻频率，然后逐步降低至最低频率；S103.接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量；
S105.当所述重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时，控制变频器根据所述变频控制策略进行换档变频。通过上述控制方法物料输送机电机频率呈多频变换，使物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率，并在重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时换档变频，整个计量过程更加灵活，且在计量接近目标值时，物料输送机电机频率越来越小，传输速度则越来越小，落差趋近于零，计量误差完全处于一个可控制范围之内，使整个计量过程无间断完成，从而提高计量精度和效率。另外物料输送机电机频率变换更为平缓，也减小了对物料输送机电机的损耗，延长了其寿命。优选地，所述变频控制策略具体为根据设定的物料输送机电机频率档位以及从所述物料输送机电机频率档位确定非最高频率的起始档位构造以频率为纵轴，以时间为横轴的正弦曲线，使物料输送机电机频率档位变换拟合所述构造的正弦曲线从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率。
优选地，所述物料输送机的电机频率至少有3个高低不同的档位。优选地，所述根据所述物料输送机电机频率档位确定的起始档位为所述设定物料输送机电机档位中的频率大小居中的档位。优选地，所述物料输送机电机频率档位每次变换前的工作时间相等。由于根据对理想计量流程的分析，物料输送机电机频率满足条件即可达到技术效果，本发明实施例选取了正弦曲线以满足理想计量流程曲线的要求，所以本发明实施例还提供了一种物料输送机电机频率基于正弦曲线变化的控制方法。可以理解地，能够实现技术目的的变化曲线并非只限于正弦曲线，本发明实施例仅仅以正弦曲线为例，以下对该实施例进行具体说明。图2为理想情形下物料计量的正弦曲线图，其中，T为计量的时间轴；F为物料输送机电机的频率(与物料输送机电机的传输速度有关)；由于电机频率与输送物料质量成比例关系，因而曲线与坐标轴形成的封闭图形的面积可以看做物料计量的称量值。如图所示，A点为正弦曲线最高点，即最高频率点，理想状态下为电机的额定功率点为初始频率点；C点为正弦曲线最低点，即计量结束点，电机频率趋向于零。在实际的情况下，多频率控制的电机一般无法做到与理想计量流程曲线完全一致的趋近于无限频率点的控制，但是也可以根据理想计量曲线设置电机多频率运行，使计量曲线尽量与理想计量流程曲线拟合，使其大致呈正弦曲线。基于上述分析，本发明该实施例提供的基于正弦曲线的物料计量控制方法，如图3所示，具体步骤如下S301.接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量；S303.根据变频控制策略和预设的物料计量目标重量计算物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值，所述变频控制策略使所述物料输送机电机的工作频率从非最闻频率开始逐步升闻至最闻频率，然后逐步降低至最低频率；具体而言，上述步骤S303的详细步骤，如图5所示如下S3031.根据实际情况对控制器进行参数设定，以确定物料输送机电机的频率档位，该频率档位一般为3个以上。具体而言，所述设置频率档位的曲线函数为
Y =香 sin(x —營)+ 其中，A为物料输送机电机的额定频率，0〈x ( 31。因而根据X的不同取值即可算出物料输送机电机不同频率Y，从而设置出物料输送机电机频率档位。为了拟合正弦曲线函数并尽量减小误差，此处对X的取值需要做一些限制，根据确定设置的档位数确定X的取值，从而确定物料输送机电机的档位频率，即当设置n(n为整数，且η彡3)档时，直接在O到π区间内等间距划分η个区间就能获得符合条件的具体档位的频率大小。例，如图5所示，将物料输送机电机频率设置为7档时，则X的
值即fη，一一代入曲线公式中就能够得到七个档位的频率大小。S3033.根据所述物料输送机电机频率档位确定起始档位。为了避免过度损耗物料 输送机电机,起始档位不宜为频率最高档，即起始档位可以为除频率最高档位以外的其他档位，使物料输送机电机频率有一个从低到高，再从高到底的变化过程。由于物料输送机电机频率与物料输送速度呈线性正比关系，因而起始频率越低，物料计量的效率必然越低，因而为了兼顾计量效率和物料输送机电机损耗，起始档位最好选择频率大小居中的档位(档位数η为奇数时，频率大小居中的档位为η/2档；档位数η为偶数时，频率大小居中的档位为n/2-l档和n/2+l档)。例，如图5所示，若将物料输送机电机频率设置为7档，起始档位可以选择I至6任一档位,但最好选择4档。S3035.以频率F为纵轴，时间T为横轴，根据所述起始档位频率以及所述其他档位频率构造正弦曲线,使物料输送机电机频率变换曲线拟合所述正弦曲线。由于每个档位频率的选取是基于等距的X值确定的，故每个档位频率在所述构造的正弦曲线对应的横轴时间值T成等距关系，即所述物料输送机电机频率档位每次变换前的工作时间相等，则物料输送机电机频率变换曲线以所述起始档位频率以及所述除起始档位频率以外其他档位频率为转折点沿着所述构造的正弦曲线呈横向等距的阶梯状。如图5所示，以设定7档频率以及第4档为起始频率为例，构造正弦曲线，则物料输送机电机频率拟合该正弦曲线从第4档频率开始，每经过单位时间上升一档频率形成曲线转折点，直至最高频率，然后每经过单位时间下降一档频率形成曲线转折点，直至最低频率。S3037.根据所述拟合的物料输送机电机频率变换曲线，计算物料输送机电机每次换档变频时曲线与坐标轴所形成累计面积和全部曲线与坐标轴所形成总面积的比例关系。由于物料输送机电机每档频率确定，以及每次换档所经过的时间相等，且物料输送机电机频率变换曲线以所述起始档位频率以及所述除起始档位频率以外其他档位频率为转折点沿着所述构造的正弦曲线呈横向等距的阶梯状，从而可以分别计算出所述拟合的物料输送机电机频率变换曲线中每个转折点频率所持续时间的矩形面积，则每次换档变频时曲线与坐标轴所形成累计面积每次换档变频之前所述拟合的物料输送机电机频率变换曲线中的经过不同转折点频率所持续时间的矩形面积之和，全部曲线与坐标轴所形成总面积为所述拟合的物料输送机电机频率变换曲线全部转折点频率所持续时间的矩形面积之和，从而得出物料输送机电机每次换档变频时曲线与坐标轴所形成累计面积和全部曲线与坐标轴所形成总面积的比例关系。如图5所示，由于拟合的物料输送机电机频率变换曲线呈阶梯状，故以每次换档变频为界限将其划分为10个矩形，分别计算出每个矩形的面积，然后通过将矩形面积相加可以计算出每次换档变频时曲线与坐标轴所形成累计面积和全部曲线与坐标轴所形成总面积，从而得出比例关系。S3039.根据物料输送机电机每次换档变频时曲线与坐标轴所形成累计面积和全部曲线与坐标轴所形成总面积的比例关系计算物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值。由于电机频率与输送物料质量成线性正比关系，因而曲线与坐标轴形成的封闭图形的面积可以看做物料计量的称量值，即物料输送机电机每次换档变频时曲线与坐标轴所形成累计面积和全部曲线与坐标轴所形成总面积的比例关系可以看成是物料输送机电机每次换档变频时输送物料累积重量与物料计量目标重量的比例关系。所以根据该比例关系以及预置的物料计量目标重量可以计算出物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值。S305.当重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时，控制变频器根据所述变频控制策略进行换档变频。具体而言，所述重量检测装置用于检测物料输送机输送物料的重量，且与控制器线路连接。当测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时，即将信号发送给控制器，由控制器控制变频器使物料输送机电机频率进行换档 变频。上述物料计量控制方法使得物料输送机电机频率呈多频变换，使物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率，并在重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时换档变频，整个计量过程更加灵活，且更易控制计量误差，避免秤稳及补秤的流程，从而提高计量精度和效率。另外物料输送机电机频率变换更为平缓，也减小了对物料输送机电机的损耗，延长了其寿命。本发明实施例还提供了一种控制器，用于物料计量，如图6所示，包括输入装置601、存储装置603、控制装置605以及输出装置607。其中，所述输入装置601，用于接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量;所述存储装置603，用于存储预置的物料计量目标重量和物料输送机电机频率档位,所述物料输送机电机频率档位数至少为3个；所述控制装置605，用于根据所述存储装置603存储的物料输送机电机频率档位数计算每个档位的频率以及确定非最高频率的起始档位，从而制定变频控制策略，并根据所述存储装置603存储的物料计量目标重量以及所述变频控制策略计算物料输送机电机每次换档变频前的累积物料重量，然后根据所述输入装置601接收的接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量发送控制指令。所述控制装置605具体包括控制策略制定设备6051、换档重量计算设备6053、逻辑判断设备6055以及换档变频设备6057。所述控制策略制定设备6051，用于根据所述存储装置603存储的物料输送机电机频率档位数计算每个档位的频率以及确定非最高频率的起始档位，从而制定变频控制策略；所述换档重量计算设备6053，用于根据所述存储装置603存储的物料计量目标重量以及所述控制策略制定设备6051制定的变频控制策略计算物料输送机电机每次换档变频前的累积物料重量；所述逻辑判断设备6055，用于根据所述换档重量计算设备6053计算出的物料输送机电机每次换档变频前的累积物料重量与输入装置601接收的接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量判断是否对物料输送机电机进行换档变频；所述换档变频设备6057，用于根据所述逻辑判断设备6055做出的判断以及所述变频控制策略制定设备6051制定的控制策略发出换档变频的控制指令。所述输出装置607，用于接收所述控制装置605发送的控制指令，并将控制指令输出至变频器控制物料输送机电机换档变频。所述控制器工作过程如下首先，由操作人员根据具体情况和经验在存储装置603中预置物料计量目标重量，确定物料输送机电机频率档位数，该频率档位数至少为3个；然后，控制装置605中的控制策略制定设备6051根据所述存储装置603存储的物料输送机电机频率档位数计算每个档位的频率以及确定非最高频率的起始档位，从而确定变频控制策略，并由控制装置605中换档重量计算设备6053根据所述存储装置603存储的物料计量目标重量以及所述控制策略计算物料输送机电机每次换档变频前的累积物料重量，进而控制装置605中的逻辑判断设备6055判断是否对物料输送机电机进行换档变频，当输入 装置601接收的接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量达到所述换档重量计算设备6053计算出的物料输送机电机每次换档变频前的累积物料重量时，即作出换档变频的判断，从而由控制装置605中换档变频设备6057根据该判断以及所述控制策略制定设备6051制定的变频控制策略发出换档变频(包括变换为第几档)的控制指令；最后，输出装置607将控制装置605发出的控制指令发送至变频器，由变频器实现物料输送机电机换档变频。上述控制器使得物料输送机电机频率呈多频变换，使物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率，并在重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时换档变频，整个计量过程更加灵活，且更易控制计量误差，避免秤稳及补秤的流程，从而提高计量精度和效率。另外物料输送机电机频率变换更为平缓，也减小了对物料输送机电机的损耗，延长了其寿命。本发明实施例还提供了一种物料计量控制系统，如图7所示，包括物料输送机701、变频器703、控制器705以及重量检测装置707。其中，所述物料输送机701，用于根据所述变频器703输出的物料输送机电机频率输送物料；所述变频器703，用于根据所述控制器705发送的控制指令改变物料输送机701的电机频率；所述控制器705，用于根据所述物料输送机所输送物料的重量控制所述变频器703对物料输送机电机进行换档变频；所述重量检测装置707，用于检测物料输送机所输送物料的重量，并将重量信号发送至控制器705。所述控制器705即为上述控制器，其结构和功能已经在上述说明了做了较为详细的阐述，此处不再赘述。在所述控制器的控制下，所述物料计量控制系统的各个组成结构配合工作，实现物料计量控制功能。上述物料计量控制系统使得物料输送机电机频率呈多频变换，使物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率，并在重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时换档变频，整个计量过程更加灵活，且更易控制计量误差，避免秤稳及补秤的流程，从而提高计量精度和效率。另外物料输送机电机频率变换更为平缓，也减小了对物料输送机电机的损耗，延长了其寿命。本发明实施例还提供了一种搅拌站，包括搅拌系统、物料供给系统、计量系统、控制系统以及外配套设备，所述计量系统包括上述物料计量控制系统。本发明的技术方案可以运用于混凝土搅拌站、浙青搅拌站、干粉砂浆搅拌站等各种建材搅拌站。上述搅拌站通过物料计量控制系统使得物料输送机电机频率呈多频变换，使物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率，并在重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时换档变频，整个计量过程更加灵活，且更易控制计量误差，避免秤稳及补秤的流程，从而提高计量精度和效率。另外物料输送机电机频率变换更为平缓，也减小了对物料输送机电机的损耗，延长了其寿命。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种物料计量控制方法，其特征在于，所述控制方法包括 根据变频控制策略和预设的物料计量目标重量计算物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值，所述变频控制策略使所述物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率； 接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量； 当所述重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时，控制变频器根据所述变频控制策略进行换档变频。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述变频控制策略具体为 根据设定的物料输送机电机频率档位以及从所述物料输送机电机频率档位确定非最高频率的起始档位构造以频率为纵轴，以时间为横轴的正弦曲线，使物料输送机电机频率档位变换拟合所述构造的正弦曲线从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述物料输送机的电机频率至少有3个高低不同的档位。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述物料输送机电机频率档位确定的起始档位为所述设定物料输送机电机档位中的频率大小居中的档位。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物料输送机电机频率档位每次变换前的工作时间相等。
6.一种控制器，用于物料计量，包括输入装置、存储装置、控制装置以及输出装置，其特征在于， 所述输入装置，用于接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量； 所述存储装置，用于存储预置的物料计量目标重量； 所述控制装置，用于根据变频控制策略和预设的物料计量目标重量计算物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值，当所述重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时发送换档控制指令，所述变频控制策略使所述物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率； 所述输出装置，用于接收所述控制装置发送的控制指令，并将控制指令输出至变频器控制物料输送机电机换档变频。
7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述存储设备，还用于存储预设的物料输送机电机频率档位数； 所述控制装置包括控制策略制定设备、换档重量计算设备、逻辑判断设备以及换档变频设备， 所述控制策略制定设备，用于根据所述存储装置存储的物料输送机电机频率档位数计算每个档位的频率，并从所述物料输送机电机频率档位确定非最高频率的起始档位，从而制定变频控制策略； 所述换档重量计算设备，用于根据所述存储装置存储的物料计量目标重量以及所述控制策略制定设备制定的变频控制策略计算物料输送机电机每次换档变频前的累积物料重量；所述逻辑判断设备，用于根据所述换档重量计算设备计算出的物料输送机电机每次换档变频前的累积物料重量与输入装置接收的接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量判断是否对物料输送机电机进行换档变频； 所述换档变频设备，用于根据所述逻辑判断设备做出的判断以及所述变频控制策略制定设备制定的控制策略发出换档变频的控制指令。
8.—种物料计量控制系统，所述系统包括物料输送机、变频器、控制器以及重量检测装置， 所述物料输送机，用于根据所述变频器输出的物料输送机电机频率输送物料； 所述变频器，用于根据所述控制器发送的控制指令改变物料输送机的电机频率； 所述控制器，用于根据所述物料输送机所输送物料的重量控制所述变频器对物料输送机电机进行换档变频； 所述重量检测装置，用于检测物料输送机所输送物料的重量，并将重量信号发送至控制器， 其特征在于，所述控制器为权利要求6或7所述的控制器。
9.一种搅拌站，包括搅拌系统、物料供给系统、计量系统和控制系统，其特征在于，所述计量系统包括权利要求8所述物料计量控制系统。
全文摘要
本发明提供了一种物料计量控制方法，所述控制方法包括，根据变频控制策略和预设的物料计量目标重量计算物料输送机电机每次换档变频前输送物料的重量值，所述变频控制策略使所述物料输送机电机的工作频率从非最高频率开始逐步升高至最高频率，然后逐步降低至最低频率；接收重量检测装置测得的物料输送机输送物料的重量；当所述重量检测装置测得物料输送机输送物料的重量达到所述物料输送机电机换档变频前的物料重量值时，控制变频器根据所述变频控制策略进行换档变频。另外，本发明还提供了一种物料计量控制器、系统及搅拌站。本技术方案使物料输送机电机频率按实际需求呈多频变换提高计量精度和效率，减小损耗。
文档编号G01G19/34GK102818615SQ20121031926
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者万博, 肖雄, 王召, 瞿杰超, 王子吉力 申请人:中联重科股份有限公司