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CN118034177A - 一种用于分布式装车控制的批量控制仪 - Google Patents

一种用于分布式装车控制的批量控制仪 Download PDF

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CN118034177A CN202410160913.3A CN202410160913A CN118034177A CN 118034177 A CN118034177 A CN 118034177A CN 202410160913 A CN202410160913 A CN 202410160913A CN 118034177 A CN118034177 A CN 118034177A
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孙俊杰
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Abstract

本发明是一种用于分布式装车控制的批量控制仪,包括批控器隔爆腔内设有PLC控制器以及本安组合装置,本安组合装置包括触摸屏和安全栅,批量控制仪采用通用性和模块化设计,采用通用型PLC作为控制核心,通过配置不同的I/O模块和编写不同的控制程序,实现定量装车、自动卸车、在线混配等不同应用场合的需求,并且可以通过增加或减少控制点数来满足项目需求。系统的分布式设计,可以通过485串行口或以太网进行组网,满足不同工况的需求。采用了可靠的PLC系统和防爆设计,使得批量控制仪在恶劣环境下也能稳定运行,提高了系统的可靠性。采用通用型触摸屏作为人机界面,通过隔爆玻璃观察装车状态和参数,并通过以太网或串口与PLC控制器通信。

Description

一种用于分布式装车控制的批量控制仪
技术领域
本发明涉及化学品灌装设备技术领域,具体为一种用于分布式装车控制的批量控制仪。
背景技术
目前现有实现定量装车的方案有以下几种:
1.通过工厂DCS系统直接控制现场仪表阀门。现场仪表阀门通过硬线直接连接至中央控制室的DCS系统I/O卡件,在DCS系统中组态现场阀门仪表的控制逻辑。装车时,通过在DCS系统中设置预装量,DCS系统控制现场装车阀门开启,并读取现场流量计数据。待实装量达到预装量时,DCS系统控制现场阀门关闭。但本方案中DCS系统故障或失效,可能会导致鹤管装载现场仪表阀门不能正常开启或关闭,从而影响生产过程甚至引发事故,存在安全性问题。DCS系统直接控制鹤管装载现场仪表阀门需要通过信号传输和执行器执行来实现,这种方式存在信号传输延迟、执行器响应速度等问题,可能会导致无法准确控制阀门的开启和关闭,存在可靠性问题且维护成本高,适用范围有限。
2.通过基于单片机的批量控制仪实现定量装车控制。批量控制仪采用单片机作为控制核心,通过定制开发控制板,实现开关量、模拟量的输入和输出以及对外连接的通讯接口。定量装车系统内的仪表和阀门的信号直接进入现场批量控制仪,同时由批量控制仪控制装车控制阀。装车时,通过批量控制仪的键盘设置预装量,或者通过管理系统将预装量传送给批量控制仪,按下启动按钮后,批控仪自动执行单片机内固化的控制程序,实现定量装车控制。单片机的批量控制仪在实现定量装车时存在一些缺点,包括灵活性有限、可扩展性有限、技术维护难度较高和成本较高等问题。
3.通过现场小型PLC实现定量装车控制。定量装车系统内的仪表和阀门接入PLC的I/O模块,通过人机界面、上位机系统、控制按钮等输入装车量,由PLC根据流量计反馈的信号控制阀门的开闭,实现定量装车控制。小型PLC的扩展性差,不能实现冗余功能,不适用于在稳定性要求比较高的场合。
发明内容
本发明目的是提供一种用于分布式装车控制的批量控制仪,以解决上述背景技术中提出的问题,本发明具有既可以通过串口组态方式组网,又可以通过以太网方式组网,满足各种不同工况的需求,通用性强,便于移植到各种类型的控制场合的优点。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种用于分布式装车控制的批量控制仪,包括批控器隔爆箱,批控器隔爆箱内安装空间为批控器隔爆腔,批控器隔爆腔内设有PLC控制器以及本安组合装置,本安组合装置包括触摸屏和安全栅,触摸屏上设有第一以太网口、第一串行口、第二串行口以及USB口,触摸屏通过USB口连接有本安键盘,触摸屏和本安键盘之间通过安全栅相连,触摸屏通过Modbus RTU协议通信并联有均设置在批控器隔爆腔外部的IC读卡器和防爆LED显示屏;采用了可靠的PLC系统和防爆设计,使得批量控制仪在恶劣环境下也能稳定运行,提高了系统的可靠性。
PLC控制器上设有第三串行口、第二以太网口以及I/O模块,I/O模块包括若干个I/O端口,所述批控器隔爆腔外部设有与PLC控制器通信连接的上位机管理系统,上位机管理系统与批量控制仪之间通过串口组态方式或以太网组态方式相连。使用PLC控制器,其控制点数可以根据项目需要随意增加或减少,PLC的编程语言为梯形图等直观性语言,相较于C语言等计算机语言更容易理解和学习。通过配置不同I/O模块和不同的控制程序更为可靠,大大提高了定量装车系统的控制可靠性。
作为本发明更进一步的方案,所述串口组态方式为PLC控制器通过第三串行口与上位机管理系统相连,PLC控制器的第二以太网口与触摸屏的第一以太网口通信连接,第一以太网口和第二以太网口的接口形式均为RJ45接口,串口组态方式通信中,触摸屏为控制主站,PLC为控制从站。
作为本发明更进一步的方案,所述以太网组态方式为PLC控制器的第三串行口与触摸屏的第一串行口通信连接,PLC控制器第二以太网口与上位机管理系统相连,所述第一串行口、第二串行口、第三串行口均为485串行口,接口形式均为DB9接口。在工业控制领域,通用型触摸屏的应用十分广泛,产品成熟可靠。
作为本发明更进一步的方案,所述PLC控制器的I/O端口上连接有设置在鹤管管路上的控制阀和仪表。
作为本发明更进一步的方案,所述安全栅上设有本安端口和非本安端口,非本安端口与触摸屏的USB口相连,本安端口与本安键盘相连。
作为本发明更进一步的方案,所述PLC控制器配置控制程序模块与I/O模块配合,作为控制核心实现液体运输槽车的定量装车、自动卸车、在线混配。
作为本发明更进一步的方案,所述本安键盘与批量控制仪整体做《爆炸性环境用电气设备》认证,满足现场T3/T4的防爆等级要求。通过通用型USB安全栅将键盘连接到触摸屏上,与整个隔爆腔组成本安-隔爆结构,满足现场防爆等级要求。
作为本发明更进一步的方案,所述触摸屏上设有隔爆玻璃,触摸屏作为人机界面通过隔爆玻璃观察装车状态和参数,并通过PLC控制器通信反馈控制信号。
作为本发明更进一步的方案,所述IC读卡器上设有第四串行口,所述防爆LED显示屏上设有第五串行口,IC读卡器的第四串行口与防爆LED显示屏的第五串行口并联后与触摸屏第一串行口相连。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)批量控制仪采用通用性和模块化设计,采用通用型PLC作为控制核心,通过配置不同的I/O模块和编写不同的控制程序,实现定量装车、自动卸车、在线混配等不同应用场合的需求,并且可以通过增加或减少控制点数来满足项目需求。
2)系统中使用的所有零部件包括PLC控制器、触摸屏、安全栅、本安键盘都是通用的,使得系统的移植和配置更加灵活方便。
3)系统的分布式设计,可以通过485串行口或以太网进行组网,满足不同工况的需求。
4)由于采用了可靠的PLC系统和防爆设计,使得批量控制仪在恶劣环境下也能稳定运行,提高了系统的可靠性。
5)采用通用型触摸屏作为人机界面,通过隔爆玻璃观察装车状态和参数,并通过以太网或串口与PLC控制器通信。
6)触摸屏通过通用型USB本安键盘进行操作,本安键盘与批量控制仪整体做防爆认证,且通过通用型USB安全栅将本安键盘连接到触摸屏上,与整个批控器隔爆腔组成本安-隔爆结构,满足现场防爆等级要求。
附图说明
图1为本发明的批量控制仪与上位机系统串口组态方式示意图;
图2为本发明的批量控制仪与上位机系统以太网组态方式示意图。
图中:1-控制阀和仪表,2-批控器隔爆腔,3-PLC控制器,301-I/O模块,311-I/O端口,302-第三串行口,303-第二以太网口,4-上位机管理系统,5-IC读卡器,501-第四串行口,6-防爆LED显示屏,601-第五串行口,7-本安键盘,8-安全栅,801-本安端口,802-非本安端口,9-触摸屏,901-第一以太网口,902-第二串行口,903-第一串行口,904-USB口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅附图1,一种用于分布式装车控制的批量控制仪,包括批控器隔爆箱,批控器隔爆箱内安装空间为批控器隔爆腔2,批控器隔爆腔内设有PLC控制器3以及本安组合装置,PLC控制器可以使用西门子、三菱、台达、中控、和利时等任意品牌产品。
本安组合装置包括触摸屏9和安全栅8,触摸屏可以使用步科、繁易、屏通等任意品牌产品。触摸屏上设有第一以太网口901、第一串行口903、第二串行口902以及USB口904,所述IC读卡器5上设有第四串行口501,所述防爆LED显示屏6上设有第五串行口601,IC读卡器的第四串行口501与防爆LED显示屏6的第五串行口601并联后与触摸屏9第一串行口903相连。IC读卡器或者触摸屏传递信号给PLC控制器3。IC读卡器5或者触摸屏9只需支持ModbusRTU标准协议即可,配置灵活。
触摸屏通过USB口连接有本安键盘7,本安键盘为标准USB金属键盘,无须特殊定制。触摸屏9和本安键盘7之间通过安全栅8相连,本安键盘为标准USB金属键盘,无须特殊定制;安全栅8可以选用支持USB协议的任意厂家产品。所述安全栅8上设有本安端口801和非本安端口802,非本安端口802与触摸屏9的USB口相连,本安端口与本安键盘相连。
触摸屏通过Modbus RTU协议通信并联有均设置在批控器隔爆腔外部的IC读卡器5和防爆LED显示屏6;且其他任意支持Modbus RTU标准协议的设备,如二维码识别器、身份证读卡器等均可以直接接入本装置。所述触摸屏9上设有隔爆玻璃,触摸屏作为人机界面通过隔爆玻璃观察装车状态和参数,并通过PLC控制器通信反馈控制信号。其中触摸屏作为控制主站,PLC为控制从站。信号通讯速率为9600Hz或19200Hz。
所述本安键盘7与批量控制仪整体做《爆炸性环境用电气设备》认证,满足现场T3/T4的防爆等级要求。《爆炸性环境用电气设备》为(GB 3836.1-2010)是中国国家标准中的一个重要标准。该标准规定了在爆炸性环境中使用的电气设备的常用要求,旨在确保这些设备在危险环境下能够安全可靠地运行,以防止火灾和爆炸事故的发生。该标准的实施可以有效地保护人员和设备免受爆炸性环境带来的危险。
通过本安键盘和触摸屏设置具体装载量,反馈并通过PLC控制器控制,PLC控制器上设有第三串行口302、第二以太网口303以及I/O模块301,I/O模块301包括若干个I/O端口311,所述PLC控制器的I/O端口上连接有设置在鹤管管路上的控制阀和仪表1。所述PLC控制器配置控制程序模块与I/O模块配合,作为控制核心实现液体运输槽车的定量装车、自动卸车、在线混配。
所述批控器隔爆腔外部设有与PLC控制器通信连接的上位机管理系统4,上位机管理系统与批量控制仪之间通过串口组态方式。
所述串口组态方式为PLC控制器通过第三串行口302与上位机管理系统4相连,PLC控制器的第二以太网口303与触摸屏9的第一以太网口通信连接,第一以太网口901和第二以太网口303的接口形式均为RJ45接口,串口组态方式通信中,触摸屏为控制主站,PLC为控制从站。
实施例2
请参阅附图1,系统通讯的端口、方式、协议均不同的,当PLC控制器某一个通信端口被占用时,可以使用另一种通信方式。
所述批控器隔爆腔2外部设有与PLC控制器通信连接的上位机管理系统4,上位机管理系统4与批量控制仪之间通过以太网组态方式相连。
所述以太网组态方式为PLC控制器的第三串行口302与触摸屏的第一串行口903通信连接,PLC控制器第二以太网口303与上位机管理系统4相连,所述第一串行口903、第二串行口902、第三串行口302均为485串行口,485串行口是一种串行通信协议,也称RS-485协议。它是一种半双工的异步通信协议,可实现两个或多个设备之间的通信。485串行口可以支持多点通信,也就是说一个主控设备可以同时控制多个从设备,从而将通信线路的数量降低,提高通信效率和可靠性。且485串行口也具有较高的传输速率和抗干扰能力,其接口形式均为DB9接口。其中,DB9接口也称为DE-9接口,是一种常见的串口接口标准,用于在计算机和外部设备之间进行串行通信。由于DB9接口只提供了基本的串行通信功能,它没有规定具体的通信协议或数据格式。因此,在使用DB9接口进行通信时,需要确保计算机和外部设备之间的通信参数(如波特率、数据位、校验位等)相匹配,以确保正确的数据传输。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:包括批控器隔爆箱,批控器隔爆箱内安装空间为批控器隔爆腔(2),批控器隔爆腔内设有PLC控制器(3)以及本安组合装置,本安组合装置包括触摸屏(9)和安全栅(8),触摸屏上设有第一以太网口(901)、第一串行口(903)、第二串行口(902)以及USB口(904),触摸屏通过USB口连接有本安键盘(7),触摸屏和本安键盘之间通过安全栅(8)相连,触摸屏通过Modbus RTU协议通信并联有均设置在批控器隔爆腔外部的IC读卡器(5)和防爆LED显示屏(6);
PLC控制器上设有第三串行口(302)、第二以太网口(303)以及I/O模块(301),I/O模块包括若干个I/O端口(311),所述批控器隔爆腔外部设有与PLC控制器通信连接的上位机管理系统(4),上位机管理系统与批量控制仪之间通过串口组态方式或以太网组态方式相连。
2.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述串口组态方式为PLC控制器通过第三串行口(302)与上位机管理系统(4)相连,PLC控制器的第二以太网口(303)与触摸屏的第一以太网口(901)通信连接,第一以太网口(901)和第二以太网口(303)的接口形式均为RJ45接口,串口组态方式通信中,触摸屏为控制主站,PLC为控制从站。
3.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述以太网组态方式为PLC控制器的第三串行口(302)与触摸屏的第一串行口(903)通信连接,PLC控制器第二以太网口(303)与上位机管理系统相连,所述第一串行口(903)、第二串行口(902)、第三串行口(302)均为485串行口,接口形式均为DB9接口。
4.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述PLC控制器的I/O端口上连接有设置在鹤管管路上的控制阀和仪表(1)。
5.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述安全栅上设有本安端口(801)和非本安端口(802),非本安端口(802)与触摸屏的USB口(904)相连,本安端口(801)与本安键盘(7)相连。
6.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述PLC控制器配置控制程序模块与I/O模块(301)配合,作为控制核心实现液体运输槽车的定量装车、自动卸车、在线混配。
7.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述本安键盘(7)与批量控制仪整体做《爆炸性环境用电气设备》认证,满足现场T3/T4的防爆等级要求。
8.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述触摸屏(9)上设有隔爆玻璃,触摸屏作为人机界面通过隔爆玻璃观察装车状态和参数,并通过PLC控制器通信反馈控制信号。
9.根据权利要求1所述的用于分布式装车控制的批量控制仪,其特征在于:所述IC读卡器(5)上设有第四串行口(501),所述防爆LED显示屏(6)上设有第五串行口(601),IC读卡器的第四串行口与防爆LED显示屏的第五串行口(601)并联后与触摸屏第一串行口(903)相连。
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