本发明公开了一种液体高精度灌装智能测控方法,智能灌装测控方法基于AD转换模块、灌装执行控制模块、无线通信模块、电源模块、继电器模块、大流量电磁阀、小流量电磁阀、灌装泵、灌装容器、称重传感器模块、信号智能处理模块、系统参数配置模块、灌装数据存取模块以及灌装参数整定模块；所述智能测控方法：综合考虑灌装冲击力、灌装落差、电磁阀响应时间等时变因素的影响，通过在标定阶段对灌装测控系数k、基准冲击重量wk、基准滞后时间td以及平均灌装速率r的计算提取，结合生产灌装过程动态称重测量数据及其变动量、灌装时长等对小流量电磁阀的灌装延迟时间△t进行动态修正，并以此为生产灌装精度控制参数对大流量电磁阀与小流量电磁阀的开启、关断进行智能控制，从而保证灌装精度和灌装速度。
1.一种液体高精度灌装智能测控方法，其特征在于：该方法基于硬件和软件两部分；硬件部分包括：AD转换模块(1)、灌装执行控制模块(2)、无线通信模块(3)、电源模块(4)、继电器模块(5)、大流量电磁阀(6)、小流量电磁阀(7)、灌装泵(8)、灌装容器(9)、称重传感器模块(10)；软件部分包括：信号智能处理模块、系统参数配置模块、灌装数据存取模块以及灌装参数整定模块；所述AD转换模块(1)的输入数据来自称重传感器模块(10)，输出数据给信号智能处理模块；所述灌装执行控制模块(2)可与无线通信模块(3)、信号智能处理模块、灌装参数整定模块、系统参数配置模块进行数据交互；所述继电器模块(5)用于灌装执行控制模块(2)对大流量电磁阀(6)和小流量电磁阀(7)的控制；所述无线通信模块(3)用于灌装执行控制模块(2)与设备总控或生产管理信息系统进行生产管理信息交互；
a.求取小流量电磁阀(7)单独灌装时间tx与灌装重量wx的对应关系wx＝ktx中的系数k：
通过系统参数配置模块设置小流量电磁阀(7)以不同的灌装时间tx单独进行n次(n≥5)灌装，灌装数据存取模块记录每次设置的灌装时间txi及灌装结束后信号智能处理模块的灌装称重数值wxi，从而得到灌装时间tx与灌装称重数值wx的n组样本：(tx1，wx1)…(txi，wxi)…(txn，wxn)；灌装参数整定模块将所得n组样本通过最小二乘法进行数值拟合得到灌装时间tx与灌装称重数值wx的对应关系系数k；
b.求取大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步灌装的基准冲击重量wk、基准滞后时间td及平均灌装速率r：首先，通过系统参数配置模块设置大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步，同时开启，同时关断，灌装时长为tf，灌装执行控制模块(2)控制大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步开启，并开始计时，当计时时长等于tf时，大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步关断，灌装数据存取模块开始记录信号智能处理模块每个周期节点的计时时长ti和灌装称重数值wi，直到相邻两次的灌装称重数值的差距满足|wi-wi-1|≤△w停止记录，其中△w为重量容差，计算wf＝wi，tf＝ti，r＝wf/tf，之后，在所记录数据中向后搜索到wi满足2wi-(wi-1+wi+1)≥δw停止搜索，其中δw为冲击重量阈值，记录停止搜索点的重量为wp及其对应的时间点tp，由灌装参数整定模块计算出基准冲击重量wk＝wp-wf、基准滞后时间td＝tp-tf以及平均灌装速率r＝wf/tf，灌装数据存取模块记录wk、td及平均灌装速率r；然后，如前所述，设置不同的时间tf进行m次(m≥10)灌装，从而得到基准冲击重量wk、基准滞后时间td及平均灌装速率r的m组样本：(wk1、td1、r1)…(wki、tdi、ri)…(wkm、tdm、rm)；再通过灌装参数整定模块对所得m组平均灌装速率r样本进行均值计算：得到大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步灌装的平均速率r＝(r1+…+ri+…rm)/m，对此m组样本中的wk、td分别划分区间进行统计得到各区间的次数，并以次数最多的区间的中点值作为生产灌装过程的基准冲击重量wk，基准延迟时间td；
c.生产灌装：灌装执行控制模块(2)先控制大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步开启，并开始计时；灌装执行控制模块(2)判断当次读取的灌装称重数值相对上一次读取的灌装称重数值是否跳变，增长量超过设定阈值，如果是，则计算大流量电磁阀关断时的灌装称重数值wc＝wa-k(xT)-r(td+td’)/2+(wk+wk’)/2,式中wa为目标灌装重量，x为预留的调整周期个数(x>3),T为灌装称重数据的采集与处理周期，td’、wk’分别为灌装称重数值出现跳变时对应的计时时长和灌装称重数值；灌装执行控制模块(2)判断灌装称重数值w是否达到wc，如果是，则控制大流量电磁阀(6)关断，灌装数据存取模块记录此刻的计时时间tc；等到tc+(td+td’)/2时刻后，灌装执行控制模块(2)以周期T为最小单位实时计算修正小流量电磁阀单独灌装的延迟时间△t：kj＝(wj-wcd)/(tj-tcd)，k＝(kj+k)/2,△t＝(wa-wcd)/k,式中kj、wj、tj分别为灌装过程中tc+(td+td’)/2时刻后的第j个周期节点的对应关系修正系数、灌装称重数值、计时时间，wcd为灌装过程中tc+(td+td’)/2时刻的灌装称重数值,△t须按△t＝[(△t+0.5T)/T]*T进行圆整，此式中“/”表示整除，“*”表示乘；灌装参数整定模块判断计时时间t与tc+(td+td’)/2的差值δt是否为△t，如果是，则控制小流量电磁阀(7)关闭，并开始判断称重数值波动量是否小于阈值，如果是，则停止计时和判断，本次灌装结束。
2.根据权利要求1所述的一种液体高精度灌装智能测控方法，其特征在于：步骤a和步骤b为生产灌装前的标定步骤，只进行一次，然后循环执行生产灌装步骤c实现液体的生产灌装。
3.根据权利要求1所述的一种液体高精度灌装智能测控方法，其特征在于：大流量电磁阀(6)需要保证在规定灌装时间内的灌装量应大于目标灌装重量wa；小流量电磁阀(7)在一个周期T时间内的灌装量应小于灌装要求的精度范围值。
4.根据权利要求1所述的一种液体高精度灌装智能测控方法，其特征在于：步骤b、c中△w、δw、wa、增长量、数值波动量参数根据实际情况由用户设定。
5.根据权利要求1所述的一种液体高精度灌装智能测控方法，其特征在于：wk、td区间的划分方式为分别以m组数据中各自的最小值为起点，最大值为终点，划分为3～5个等间距区间。
一种液体高精度灌装智能测控系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明属于液体定量灌装控制技术领域，涉及一种液体高精度灌装智能测控方法。
背景技术
[0002] 在某些工业灌装过程中，对灌装的速度和精度都有较高要求，而要同时兼顾灌装速度与精度也有些困难。其主要原因是对于液体灌装，其冲击、落差、执行元件响应滞后时间等时变因素对灌装精度和速度影响显著，而这些影响因素混杂在一起且具有非线性和不确定性，很难将它们用理论公式进行一一描述。现有技术和方法，大都只针对其中部分影响因素用物理公式进行定量分析，难以同时满足液体生产灌装过程中的灌装速度与灌装精度。
发明内容
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种液体高精度灌装智能测控方法，综合考虑称重传感器非线性度误差，冲击、落差、执行元件滞后时间等时变因素对灌装精度和速度影响，自适应调整系统控制参数，对大流量电磁阀与小流量电磁阀的开启、关断进行智能控制，以保证灌装精度和灌装速度。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：该方法基于硬件和软件两部分：AD转换模块(1)、灌装执行控制模块(2)、无线通信模块(3)、电源模块(4)、继电器模块(5)、大流量电磁阀(6)、小流量电磁阀(7)、灌装泵(8)、灌装容器(9)、称重传感器模块(10)；软件部分包括：信号智能处理模块、系统参数配置模块、灌装数据存取模块以及灌装参数整定模块；所述AD转换模块(1)的输入数据来自称重传感器模块(10)，输出数据给信号智能处理模块；所述灌装执行控制模块(2)可与无线通信模块(3)、信号智能处理模块、灌装参数整定模块、系统参数配置模块等进行数据交互；所述继电器模块(5)用于灌装执行控制模块(2)对大流量电磁阀(6)和小流量电磁阀(7)的控制；所述无线通信模块(3)用于灌装执行控制模块(2)与设备总控或生产管理信息系统进行生产管理信息交互；
[0005] 所述液体高精度灌装智能测控方法主要包括如下步骤：
[0006] a.求取小流量电磁阀(7)单独灌装时间tx与灌装重量wx的对应关系wx＝ktx中的系数k：通过系统参数配置模块设置小流量电磁阀(7)以不同的灌装时间tx单独进行n次(n≥5)灌装，灌装数据存取模块记录每次设置的灌装时间txi及灌装结束后信号智能处理模块的灌装称重数值wxi，从而得到灌装时间tx与灌装称重数值wx的n组样本：(tx1，wx1)…(txi，wxi)…(txn，wxn)；灌装参数整定模块将所得n组样本通过最小二乘法进行数值拟合得到灌装时间tx与灌装称重数值wx的对应关系系数k；
[0007] b.求取大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步灌装的基准冲击重量wk、基准滞后时间td及平均灌装速率r：首先，通过系统参数配置模块设置大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步，同时开启，同时关断，灌装时长为tf，灌装执行控制模块(2)控制大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步开启，并开始计时，当计时时长等于tf时，大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步关断，灌装数据存取模块开始记录信号智能处理模块每个周期节点的计时时长ti和灌装称重数值wi，直到相邻两次的灌装称重数值的差距满足|wi-wi-1|≤△w停止记录，计算wf＝wi，tf＝ti，r＝wf/tf，之后，在所记录数据中向后搜索到wi满足2wi-(wi-1+wi+1)≥δw停止搜索，记录停止搜索点的重量为wp及其对应的时间点tp，由灌装参数整定模块计算出基准冲击重量wk＝wp-wf、基准滞后时间td＝tp-tf以及平均灌装速率r＝wf/tf，灌装数据存取模块记录wk、td及平均灌装速率r；然后，如前所述，设置不同的时间tf进行m次(m≥10)灌装，从而得到基准冲击重量wk、基准滞后时间td及平均灌装速率r的m组样本：(wk1、td1、r1)…(wki、tdi、ri)…(wkm、tdm、rm)；再通过灌装参数整定模块对所得m组平均灌装速率r样本进行均值计算：得到大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步灌装的平均速率r＝(r1+…+ri+…rm)/m，对此m组样本中的wk、td分别划分区间进行统计得到各区间的次数，并以次数最多的区间的中点值作为生产灌装过程的基准冲击重量wk，基准延迟时间td；
[0008] c.生产灌装：灌装执行控制模块(2)先控制大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步开启，并开始计时；灌装执行控制模块(2)判断当次读取的灌装称重数值相对上一次读取的灌装称重数值是否跳变，增长量超过设定阈值，如果是，则计算大流量电磁阀关断时的灌装称重数值wc＝wa-k(xT)-r(td+td’)/2+(wk+wk’)/2,式中wa为目标灌装重量，x为预留的调整周期个数(x>3),T为灌装称重数据的采集与处理周期，td’、wk’分别为灌装称重数值出现跳变时对应的计时时长和灌装称重数值；灌装执行控制模块(2)判断灌装称重数值w是否达到wc，如果是，则控制大流量电磁阀(6)关断，灌装数据存取模块记录此刻的计时时间tc；等到tc+(td+td’)/2时刻后，灌装执行控制模块(2)以周期T为最小单位实时计算修正小流量电磁阀单独灌装的延迟时间△t：kj＝(wj-wcd)/(tj-tcd)，k＝(kj+k)/2,△t＝(wa-wcd)/k,式中kj、wj、tj分别为灌装过程中tc+(td+td’)/2时刻后的第j个周期节点的对应关系修正系数、灌装称重数值、计时时间，wcd为灌装过程中tc+(td+td’)/2时刻的灌装称重数值,△t须按△t＝[(△t+0.5T)/T]*T进行圆整，此式中“/”表示整除，“*”表示乘；灌装参数整定模块判断计时时间t与tc+(td+td’)/2的差值δt是否为△t，如果是，则控制小流量电磁阀(7)关闭，并开始判断称重数值波动量是否小于阈值，如果是，则停止计时和判断，本次灌装结束。
[0009] 步骤a和步骤b为生产灌装前的标定步骤，只进行一次，然后循环执行生产灌装步骤c实现液体的生产灌装。
[0010] 大流量电磁阀(6)需要保证灌装速度，即大流量电磁阀(6)在规定灌装时间内的灌装量应大于目标灌装重量wa；小流量电磁阀(7)在一个周期T时间内的灌装量应小于灌装要求的精度范围值。
[0011] 步骤b、c中的△w、δw、wa、增长量、数值波动量等参数根据实际情况由用户设定。
[0012] wk、td区间的划分方式为分别以m组数据中各自的最小值为起点，最大值为终点，划分为3～5个等间距区间。
[0013] 本发明的优点在于：综合考虑冲击力、落差、电磁阀响应滞后时间等时变因素的影响，控制大流量电磁阀与小流量电磁阀同步开启、各自适时关断进行灌装，兼顾了液体灌装过程的速度与精度问题。
附图说明
[0014] 图1为一种液体高精度灌装智能方法硬件部分示意图，1-AD转换模块、2-灌装执行控制模块、3-无线通信模块、4-电源模块、5-继电器模块、6-大流量电磁阀、7-小流量电磁阀、8-灌装泵、9-灌装容器、10-称重传感器模块；虚线框为电气箱部分。
[0015] 图2为求取系数k的流程图；图3为求取基准次冲击重量wkb和基准延迟时间tdb的流程图；图4为生产灌装智能控制流程图。
[0016] 图5为该方法用于实际灌装测试过程的效果。
具体实施方式
[0017] 以下结合附图，对本发明的优选实施例进行详细地描述。
[0018] 一种液体高精度灌装智能测控方法，该方法基于硬件和软件两部分；其硬件部分包括：AD转换模块(1)、灌装执行控制模块(2)、无线通信模块(3)、电源模块(4)、继电器模块(5)、大流量电磁阀(6)、小流量电磁阀(7)、灌装泵(8)、灌装容器(9)、称重传感器模块(10)；其软件部分包括：信号智能处理模块、系统参数配置模块、灌装数据存取模块以及灌装参数整定模块；所述AD转换模块(1)的输入数据来自称重传感器模块(10)，输出数据给信号智能处理模块；所述灌装执行控制模块(2)可与无线通信模块(3)、信号智能处理模块、灌装参数整定模块、系统参数配置模块等进行数据交互；所述继电器模块(5)用于灌装执行控制模块(2)对大流量电磁阀(6)和小流量电磁阀(7)的控制；所述无线通信模块(3)用于灌装执行控制模块(2)与设备总控或生产管理信息系统进行生产管理信息交互；
[0019] 所述液体高精度灌装智能测控方法主要包括如下步骤：
[0020] a.求取小流量电磁阀(7)单独灌装时间tx与灌装重量wx的对应关系wx＝ktx中的系数k：通过系统参数配置模块设置小流量电磁阀(7)以不同的灌装时间tx单独进行n次(n≥5)灌装，灌装数据存取模块记录每次设置的灌装时间txi及灌装结束后信号智能处理模块的灌装称重数值wxi，从而得到灌装时间tx与灌装称重数值wx的n组样本：(tx1，wx1)…(txi，wxi)…(txn，wxn)；灌装参数整定模块将所得n组样本通过最小二乘法进行数值拟合得到灌装时间tx与灌装称重数值wx的对应关系系数k；
[0021] b.求取大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步灌装的基准冲击重量wk、基准滞后时间td及平均灌装速率r：首先，通过系统参数配置模块设置大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步，同时开启，同时关断，灌装时长为tf，灌装执行控制模块(2)控制大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步开启，并开始计时，当计时时长等于tf时，大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步关断，灌装数据存取模块开始记录信号智能处理模块每个周期节点的计时时长ti和灌装称重数值wi，直到相邻两次的灌装称重数值的差距满足|wi-wi-1|≤△w停止记录，计算wf＝wi，tf＝ti，r＝wf/tf，之后，在所记录数据中向后搜索到wi满足2wi-(wi-1+wi+1)≥δw停止搜索，记录停止搜索点的重量为wp及其对应的时间点tp，由灌装参数整定模块计算出基准冲击重量wk＝wp-wf、基准滞后时间td＝tp-tf以及平均灌装速率r＝wf/tf，灌装数据存取模块记录wk、td及平均灌装速率r；然后，如前所述，设置不同的时间tf进行m次(m≥10)灌装，从而得到基准冲击重量wk、基准滞后时间td及平均灌装速率r的m组样本：(wk1、td1、r1)…(wki、tdi、ri)…(wkm、tdm、rm)；再通过灌装参数整定模块对所得m组平均灌装速率r样本进行均值计算：得到大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步灌装的平均速率r＝(r1+…+ri+…rm)/m，对此m组样本中的wk、td分别划分区间进行统计得到各区间的次数，并以次数最多的区间的中点值作为生产灌装过程的基准冲击重量wk，基准延迟时间td；
[0022] c.生产灌装：灌装执行控制模块(2)先控制大流量电磁阀(6)与小流量电磁阀(7)同步开启，并开始计时；灌装执行控制模块(2)判断当次读取的灌装称重数值相对上一次读取的灌装称重数值是否跳变，增长量超过设定阈值，如果是，则计算大流量电磁阀关断时的灌装称重数值wc＝wa-k(xT)-r(td+td’)/2+(wk+wk’)/2,式中wa为目标灌装重量，x为预留的调整周期个数(x>3),T为灌装称重数据的采集与处理周期，td’、wk’分别为灌装称重数值出现跳变时对应的计时时长和灌装称重数值；灌装执行控制模块(2)判断灌装称重数值w是否达到wc，如果是，则控制大流量电磁阀(6)关断，灌装数据存取模块记录此刻的计时时间tc；等到tc+(td+td’)/2时刻后，灌装执行控制模块(2)以周期T为最小单位实时计算修正小流量电磁阀单独灌装的延迟时间△t：kj＝(wj-wcd)/(tj-tcd)，k＝(kj+k)/2,△t＝(wa-wcd)/k,式中kj、wj、tj分别为灌装过程中tc+(td+td’)/2时刻后的第j个周期节点的对应关系修正系数、灌装称重数值、计时时间，wcd为灌装过程中tc+(td+td’)/2时刻的灌装称重数值,△t须按△t＝[(△t+0.5T)/T]*T进行圆整，此式中“/”表示整除，“*”表示乘；灌装参数整定模块判断计时时间t与tc+(td+td’)/2的差值δt是否为△t，如果是，则控制小流量电磁阀(7)关闭，并开始判断称重数值波动量是否小于阈值，如果是，则停止计时和判断，本次灌装结束。
[0023] 步骤a和步骤b为生产灌装前的标定步骤，只进行一次，然后循环执行生产灌装步骤c实现液体的生产灌装。
[0024] 大流量电磁阀(6)需要保证灌装速度，即大流量电磁阀(6)在规定灌装时间内的灌装量应大于目标灌装重量wa；小流量电磁阀(7)在一个周期T时间内的灌装量应小于灌装要求的精度范围值。
[0025] 步骤b、c中的△w、δw、wa、增长量、数值波动量等参数根据实际情况由用户设定。
[0026] wk、td区间的划分方式为分别以m组数据中各自的最小值为起点，最大值为终点，划分为3～5个等间距区间。
[0027] 本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。
