一种自动灌装控制方法、存储介质和系统

技术领域

本发明涉及自动灌装控制的技术领域，特别涉及一种自动灌装控制方法、存储介质和系统。

背景技术

随着科技进步，称重灌装设备在向着智能化、自动化发展。目前的称重灌装装置，通过数字称重单元对容器进行称重，之后采用脉冲驱动模块输出脉冲信号给电磁阀，使电磁阀开启后控制气缸动作，进而能够控制灌装阀的开度，实现对灌装流量的调整和控制，进而完成灌装。

上述方案中，所采用的数字称重单元价格较高，而且需要配置脉冲驱动器，导致整个系统成本高昂且结构复杂，因此还存在进一步改进的空间。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种自动灌装控制方法、存储介质和系统，以解决现有技术中的称重灌装方案结构复杂、成本高的技术问题。

为此，本发明一些实施例中提供一种自动灌装控制方法，包括如下步骤：

响应于灌装启动信号，控制灌装阀按照第一开度值打开；

实时采集用于表示待测物重量的模拟信号，对所述模拟信号滤波降噪后进行放大处理得到待测物重量值；

若所述待测物重量值达到大/小流量控制切换阈值，则随着所述待测物重量值的增加实时减小所述灌装阀开度；

若所述待测物重量值达到关阀阈值，则控制灌装阀关闭。

本发明一些实施例中的自动灌装控制方法，实时采集用于表示待测物重量的模拟信号，对所述模拟信号滤波降噪后进行放大处理得到待测物重量值的步骤中：

所述滤波降噪的处理过程包括：TD滤波与中值滤波的双重滤波

本发明一些实施例中的自动灌装控制方法，还包括如下步骤：

获取处于稳定状态的待测物重量值作为灌装重量值；

若所述灌装重量值与灌装目标值之间的差值超出允许误差范围，则对所述关阀阈值进行修正。

本发明一些实施例中的自动灌装控制方法，若所述灌装重量值与灌装目标值之间的差值超出允许误差范围，则对所述关阀阈值进行修正的步骤包括：

采用训练样本对学习模型进行训练，所述训练样本以灌装重量值样本与灌装目标值样本之间的差值作为输入，以关阀阈值修正值样本作为输出，完成训练的学习模型作为修正模型；

将所述灌装重量值与灌装目标值之间的差值输入值所述修正模型，得到关阀阈值的修正值；

将所述修正值叠加至关阀阈值得到修正后的关阀阈值。

本发明一些实施例中的自动灌装控制方法，若所述灌装重量值与灌装目标值之间的差值超出允许误差范围，则对所述关阀阈值进行修正的步骤还包括：

若所述大/小流量控制切换阈值与修正后的关阀阈值之间的差值小于预设调整范围，则对所述大/小流量控制切换阈值进行修正。

本发明一些实施例中的自动灌装控制方法，若所述待测物重量值达到大/小流量控制切换阈值，则随着所述待测物重量值的增加实时减小所述灌装阀开度的步骤包括：

根据直线拟合方法处理所述待测物重量值与时间的对应关系，以得到任意时刻的灌装流量值；

根据所述灌装流量值确定实时灌装阀开度值；

控制所述灌装阀开度值与所述实时灌装阀开度值保持同步。

本发明一些实施例中还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行以上任一项所述的自动灌装控制方法。

本发明一些实施例中还提供一种自动灌装控制系统，包括灌装控制器；

所述灌装控制器包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序指令，至少一个所述处理器读取所述程序指令后执以上任一项所述的自动灌装控制方法。

本发明一些实施例中的自动灌装控制系统，还包括：

模拟重量传感器，设置于容器下方，用于实时获取表示待测物重量的模拟信号，并将所述模拟信号发送至所述处理器。

本发明一些实施例中的自动灌装控制系统，还包括电磁阀和气缸：

所述灌装控制器、所述电磁阀和所述气缸集成为自动灌装控制单元；

所述电磁阀连接于所述灌装控制器和所述气缸之间，所述气缸的执行输出端与灌装阀连接；所述灌装控制器经所述电磁阀后控制所述气缸动作以调整所述灌装阀的开度值。

本发明提供的上述技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

(1)本发明中的方案，通过模拟传感器获取模拟信号形式的待测物重量值并对待测物重量值进行滤波、放大处理，使其能够满足被识别和解析的条件，根据模拟信号形式的待测物重量值对灌装阀的开度值进行实时调整。相比于数字称重传感器，模拟信号形式的重量传感器成本大大降低，而且省略了脉冲驱动模块，进一步简化了系统的结构。

(2)本发明中的方案，称重灌装系统结构得到了进一步的优化，通过将模拟称重灌装传感器与称重灌装控制器分离，使其安装使用时具有更高的灵活性。

(3)本发明中的方案，通过对模拟信号进行两级滤波优化处理，可有效减小液体灌装过程中重量波动干扰的影响，提高灌装控制过程中的准确度。

(4)本发明中的方案，在切换至小流量控制过程时，采用直线拟合方式获取流量，即重量信息拟合后直线的斜率经单位转换即为流量，该方法依据的重量数据更多，由此获得流量值更加可靠。

(5)本发明中的方案，在连续自动灌装的过程中，采用了机器学习的方法对控制及相关参数自动优化，确保灌装结果与实际需求相一致。

附图说明

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明一个实施例所述自动灌装控制方法的流程图；

图2为本发明另一个实施例所述自动灌装控制方法的流程图；

图3a为本发明又一个实施例所述自动灌装控制方法的流程图；

图3b为本发明一个实施例所述灌装控制阶段划分的示意图；

图4为本发明一个实施例所述对模拟重量信号进行滤波处理的方法流程图；

图5为本发明一个实施例所述准备灌装阶段的流程图；

图6为本发明一个实施例所述灌装阀以最大开度值执行灌装操作的方法流程图；

图7为本发明一个实施例所述用于实现小流量灌装操作过程的方法流程图；

图8为本发明一个实施例所述对关阀阈值进行修正的流程图；

图9为本发明一个实施例所述灌装控制器的内部结构框图；

图10为本发明一个实施例所述自动灌装控制系统的结构框图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明一些实施例中提供一种自动灌装控制方法，包括如下步骤：

S101：响应于灌装启动信号，控制灌装阀按照第一开度值打开。第一开度值可以为最大开度值，其目的是尽可能快速地实现灌装操作。而灌装启动信号可以是通过检测到待测物重量与空瓶容器的重量相一致时所自动触发的。

S102：实时采集用于表示待测物重量的模拟信号，对所述模拟信号滤波降噪后进行放大处理得到待测物重量值。在这一过程中，待测物重量可能是空瓶容器，或者，当容器内部已经被灌装了部分物料时待测物重量＝容器重量+物料重量。另外，为了保证模拟信号能够被正确识别和解析，在进行分析之前先对模拟信号进行滤波降噪和放大，以消除信号中的噪声，并能够被准确识别。

S103：若所述待测物重量值达到大/小流量控制切换阈值，则随着所述待测物重量值的增加实时减小所述灌装阀开度；大/小流量控制切换阈值可以通过预先设定的方式存储于系统内，假设容器灌满时，容器重量和内部物料重量值之和为最大重量值，则大/小流量控制切换阈值可以为该最大重量值的90％上下。也即，当容器内部的物料值已经达到一定量时，为了避免灌装速度过快导致物料外泄，此时可以降低灌装阀开度值，降低灌装速度，并且随着容器内物料量的在增加，灌装阀开度值是实时地逐渐地减小的。

S104：若所述待测物重量值达到关阀阈值，则控制灌装阀关闭。该关阀阈值可以为容器灌满时，容器重量和内部物料重量值相加得到的最大重量值。

以上方案中，可以通过模拟传感器获取模拟信号形式的待测物重量值并对待测物重量值进行滤波、放大处理，使其能够满足被识别和解析的条件，根据模拟信号形式的待测物重量值对灌装阀的开度值进行实时调整。通过模拟传感器获取模拟信号形式的待测物重量值并对待测物重量值进行滤波、放大处理，使其能够满足被识别和解析的条件，根据模拟信号形式的待测物重量值对灌装阀的开度值进行实时调整。相比于数字称重传感器，模拟信号形式的重量传感器成本大大降低，而且省略了脉冲驱动模块，进一步简化了系统的结构。

优选地，所述步骤S103可通过如下方式实现：根据直线拟合方法处理所述待测物重量值与时间的对应关系，以得到任意时刻的灌装流量值；

根据所述灌装流量值确定实时灌装阀开度值；控制所述灌装阀开度值与所述实时灌装阀开度值保持同步

其中，在持续的时间段内，会连续地检测到多个待测物重量值，把一系列的待测物重量值透过数学方法来代入一条数式中即可得到一个连续的函数(也就是曲线)。对重量信息进行直线拟合操作，以便获取该直线的斜率信息。经单位转换后该直线斜率成为流量。由于灌装阀的开度与液体流量变化趋势一致时能够更精准地控制灌装过程。因此，可以直接以拟合直线的斜率值对应灌装阀开度大小，能够在简化控制方法的同时确保灌装精度。

优选地，如图2所示，在一些实施例中的自动灌装方法中还可以包括如下步骤：

S105：获取处于稳定状态的待测物重量值作为灌装重量值，采用模拟称重装置进行称重操作，容易产生波动，并且由于物料在灌装的过程中也可能会由于下降过程中具有一定的加速度导致对容器产生一定的冲击力导致模拟称重装置在关闭灌装阀后其检测结果会出现波动，因此在本步骤中等待测物重量值稳定后在确定灌装重量值。

S106：若所述灌装重量值与灌装目标值之间的差值超出允许误差范围，则对所述关阀阈值进行修正。例如，可以直接利用灌装重量值与灌装目标值之间的差值作为修正值去补偿关阀阈值

作为一种优选的方案，本步骤还可以通过如下方式实现：采用训练样本对学习模型进行训练，所述训练样本以灌装重量值样本与灌装目标值样本之间的差值作为输入，以关阀阈值修正值样本作为输出，完成训练的学习模型作为修正模型；将所述灌装重量值与灌装目标值之间的差值输入值所述修正模型，得到关阀阈值的修正值；将所述修正值叠加至关阀阈值得到修正后的关阀阈值。学习模型可以采用神经网络模型、深度学习算法等。在实际应用过程中，将关阀阈值设置为灌装目标值，最终灌装完成后也依然可能存在误差，因此本步骤中采用学习算法不断地对学习模型进行训练，从而提高最终得到的灌装产品重量的精准度。

另外，步骤S106中还可以包括：若所述大/小流量控制切换阈值与修正后的关阀阈值之间的差值小于预设调整范围，则对所述大/小流量控制切换阈值进行修正。由于关阀阈值始终在动态地变化，如果大/小流量控制切换阈值与关阀阈值之间的差距过大或者过小，就会影响到大流量控制和小流量控制的切换时机，此时对所述大/小流量控制切换阈值进行修订，从而能保证从大流量切换至小流量控制的时机最佳。优选地，所述预设调整范围可以关阀阈值的2％左右。

下面结合附图对本发明以上实施例中的方法进一步详细地介绍，如图3a和图3b所示，待测物重量是本方案可获取的唯一信息，根据理想重量变化过程可将连续自动灌装分为三个阶段：灌装等待、灌装中、灌装结束(参数微调)。根据这三个阶段设计连续自动灌装控制算法，如图3a所示：

S301：采集待测物的模拟重量W。

S302：对模拟重量W进行滤波、放大后得到重量值W1和流量值△W1。

S310：判断是否满足Step＝＝1，即是否为灌装等待阶段，若是则执行步骤S311，否则执行步骤S320。

S311：判断是否有空瓶，如果是则执行步骤S312即进入Step＝2进行灌装中的阶段，否则执行步骤S313(关阀)后返回步骤S301。

S320：判断是否满足Step＝＝2，即是否为灌装中阶段，若是则执行步骤S321，否则执行步骤S330。

S321：判断是否满足重量值W1＜A1的条件，A1即为大/小流量控制切换阈值，若是则执行步骤S322，否则执行步骤S323。

S322：控制灌装阀调整至第一开度值，即最大开度值。

S323：判断是否满足重量值W1＞A2的条件，A2即为关阀阈值，若是则执行步骤S324、S325(关阀后进入Step＝3进行灌装结束阶段)，否则执行步骤S326。

S326：进行小流量控制之后返回步骤S301，即随着重量值W1的增加，控制灌装阀的开度值越来越小。

S330：判断是否满足Step＝＝3，即是否为灌装结束阶段，若是则执行步骤S331，否则执行步骤S333(说明灌装过程异常，直接关阀后结束)。

S331：说明当前容器已经灌装完成，对关阀阈值A2进行微调，之后进入步骤S332即回Step＝1,的过程，进行下一容器的灌装操作。

具体地，如图4所示为对重量值进行滤波的过程：

S401：第一层滤波：TD(跟踪微分器)滤波获取重量W0。

S402：第二层滤波：W0中值滤波获得W1。

S403：流量获取：直线拟合获取流量△W1。相当于根据重量值(总重量去掉空瓶重量)的变化量和时间差即可确定流量。

如图5所示，给出了Step＝1的工作流程：

S501：判断是否满足W1＞空瓶重量的条件，若不满足则执行步骤S502，若满足则执行步骤S503。

S502：关闭灌装阀。也就说，如果此时容器并没有准备好，则不执行灌装操作。

S503：进入Step＝2，即灌装中的阶段，即检测到容器已经准备好，则可直接进入灌装。

如图6所示，给出了起始阶段执行大流量灌装操作的工作流程，其包括S601：控制电磁阀、执行器，使灌装阀的开口达到最大开口度。执行器即为气缸。

如图7所示，给出了小流量灌装操作的工作流程，其可以包括：

S701：判断是否满足△W1＞B的条件，B为“小流量灌装阈值”。灌装物料的流量大于小流量灌装阈值时控制灌装阀继续减小物料流量，反之，保持小流量状态。如不满足条件则执行步骤S702，若满足条件则执行步骤S703。

S702：保持灌装阀开度，实现小流量灌装。

S703：利用脉冲频率调制控制方式(PFM)继续控制灌装阀减小灌装阀的流量(即减小灌装阀开度)。

如图8所示，给出了一种方案下灌装结束进行参数微调的工作流程，其可以包括：

S801：获取灌装结束后稳定状态下的待测物重量之W*。

S802：判断是否满足W*＞Y+Yth，Yth表示误差，若满足则执行步骤S803，否则执行步骤S804；

S803：调低关阀阈值A2。

S804:判断是否满足W*＜Y-Yth，若满足则执行步骤S805，否则结束。

S805：调高关阀阈值A2。

通过以上详细的自动灌装控制过程，将连续自动灌装分为三个阶段：灌装等待、灌装中、灌装结束(参数微调)。并且，对重量数值进行TD及中值滤波处理，并且通过直线拟合求得持续流量。在终止灌装进入“灌装结束”阶段后，本阶段采集一定稳定后重量数据作为最终重量，通过测量重量于目标重量对比，自动调整参数阈值，提高精度。

本发明一些实施例中提供一种存储介质，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行以上任一项所述的自动灌装控制方法。

本发明一些实施例中还提供一种自动灌装控制系统，包括灌装控制器；如图9所示，所述灌装控制器包括至少一个处理器101和至少一个存储器102，至少一个所述存储器102中存储有程序指令，至少一个所述处理器101读取所述程序指令后执行以上任一方案所述的自动灌装控制方法。上述自动灌装控制系统还可以包括：输入装置103和输出装置104。处理器101、存储器102、输入装置103和输出装置104可以通过总线或者其他方式连接。

进一步地，如图10所示，自动灌装控制系统包括自动灌装控制单元200，还包括模拟重量传感器206，设置于容器205下方，用于实时获取表示待测物重量的模拟信号，并将所述模拟信号发送至所述处理器100。在所述灌装控制器200内还包括电磁阀202和气缸203，所述灌装控制器201、所述电磁阀202和所述气缸203均集成在自动灌装控制单元200中形成一个整体元件；所述电磁阀202连接于所述灌装控制器201和所述气缸203之间，所述气缸203的执行输出端与灌装阀204连接；所述灌装控制器201经所述电磁阀202后控制所述气缸203动作以调整所述灌装阀204的开度值，从而调整灌装至容器205内的物料量和速度。以上实施例中的系统，相较于现有技术减少了脉冲发生器的使用，优化了测量结构，并且本方案能够通过重量的信息拟合求得流速的精准数据，能够实现更高的灌装精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。