一種車載籽料的隨機自動采樣裝置及采樣方法與流程

本發明涉及光伏及浮法行業自動化采樣技術領域，尤其涉及一種車載籽料的隨機自動采樣裝置及采樣方法。

背景技術：

在光伏及浮法行業，生產玻璃的原料為低鐵石英砂，在使用之前需要對石英砂中鐵的含量及其它待檢元素進行檢測，目前石英砂等籽料普遍通過車輛運輸，行業一般利用人工使用采樣桿的方式進行采樣，人工采樣在樣本的真實性方面存在無法掌控的人為因素，行業內利用機器對顆粒較小的石英砂等籽料進行自動采樣少有應用，在鋼鐵行業內雖然有適用鐵礦原料進行采樣的設備，但此類設備是采用視覺系統來確認待采區域面積，在操作設備時，仍需要工作人員人工地對視頻區域進行取樣范圍的畫定，然后將數據交由設備自動取樣，增加了人為因素，增大了取樣的偏差，并不是真正意義上的自動采樣裝置，且該裝置成套系統成本高，一般不低于200萬元人民幣，一些較小的企業根本無力支付。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種車載籽料的隨機自動采樣裝置及采樣方法，能夠通過自動化的方式對車載顆粒狀物料進行隨機采樣，且能夠減少人為因素的干擾，增加取樣的準確率。

本發明采用的技術方案為：一種車載籽料的隨機自動采樣裝置，包括水平軌道、設置在水平軌道上的軌道臺車、設置在軌道臺車上的采樣架和設置在采樣架上的采樣器，所述軌道臺車上設置有用于驅動軌道臺車在水平軌道上運動的第一伺服電機，所述采樣架包括豎桿、橫桿和滑動架，所述豎桿固定設置在軌道臺車上，豎桿的下端設置有用于檢測車輛位置的超聲波位置傳感器，豎桿的側壁上沿軸向設置有第一滑軌，所述橫桿的一端與第一滑軌滑動連接，所述豎桿的頂端設置有第二伺服電機，第二伺服電機通過第一傳動裝置驅動橫桿在第一滑軌上滑動，所述橫桿的側壁上沿軸向設置有第二滑軌，所述滑動架與第二滑軌滑動連接，所述橫桿的另一端設置有第三伺服電機，第三伺服電機通過第二傳動裝置驅動滑動架在第二滑軌上滑動，所述采樣器設置在滑動架上，還包括上位機和與上位機相連接的PLC控制器，所述超聲波位置傳感器的采集信號輸出端與所述PLC控制器的信號輸入端相連接，所述PLC控制器分別與第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機控制連接。

進一步地所述采樣器包括設置在滑動架上的第四伺服電機以及設置在滑動架下端的取樣桿和收集箱，所述取樣桿包括下端具有開口的外套筒和設置在外套筒中與外套筒相配合的螺旋桿，所述外套筒的上端與所述收集箱相連通，所述第四伺服電機與所述PLC控制器控制連接并驅動螺旋桿在外套筒中旋轉。

進一步地所述收集箱包括箱體和設置在箱體上的出料口，所述出料口處設置有用于蓋合出料口的蓋板，所述箱體上設置有用于控制蓋板開合的第一氣缸，所述取樣桿的外套筒的上端設置有第一物料口，所述箱體上設置有與所述第一物料口相連通的第二物料口，所述箱體的下端鉸接在外套筒上，所述滑動架上設置有第二氣缸，第二氣缸的輸出端連接在所述箱體的上端用于控制箱體在外套筒上的傾斜度，所述第一氣缸和第二氣缸均與PLC控制器控制連接。

進一步地還包括設置在所述軌道一端的混料機和用于驅動混料機的三相異步電動機，所述三相異步電動機與所述PLC控制器控制連接。

進一步地所述混料機和水平軌道之間設置有支撐架，支撐架的上端設置有漏斗狀收集罩，漏斗狀收集罩的下端與所述混料機相連通。

進一步地還包括設置在水平軌道一端的帶有蜂鳴器和指示燈的報警裝置，所述報警裝置與所述PLC控制器控制連接。

進一步地所述第一傳動裝置包括設置在豎桿頂端的鏈輪組以及與所述鏈輪組相配合的鏈條，所述鏈條的一端與所述橫桿相連接，另一端與用于平衡橫桿的重物相連接，所述第二伺服電機與所述鏈輪傳動連接。

進一步地所述第二傳動裝置包括設置在所述橫桿滑動連接端上的傳動輪以及與所述傳動輪相匹配的同步帶，所述第三伺服電機與所述傳動輪通過同步帶傳動連接，所述同步帶與所述滑動架相固定并帶動滑動架進行滑動。

進一步地一種基于所述的車載籽料的隨機自動采樣裝置的隨機采樣方法，包括如下步驟：

步驟A：車輛以不大于5公里/小時的速度進入采樣區，超聲波位置傳感器在50mm-5000mm范圍內檢測車輛車箱及車頭，在設定T秒內連續檢測到車輛的存在，T>8秒，認定車輛檢測有效，并在PLC控制器內，保存此部分信息；

步驟B：當待檢測車輛繼續前行且尾部脫離超聲波位置傳感器的檢測范圍時，超聲波位置傳感器向PLC控制器發送下降沿信息，PLC控制器給出車輛停止信號至蜂鳴器和指示燈，司乘人員依據指示停止車輛；

步驟C： PLC控制器延時T₁秒啟動采集裝置開始尋車，T₁>8，PLC控制器根據上位機中預先存儲的車輛車箱的長度和寬度信息，并結合超聲波位置傳感器檢測到車箱相對于第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機所組成的伺服系統的伺服零點數據，得出車箱尾部在伺服系統里參考伺服零點的位置信息，PLC控制器根據車箱的面積以及車箱的長、寬度等已知數據計算出采樣器所能采樣的安全邊界區域；

步驟D：PLC控制器將安全邊界區域平均分為6個區域，其中在車箱尾部靠近采樣裝置的區域定義為1區；車箱尾部和與1區并列的區域定義為6區；從1區沿車箱長度方向的區域依次定義為2區和3區；從6區沿車箱長度方向的區域依次定義為5區和4區，PLC控制器通過隨機算法在6個區域內共產生7個隨機點，所述隨機算法為每個區域的長X和寬Y分別代入random函數得到隨機點的二維坐標信息R_XY（random（0，X）, random（0，Y））；其中在1區產生兩個隨機點，將1區距車箱尾部較近的隨機點定義洗料點，另一個隨機點定義為采樣點，其余各區各產生一個隨機點且定義為采樣點；

步驟E：PLC控制器控制第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機運轉來帶動軌道臺車、橫桿、滑動架移動，將取樣桿移動到安全邊界內，然后驅動第四伺服電機帶動取樣桿依次在1區、2區、3區、4區、5區、6區中的取樣點進行取樣，且在1區的取樣點進行兩次取樣，其它區的取樣點各進行一次取樣，在1區內進行取樣時，第一次取樣的樣品提升到收集倉后通過PLC控制器控制第一氣缸和第二氣缸將樣品放棄在1區的洗料點上以完成洗料，在1區內進行第二次取樣以及在其余各區的取樣點進行取樣后的樣品均提升到收集箱中進行存儲；

步驟F：當各區取樣均完成后，PLC控制器根據漏斗狀收集罩的位置控制第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機將收集箱移動到漏斗狀收集罩的上方，并控制第一氣缸和第二氣缸將樣品傾倒到漏斗狀收集罩中，漏斗狀收集罩將樣品輸送到混料機中，PLC控制器控制三相異步電動機進行攪拌，攪拌后得到的樣品即可用于成分檢測。

本發明通過PLC控制器控制連接第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機，第一伺服電機驅動軌道臺車在水平軌道上運動，第二伺服電機驅動橫桿在豎桿上運動，第三伺服電機驅動滑動架在橫桿上運動，在滑動架上設置采樣器，并在豎桿上設置與PLC控制器相連接的超聲波位置傳感器，超聲波位置傳感器對進入采樣區域的車輛位置進行定位并根據車箱的信息計算安全取樣邊界，然后PLC控制器控制第一伺服電機、第二伺服電機和第三伺服電機運轉來帶動軌道臺車、橫桿、滑動架將采樣器移動到車箱上方，PLC控制器控制采樣器進行隨機取樣，自動化程度高，能夠減少人為因素的干擾，增加取樣的準確率。

進一步地所述采樣器包括設置在滑動架上的第四伺服電機以及設置在滑動架下端的取樣桿和收集箱，所述取樣桿包括下端具有開口的外套筒和設置在外套筒中與外套筒相配合的螺旋桿，所述外套筒的上端與所述收集箱相連通，所述第四伺服電機與所述PLC控制器控制連接并驅動螺旋桿在外套筒中旋轉，當進行采樣時，取樣桿插入到籽料中，第四伺服電機帶動螺旋桿旋轉即可完成采樣，且采樣后的樣品自動傳送到收集箱中，方便對不同的采樣點進行采樣，且樣品的收集非常便捷。

更進一步地收集箱通過與PLC控制器控制連接的第一氣缸控制蓋板的開合，通過與PLC控制器控制連接的第二氣缸控制收集箱箱體的傾斜，當采樣完畢后進行卸料非常方便。

附圖說明

圖1為本發明的立體結構示意圖；

圖2為a的放大圖；

圖3為b的放大圖；

圖4為本發明的控制原理框圖；

圖5為本發明的流程圖。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發明包括上位機20、水平軌道1、軌道臺車2、采樣架和采樣器，所述軌道臺車2上設置有第一伺服電機3，所述第一伺服電機3驅動軌道臺車2在水平軌道1上進行運動；所述采樣架包括豎桿6、橫桿11和滑動架15，所述豎桿6固定設置在軌道臺車2上，豎桿6的下端設置有用于檢測車輛位置的超聲波位置傳感器5和與所述上位機20相連接的PLC控制器4，所述超聲波位置傳感器5的采集信號輸出端與所述PLC控制器4的信號輸入端相連接；豎桿6的側壁上沿軸向設置有第一滑軌7，所述橫桿11的一端與第一滑軌7滑動連接，所述橫桿11的頂端設置有第二伺服電機10和鏈輪組9，鏈輪組9上設置有與之相配合的鏈條8，鏈條8的一端與所述橫桿11相連接，鏈條8的另一端連接有用于平衡橫桿11的重物，第二伺服電機10驅動鏈輪進而驅動橫桿11沿第一滑軌7上下滑動。

所述橫桿11的側壁上沿軸向設置有第二滑軌13，所述滑動架15與第二滑軌13滑動連接，所述橫桿11由左右兩塊鋼板與設置在兩塊鋼板中間的支撐桿焊接而成，所述橫桿11的滑動連接端設置有傳動輪（圖中未示出），傳動輪位于兩塊鋼板之間，所述橫桿11的另一端設置有第三伺服電機14，所述第三伺服電機14與所述傳動輪通過同步帶傳動連接，所述同步帶與滑動架15相固定并帶動滑動架15在第二滑軌13上水平滑動，所述采樣器設置在滑動架15上。

所述采樣器包括設置在滑動架15上的第四伺服電機12以及設置在滑動架15下端的取樣桿16和收集箱17，所述取樣桿16包括下端具有開口的外套筒和設置在外套筒（圖中未示出）中與外套筒相配合螺旋桿（圖中未示出），所述螺旋桿用于帶動顆粒狀物料上升，所述第四伺服電機12驅動螺旋桿在外套筒中旋轉，當進行采樣時，取樣桿16插入到籽料中，第四伺服電機12驅動螺旋桿旋轉即可完成采樣，十分便捷；為保證采樣器垂直方向上的安全性，第四伺服電機12優選為帶有電子抱閘的伺服電機。

所述收集箱17包括箱體和設置在箱體上的出料口，所述出料口處設置有用于蓋合出料口的蓋板27，所述箱體上設置有用于控制蓋板27開合的第一氣缸24，所述取樣桿16的外套筒的上端設置有第一物料口26，所述箱體上開設有與所述第一物料口26相連通的第二物料口（圖中未示出），當第四伺服電機12帶動螺旋桿旋轉進行提料時，樣品到達第一物料口26后會經過第一物料口26和第二物料口進入收集箱17，方便對多個采集點上采集的樣品進行收集；所述箱體的下端鉸接在外套筒上，所述滑動架15上設置有第二氣缸25，第二氣缸25的輸出端連接在所述箱體的上端用于控制箱體在外套筒上的傾斜度，所述第一氣缸24和第二氣缸25均與PLC控制器4控制連接，當進行卸料時，PLC控制器4控制第一氣缸24將蓋板27打開，并控制第二氣缸25使箱體傾斜以完成樣品傾倒。

所述水平軌道1的一端還設置有混料機18和用于驅動混料機18的三相異步電動機19，所述混料機18和水平軌道1之間還設置有支撐架21，支撐架21的上端設置有漏斗狀收集罩22，漏斗狀收集罩22的下端與所述混料機相連通，漏斗狀收集罩22方便了收集箱17將采集完的樣品進行傾倒，并將樣品快速輸送到混料機18中，減少了樣品的灑落。

所述水平軌道1設置有混料機18的一端還設置有帶有蜂鳴器和指示燈的報警裝置23，所述報警裝置23與所述PLC控制器4控制連接，當車輛尾部脫離超聲波位置傳感器5的探測范圍時，PLC控制器4發送報警指令到報警裝置23，提示司機進行停車。

所述第一伺服電機3、第二伺服電機10、第三伺服電機14、第四伺服電機12和三相異步電動機19均與PLC控制器4控制連接；所述第一伺服電機3、第二伺服電機10、第三伺服電機14、第四伺服電機12各自的閉環控制系統中均包括伺服控制器和編碼器，所述第一伺服電機3、第二伺服電機10、第三伺服電機14、第四伺服電機12的伺服控制器上均設置有兩個接近開關，兩個接近開關分別朝向兩個方向用于保護超范圍的運動，所述PLC控制器4與伺服控制器之間的脈沖電平匹配聯結需要通過脈沖轉換模塊轉換，且PLC控制器4實時獲取編碼器的反饋脈沖數以得知伺服電機的運行情況；所述三相異步電動機19由與其相配合的變頻控制器驅動；所述第一氣缸24和第二氣缸25的控制系統中均包括空壓機和電磁閥，所述PLC控制器4通過控制電磁閥來控制第一氣缸24和第二氣缸25輸出端的運動。

如圖5所示，本裝置進行采樣時包括如下步驟：

步驟A：車輛以不大于5公里/小時的速度進入采樣區，超聲波位置傳感器5在50mm-5000mm范圍內檢測車輛車箱及車頭，在設定T秒內連續檢測到車輛的存在，T>8秒，認定車輛檢測有效，并在PLC控制器4內，保存此部分信息。

步驟B：當待檢測車輛繼續前行且尾部脫離超聲波位置傳感器5的檢測范圍時，超聲波位置傳感器5向PLC控制器4發送下降沿信息，PLC控制器4給出車輛停止信號至蜂鳴器和指示燈，司乘人員依據指示停止車輛。

步驟C：PLC控制器4延時T₁秒啟動采集裝置開始尋車，T₁>8，PLC控制器4根據上位機20中預先存儲的車輛車箱的長度和寬度信息，并結合超聲波位置傳感器5檢測到車箱相對于第一伺服電機3、第二伺服電機10和第三伺服電機14所組成的伺服系統的伺服零點數據，得出車箱尾部在伺服系統里參考伺服零點的位置信息，PLC控制器4根據車箱的面積以及車箱的長、寬度等已知數據計算出采樣器所能采樣的安全邊界區域。

步驟D：PLC控制器4將安全邊界區域平均分為6個區域，其中在車箱尾部靠近采樣裝置的區域定義為1區；車箱尾部和與1區并列的區域定義為6區；從1區沿車箱長度方向的區域依次定義為2區和3區；從6區沿車箱長度方向的區域依次定義為5區和4區，PLC控制器4通過隨機算法在6個區域內共產生7個隨機點，所述隨機算法為每個區域的長X和寬Y分別代入random函數得到隨機點的二維坐標信息R_XY（random（0，X）, random（0，Y）），其中在1區產生兩個隨機點，將1區距車箱尾部較近的隨機點定義洗料點，另一個隨機點定義為采樣點，其余各區各產生一個隨機點且定義為采樣點。

步驟E：PLC控制器控制第一伺服電機3、第二伺服電機10和第三伺服電機14運轉來帶動軌道臺車2、橫桿11、滑動架15移動，將取樣桿16移動到安全邊界內，然后驅動第四伺服電機12帶動取樣桿16依次在1區、2區、3區、4區、5區、6區中的取樣點進行取樣，且在1區的取樣點進行兩次取樣，其它區的取樣點各進行一次取樣，在1區內進行取樣時，第一次取樣的樣品提升到收集倉后通過PLC控制器4控制第一氣缸24和第二氣缸25將樣品放棄在1區的洗料點上以完成洗料，防止在上輛車上進行采樣后的樣品在本車上采樣時有殘留，影響采樣的準確率；在1區內進行第二次取樣以及在其余各區的取樣點進行取樣后的樣品均提升到收集箱17中進行存儲，采樣器垂直方向的取樣深度可根據需要，由PLC控制器4產生固定深度數據或安全范圍內的隨機深度數據。

步驟F：當各區取樣均完成后，PLC控制器4根據漏斗狀收集罩22的位置控制第一伺服電機3、第二伺服電機10和第三伺服電機14將收集箱17移動到漏斗狀收集罩22的上方，并控制第一氣缸24和第二氣缸25將樣品傾倒到漏斗狀收集罩22中，漏斗狀收集罩22將樣品輸送到混料機18中，PLC控制器4控制三相異步電動機19進行攪拌，攪拌后得到的樣品即可用于成分檢測，當完成一個采樣周期后，PLC控制器4控制第一伺服電機3、第二伺服電機10和第三伺服電機14恢復到伺服原點，以確保車輛能夠再次安全進入取樣區域。

本實施例中所述PLC控制器4為西門子S7-1200系列，它具有四路脈沖輸出能力，可以控制四路伺服控制器工作，所述第一伺服電機3、第二伺服電機10、第三伺服電機14和第四伺服電機12為BCH系列，所述伺服控制器為LXIUM23D系列，伺服電機的編碼器精度為1/1280000，所述超聲波位置傳感器5為UM30系列，檢測范圍為50mm-5000mm，所述三相異步電動機19的變頻控制器為ATV32系列。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的范圍。